CN105376562B - 一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统 - Google Patents

一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统，其根据空间校正参数以及前置分量图像的像素行，分别对中间分量图像和后置分量图像的对应位置进行局部亚像素处理即仅对相匹配的像素行进行插值，然后将相匹配的像素行同时输出，进而得到彩色图像。本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统，在相同空间校正精度下，大大降低了系统的数据处理量，从另一角度也可以说明，其可以实现彩色线阵相机较高精度的空间校正。

Description

一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统
技术领域
本发明涉及线阵相机技术领域，特别是涉及一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统。
背景技术
线阵相机是采用线阵传感器的相机，其每次采集一行图像，通过被摄物体与线阵相机的相对运动实现对被摄物体的连续采集，然后，将若干行图像拼接成一幅完整的图像输出。通常用于被测视野细长、需要较大视野或极高精度的检测领域。
根据输出图像的颜色不同，线阵相机可以分为黑白线阵相机和彩色线阵相机。黑白线阵相机的成像芯片上仅包括一条线阵传感器，通过该线阵传感器采集的图像仅包含灰度信息，输出即为黑白图像；彩色线阵相机又可分为双线相机和三线相机，其中，三线相机的成像芯片上包含三条线阵传感器，其分别采集R(红)、G(绿)、B(蓝)三种颜色的像素信息，然后对上述三种颜色的像素信息叠加合成，进而输出彩色图像；双线相机的成像芯片上仅包括两条线阵传感器，仅能采集两种颜色的像素信息，若要输出彩色图像，则通过插值计算出第三种颜色的像素信息。
图1为三线相机成像芯片的结构示意图，如图1所述，三线相机成像芯片上设有绿色线阵传感器11、蓝色线阵传感器12和红色线阵传感器13，且不同颜色的线阵传感器之间存在一定的间距，则在同一触发脉冲下，采集不同颜色的线阵传感器采集的像素点的位置不同，使得输出的图像中R、G、B三分量出现错位的现象(为了便于说明，将三分量图像中位于前侧的分量图像称为前置分量图像，位于中间的分量图像称为中间分量图像，位于后侧的分量图像称为后置分量图像)，则在对不同分量图像进行叠加合成前，需要进行空间校正，即找到同一物点在R、G、B三分量中的行差距(空间校正参数)，通过延迟令同一物点的R、G、B三分量同时匹配输出。
通常在保证线阵相机的行频与物体的运动速度相匹配的情况下，空间校正参数可由成像芯片的参数计算得出，例如，在图1中R、G、B三种颜色的图像传感器高度为10.56um(1行像素)，相邻两个图像传感器的间距为21.12um(2行像素)，则成像后相邻两种颜色图像分量相差3行像素，即空间校正参数的大小为3。在此以空间校正参数为3为例，对彩色线阵相机的空间校正方法进行举例说明。
当空间校正参数为3时，R、G、B三分量图像如图2所示，相邻两分量图像之间相差3行像素，则在对图像进行输出时，首先抽取G分量的第1行像素信息并缓存，其次抽取B分量的第4行像素信息并缓存，R分量从其第7行像素信息开始抽取并输出，与此同时，输出缓存的G分量和B分量像素信息，如此循环输出，得到校正后的彩色图像。但是，在实际操作中，时常出现相机行频与物体运动速度不匹配的情况，导致空间校正参数不再是整数。
若空间校正参数为小数，现有技术中，主要通过以下方法实现不同分量图像的空间校正：
1)根据空间校正参数小数位的位数，对中间分量图像和后置分量图像做相应倍数的亚像素处理(例如空间校正参数小数位的位数为两位，则对中间分量图像和后置分量图像做100倍的亚像素处理)；
2)根据空间校正参数选取亚像素处理后图像的对应行进行匹配输出，得到空间校正后的图像。
采用上述空间校正方法虽然可以实现空间校正参数为小数时不同分量图像的空间校正，但是随着空间校正参数精度(空间校正参数的小数位位数)的提高，系统数据处理量呈指数倍增长。也就是说，受系统数据处理量的限制，采用现有的空间校正方法无法实现较高精度的空间校正，因此，一种较优的彩色线阵相机的空间校正方法亟待出现。
发明内容
本发明实施例中提供了一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统，以解决现有技术空间校正过程中系统的数据处理量较大，无法实现较高精度空间校正的问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：
一种彩色线阵相机的空间校正方法，基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，所述方法包括：
缓存前置分量图像的第i行像素信息；
根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并缓存该插值行的像素信息；
根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并输出该插值行的像素信息，与此同时输出前置分量图像和后置分量图像中缓存的像素信息；
将i+1赋值给i，重复上述步骤。
优选地，若后置分量图像中2sc的整数部分加i行为最后一行，则停止输出。
优选地，所述插值包括：双线性插值和/或双三次插值。
优选地，所述前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别为：红色分量图像、蓝色分量图像和绿色分量图像；或者，绿色分量图像、蓝色分量图像和红色分量图像。
