CN105740791A - 一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统 - Google Patents
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Abstract
一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，属于位置检测传感器领域。解决了现有靶标识别方法中应用固定频闪的LED进行目标识别时，对于多目标乃至大量目标进行识别时，识别速度慢，靶标设计复杂、识别成本高的问题。视觉采集单元，用于通过相机采集待测关节上的M个LED灯亮、灭的图像信息，数据处理单元，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，靶标驱动单元，用于根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率编码，对M个LED灯进行驱动。它主要用于标靶识别。
Description
技术领域
本发明属于位置检测传感器领域，具体设计一种基于视觉的快速多目标识别的靶标装置及方法。
背景技术
随着机器视觉的不断发展，视觉测距、识别得到广泛的应用。为了获得目标物体的位置信息，并准确区分目标各部位信息，设立一个可快速识别的靶标装置是必不可少。可识别的靶标装置其实就是对目标物体上的靶标进行提前设计，当图像采集系统采集到某靶标信息后，上位机能根据设计时靶标信息判定该靶标所对应的目标物的信息，从而实现目标物的识别。
目前，可识别的靶标装置的设计主要从两方面入手。
其一，是外形上的改变。即通过将靶标设计成不同的几何形状或者添加、减少LED的数量来识别目标物。该方法思路简单，应用方便。但是在同一项工程中使用不同的靶标的外形，增加了靶标外形设计的工作量，并对识别后的后续测量所使用的算法有较高的限制。同时当识别目标数量较多时，该方法在不同外形确定上有重大缺陷，目标识别速度慢。
其二，是通过靶标自身特性的变化来达到识别靶标的功能。如使用黑白格编码的模式和使用LED固定频闪模式实现识别的目的。其中黑白格编码只能应用于明亮环境下，在暗环境下识别变得困难，同时靶标尺寸过大。相比较而言固定频闪的LED靶标识别精度高，可应用于后续测距算法中。但对于多个目标的识别上，利用固定频率就变得有些麻烦，甚至影响到识别的精度及识别速度。
发明内容
本发明是为了解决现有靶标识别方法中应用固定频闪的LED进行目标识别时，对于多目标乃至大量目标进行识别时，识别速度慢，靶标设计复杂、识别成本高的问题，本发明提供了一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统。
一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，它包括视觉采集单元、数据处理单元和靶标驱动单元；
视觉采集单元，用于通过相机采集待测关节上的M个LED灯亮、灭的图像信息，其中，M为大于1的整数；
数据处理单元，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，其中，每个LED灯的位置对应一个关节的位置，
靶标驱动单元，用于根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率编码，对M个LED灯进行驱动。
数据处理单元，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识的具体过程为：
首先，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，设定区分周期，在一个区分周期内，对每个LED灯在相机的每次曝光时间内的状态进行“0”或“1”标记，其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”，
其次，每个LED灯，根据曝光次序，对每次曝光时间内记录的状态值，依次形成二进制码序列，每个LED灯的对应一个二进制码序列，所有LED灯的二进制码序列不同，所有LED灯所对应的二进制码序列形成原始标准模板，
区分周期的时间长度为各次曝光时间的总和。
数据处理单元还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息的具体过程为：
数据处理单元根据每一个曝光时间里不同部位的LED亮灭情况，及一个区分周期内所有LED整体亮灭情况，生成0、1信号，并将该0、1信号转化为格雷码编码信息，从而根据已生成的格雷码信息与原始标准模板中的二进制码序列进行匹配，从而确定待测关节的位置信息，
其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”。
所述的待测关节上的LED灯的个数为7时，每个曝光时间内LED灯的亮灭情况表见表1：
表1每个曝光时间LED灯的亮灭情况表
。
数据处理单元包括数据处理模块和无线发送模块，靶标驱动单元包括无线接收模块、LED驱动控制模块和电源模块，
数据处理模块，用于根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，且还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，
无线发送模块，用于发送LED灯的亮闪频率控制信号，
无线接收模块，用于接收LED灯的亮闪频率控制信号，
LED驱动控制模块，根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，对M个LED灯进行亮、灭控制，
电源模块，用于给无线接收模块和LED驱动控制模块进行供电。
本发明带来的有益效果是，本发明是利用数据处理单元对LED进行驱动，在图像采集系统的多个曝光时间段内控制灯亮灭的变换，利用格雷码的编码形式来实现靶标的识别。即靶标系统可以根据采集相机的曝光时间来控制相应LED在不同时间段内进行亮暗变化的编码的行为。该方法具有识别速度快(一般的工业相机曝光时间为0.04ms-93ms)，可识别目标多，体积小(1个LED灯即可识别一个目标物体)，且可参与后续视觉测量过程等优点。
同时LED在像面成像后，常需要根据像素高斯分布的峰值调节LED的驱动电流，而常规靶标的调节方式多为手动调节，而本靶标可以根据实验需要实时调节驱动电流，实现测量时对光点理想的光强实时改变。
附图说明
图1为本发明所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统的原理示意图；
图2为数据处理单元的内部原理示意图；