优选地，所述N为8、10或16。
一种彩色线阵相机的空间校正系统，基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，所述系统包括：
存储模块，用于缓存前置分量图像的第i行像素信息，以及中间分量图像的插值行像素信息；
插值模块，用于根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得中间分量图像中插值行的像素信息；根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得后置分量图像中插值行的像素信息；
输出模块，用于同时输出后置分量图像中插值行的像素信息以及存储模块中缓存的前置分量图像中第i行像素信息和中间分量图像中插值行的像素信息。
优选地，还包括：判断模块，用于判断后置分量图像中2sc的整数部分加i行是否为最后一行，若是，则向输出模块发送停止输出指令。
优选地，所述插值模块中的插值包括：双线性插值和/或双三次插值。
优选地，所述前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别为：红色分量图像、蓝色分量图像和绿色分量图像；或者，绿色分量图像、蓝色分量图像和红色分量图像。
优选地，所述N为8、10或16。
由以上技术方案可见，本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统针对前置分量图像的某一行像素，在中间分量图像和后置分量图像的对应位置进行局部亚像素处理，并且仅对相匹配的像素行进行插值，与现有技术相比，在相同空间校正精度下，大大降低了系统的数据处理量，其从另一角度也可以说明，本发明实施例提供的彩色线阵相机的空间校正方法及系统可以实现彩色线阵相机较高精度的空间校正。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为三线相机成像芯片的结构示意图；
图2为空间校正参数为3时，三分量图像示意图；
图3为本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法流程示意图；
图4为本发明实施例不同分量图像的匹配输出示意图；
图5为本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正系统结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
彩色线阵相机空间校正的基本思想在于实现不同颜色分量图像的匹配输出，其中，若空间校正参数为整数(不同分量图像相差整数行)，则根据空间校正参数的大小直接抽取对应的像素行同时输出即可实现空间校正；若空间校正参数为小数(不同分量图像相差非整数行)，则需要对中间分量图像和后置分量图像进行亚像素处理，插值出与前置分量图像相匹配的像素行。在本发明实施例中，根据空间校正参数提供的信息，仅对中间分量图像和后置分量图像进行局部亚像素处理，相对于现有技术中对中间分量图像和后置分量图像进行全局亚像素处理大大降低了系统的数据处理量，以下结合图3对本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法进行详细阐述。
图3为本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法流程示意图，其基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，如图3所示，该方法主要包括如下步骤：
步骤S100：缓存前置分量图像的第i行像素信息；
在本发明实施例中为了便于说明不同分量图像中相匹配的像素行，以前置分量图像的第i行像素为基准，但应当明确的是，在对不同分量图像进行校正输出时，通常从前置分量图像的第1行像素开始输出。
步骤S200：根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并缓存该插值行的像素信息；
通过步骤S200在中间分量图像中插值出与前置分量图像中第i行相匹配的像素行，其具体为，在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间假定插入Nk-1行，但实际上只对插入的Nk-1行中sc的小数部分乘以Nk行进行插值，并缓存该插值行的像素信息。以下以i为2、sc为2.7(10进制1位小数)为例进行举例说明。
空间校正参数sc为2.7说明中间分量图像相对于前置分量图像延迟2.7行，则在中间分量图像中与前置分量图像第2行相匹配的像素行为其第4.7行，也就是说，该相匹配的像素行位于中间分量图像中第4行和第5行像素之间。由于在原始图像中的最小像素单元为整行像素，因此，若要取得小数行的像素信息，需要对中间分量图像进行亚像素处理。在本发明实施例中仅在中间分量图像的第4行和第5行之间进行亚像素处理，从而可以节约系统的数据处理量。另外，根据空间校正参数sc的小数位数，对中间分量图像进行10倍亚像素处理，具体为，在中间分量图像的第4行和第5行之间假定插入9行像素，依次为中间分量图像的第4.1行、4.2行……4.9行，但实际只对其中的第4.7行进行插值即可得到与前置分量图像中第2行相匹配的像素信息。
由上述内容可知，在本发明实施例中仅在中间分量图像中的局部进行亚像素处理，相对于现有技术中的全局亚像素处理，系统的数据处理量大大降低。
其中的插值可以采用本领域技术人员常用的插值方法，如双线性插值和/或双三次插值等，本发明对此不做限制。
步骤S300：根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并输出该插值行，与此同时输出前置分量图像和后置分量图像中缓存的像素信息；
通过步骤S300在后置分量图像中插值出与前置分量图像中第i行相匹配的像素行，其具体为：在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间假定插入Nk-1行，但实际上只对插入的Nk-1行中2sc的小数部分乘以Nk行进行插值，获得后置分量图像中插值行的像素信息，以下同样以i为2、sc为2.7为例进行举例说明。
2sc为5.4说明后置分量图像相对于前置分量图像延迟5.4行，则在后置分量图像中与前置分量图像第2行相匹配的像素行为其第7.4行，也就是说，该相匹配的像素行位于后置分量图像中第7行和第8行之间。在本发明实施例中仅在中间分量图像的第7行和第8行之间进行亚像素处理，从而可以节约系统的数据处理量。另外，根据空间校正参数sc的小数位数，对后置分量图像进行10倍亚像素处理，具体为在后置分量图像的第7行和第8行之间假定插入9行像素，依次为后置分量图像的第7.1行、7.2行……7.9行，但实际只对其中的第7.4行进行插值即可得到与前置分量图像中第2行相匹配的像素信息。
应当指出的是，本发明实施例为了便于本领域的技术人员更好地理解本技术方案特采用“假定插入……实际插入……”的描述方式对上述技术方案进行说明，但不应当将其理解为真的需要插入Nk-1行，更不应当将其作为本发明保护范围的限制。以下均采用“假定插入……实际插入……”的方式对具体实施例进行描述。
在对后置分量图像进行插值后，输出其插值行的像素信息，与此同时输出前置分量图像和后置分量图像中缓存的像素信息。在本实施例中即同时输出前置分量图像的第2行、中间分量图像的第4.7行和后置分量图像的第7.4行，进而得到合成后的彩色像素行。
步骤S400：将i+1赋值给i，重复上述步骤；
通过循环对不同分量图像逐行匹配输出，进而得到整幅校正后的彩色图像。其中，在匹配输出的过程中若判断后置分量图像中2sc的整数部分加i行为最后一行，则说明图像已经输出完成，从而停止输出。
为了便于本领域的技术人员更好地理解本技术方案，以下结合图4对不同分量图像的匹配输出方式进一步说明。
图4为本发明实施例不同分量图像的匹配输出示意图，在图4中，前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别为：绿色分量图像、蓝色分量图像或红色分量图像。但应当指出的是，不同颜色分量图像的前后次序是由线阵传感器的排列次序决定的，可参考线阵传感器的芯片手册确定，上述排列次序仅是本实施例所列举的一种具体实施方式，本领域的技术人员可以根据需要对应调整，例如将前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别调整为：红色分量图像、蓝色分量图像或绿色分量图像。
在图4中，空间校正参数sc同样为2.7，从绿色分量图像的第1行开始进行匹配输出，具体为：缓存绿色分量图像的第1行像素信息；在蓝色分量图像的第3行和第4行之间假定插入9行像素，但实际只对所插入的9行像素中第7行(蓝色分量图像的第3.7行)进行插值，缓存该插值行；在红色分量图像的第6行和第7行之间假定插入9行像素，但实际只对所插入的9行像素中第4行(红色分量图像的第6.4行)进行插值，并输出该插值行，与此同时输出绿色分量图像的第一行像素信息和蓝色分量图像的第3.7行像素信息。采用上述方式依次循环输出即可得到校正后的彩色图像14。
在上述方法实施例的基础上，本发明还提供一种彩色线阵相机的空间校正系统，其基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，其中N可取8、10或16，本发明对此不做限制。
图5为本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正系统结构示意图，如图5所示，该系统包括存储模块100、插值模块200和输出模块300，各模块之间电连接。
其中，存储模块100，用于缓存前置分量图像的第i行像素信息，以及中间分量图像的插值行像素信息；
不同颜色分量图像的前后次序是由线阵传感器的排列次序决定的，在本发明实施例中为了便于说明，按照不同分量图像的排列顺序依次定义为前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像。如果线阵传感器按照R、B、G的顺序排列，则前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别对应为红色分量图像、蓝色分量图像和绿色分量图像；如果线阵传感器按照G、B、R的顺序排线，则前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别对应为绿色分量图像、蓝色分量图像和红色分量图像。
插值模块200，用于根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得中间分量图像中插值行的像素信息；根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得后置分量图像中插值行的像素信息；
其中的插值可以采用本领域技术人员常用的插值方法，如双线性插值和/或双三次插值等，本发明对此不做限制。
输出模块300，用于同时输出后置分量图像的插值行像素信息以及存储模块中存储的前置分量图像的第i行像素信息和中间分量图像的插值行像素信息。
在另一种实施例中还包括判断模块，用于判断后置分量图像中2sc的整数部分加i行是否为最后一行，若是，则向输出模块发送停止输出指令。
由上述内容可知，本发明实施例提供的一种彩色线阵相机的空间校正方法及系统针对前置分量图像的某一行像素，在中间分量图像和后置分量图像的对应位置进行局部亚像素处理，并且仅对相匹配的像素行进行插值，与现有技术相比，在相同空间校正精度下，大大降低了系统的数据处理量，可实现彩色线阵相机较高精度的空间校正。
关于上述系统实施例各模块的详细内容，可参见上述方法实施例中的详细描述，在此不再赘述，另外，上述方法实施例中的步骤顺序仅是一示例性的排列方式，本领域的技术人员可以根据需要对应调整，同样应当落入本发明的保护范围之内。
为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种彩色线阵相机的空间校正方法，基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，其特征在于，所述方法包括：
步骤S100：缓存前置分量图像的第i行像素信息；
步骤S200：根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并缓存该插值行的像素信息；
步骤S300：根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，并输出该插值行的像素信息，与此同时输出前置分量图像和后置分量图像中缓存的像素信息；
步骤S400：将i+1赋值给i，返回步骤S100；
其中，所述根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，包括：在所述中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间插入Nk-1行像素行，且对该Nk-1行像素行中sc的小数部分乘以Nk行进行插值；
所述根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，包括：在所述后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间插入Nk-1行像素行，且对该Nk-1行像素行中2sc的小数部分乘以Nk行进行插值；
其中，所述前置分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像，所述中间分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像，所述后置分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像。
2.根据权利要求1所述的空间校正方法，其特征在于，若后置分量图像中2sc的整数部分加i行为最后一行，则停止输出。
3.根据权利要求1或2所述的空间校正方法，其特征在于，所述插值包括：双线性插值和/或双三次插值。
4.根据权利要求1或2所述的空间校正方法，其特征在于，所述前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别为：红色分量图像、蓝色分量图像和绿色分量图像；或者，绿色分量图像、蓝色分量图像和红色分量图像。
5.根据权利要求1所述的空间校正方法，其特征在于，所述N为8、10或16。
6.一种彩色线阵相机的空间校正系统，基于包含整数部分和小数部分的N进制空间校正参数sc，所述小数部分为k位小数，其特征在于，所述系统包括：
存储模块，用于缓存前置分量图像的第i行像素信息以及中间分量图像的插值行像素信息；
插值模块，用于根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得中间分量图像中插值行的像素信息；根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，获得后置分量图像中插值行的像素信息；
输出模块，用于同时输出后置分量图像中插值行的像素信息以及存储模块中缓存的前置分量图像中第i行像素信息和中间分量图像中插值行的像素信息；
其中，所述根据空间校正参数sc小数部分的数值在中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间进行插值，包括：在所述中间分量图像中sc的整数部分加i行和sc的整数部分加i+1行之间插入Nk-1行像素行，且对该Nk-1行像素行中sc的小数部分乘以Nk行进行插值；
所述根据二倍空间校正参数2sc小数部分的数值在后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间进行插值，包括：在所述后置分量图像中2sc的整数部分加i行和2sc的整数部分加i+1行之间插入Nk-1行像素行，且对该Nk-1行像素行中2sc的小数部分乘以Nk行进行插值；
其中，所述前置分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像，所述中间分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像，所述后置分量图像是红色分量图像或蓝色分量图像或绿色分量图像。
7.根据权利要求6所述的空间校正系统，其特征在于，还包括：
判断模块，用于判断后置分量图像中2sc的整数部分加i行是否为最后一行，若是，则向输出模块发送停止输出指令。
8.根据权利要求6或7所述的空间校正系统，其特征在于，所述插值模块中的插值包括：双线性插值和/或双三次插值。
9.根据权利要求6或7所述的空间校正系统，其特征在于，所述前置分量图像、中间分量图像和后置分量图像分别为：红色分量图像、蓝色分量图像和绿色分量图像；或者，绿色分量图像、蓝色分量图像和红色分量图像。
10.根据权利要求6所述的空间校正系统，其特征在于，所述N为8、10或16。
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