图3为以7个LED为例，采用4个曝光时间为一个周期时间时，数据处理单元的处理流程。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，它包括视觉采集单元1、数据处理单元2和靶标驱动单元3；
视觉采集单元1，用于通过相机采集待测关节上的M个LED灯亮、灭的图像信息，其中，M为大于1的整数；
数据处理单元2，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，其中，每个LED灯的位置对应一个关节的位置，
靶标驱动单元3，用于根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率编码，对M个LED灯进行驱动。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统的区别在于，数据处理单元2，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识的具体过程为：
首先，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，设定区分周期，在一个区分周期内，对每个LED灯在相机的每次曝光时间内的状态进行“0”或“1”标记，其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”，
其次，每个LED灯，根据曝光次序，对每次曝光时间内记录的状态值，依次形成二进制码序列，每个LED灯的对应一个二进制码序列，所有LED灯的二进制码序列不同，所有LED灯所对应的二进制码序列形成原始标准模板，
区分周期的时间长度为各次曝光时间的总和。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统的区别在于，数据处理单元2还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息的具体过程为：
数据处理单元2根据每一个曝光时间里不同部位的LED亮灭情况，及一个区分周期内所有LED整体亮灭情况，生成0、1信号，并将该0、1信号转化为格雷码编码信息，从而根据已生成的格雷码信息与原始标准模板中的二进制码序列进行匹配，从而确定待测关节的位置信息，
其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”。
本实施方式，数据处理单元2根据每一个曝光时间里不同部位的LED亮灭情况，并结合多个曝光时间组成的区分周期，该区分周期由需识别关节点数在二进制表示下的位数(以7个需识别的关节点为例，3位二进制可以表示十进制数字8，由于实际操作中LED在3个曝光时间都出现全暗的情况下不能被采集系统识别，故3个曝光时间至多能识别7个LED，即7个LED识别需要3个基本曝光时间段)外带一个LED全亮曝光时间组成，其中，LED全亮曝光时间为后续测量使用。其中数据处理单元2根据LED整体亮灭情况，生成0、1信号，并将该信号转化为格雷码编码信息，从而根据已生成的格雷码信息判断识别区分测量物体的不同关节点。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统的区别在于，所述的待测关节上的LED灯的个数为7时，每个曝光时间内LED灯的亮灭情况表见表1：
表1每个曝光时间LED灯的亮灭情况表
。
本实施方式，实际应用中当采集系统确定相机曝光时间后，靶标系统根据相机曝光时间决定每个LED灯在曝光时间内的亮灭情况，因此当需要识别7个目标时，靶标系统需要最少占用3个曝光时间来实现LED的编码。具体每个曝光时间内每个LED亮灭情况如上表1所示1。
根据3位2进制编码原理，可以对8个LED灯进行有效的区分。然而在实际应用中，000即在三个曝光时间里全暗的情况不能有效识别，故不做考虑。
具体实施方式五：参见图2说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统的区别在于，数据处理单元2包括数据处理模块2-1和无线发送模块2-2，靶标驱动单元3包括无线接收模块3-1、LED驱动控制模块3-2和电源模块3-3，
数据处理模块2-1，用于根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，且还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，
无线发送模块2-2，用于发送LED灯的亮闪频率控制信号，
无线接收模块3-1，用于接收LED灯的亮闪频率控制信号，
LED驱动控制模块3-2，根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，对M个LED灯进行亮、灭控制，
电源模块3-3，用于给无线接收模块3-1和LED驱动控制模块3-2进行供电。
本实施方式，由于数据处理单元2与靶标驱动单元3采用的是无线通信，故在采用上述方案中，如何解决上位机系统与靶标系统之间同步变得尤为重要。以7个LED为例，即使用3个曝光时间段即可完成标识工作。所以为了达到同步的效果本靶标采用4个曝光时间为一个周期时间。在除去三个靶标识别曝光时间的基础上，添加一个同步识别的曝光时间。即在第4个曝光时间段内，使能LED，得到全亮的结果。当数据处理单元2接受到第一个全亮(1111111)信号时，识别系统中断，重新执行识别程序，具体参见图3，从而达到同步的目的。后续出现全亮情况则可以作为测量算法中的正常靶标使用。
Claims (5)
1.一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，其特征在于，它包括视觉采集单元(1)、数据处理单元(2)和靶标驱动单元(3)；
视觉采集单元(1)，用于通过相机采集待测关节上的M个LED灯亮、灭的图像信息，其中，M为大于1的整数；
数据处理单元(2)，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，其中，每个LED灯的位置对应一个关节的位置，
靶标驱动单元(3)，用于根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率编码，对M个LED灯进行驱动。
2.根据权利要求1所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，其特征在于，数据处理单元(2)，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识的具体过程为：
首先，根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，设定区分周期，在一个区分周期内，对每个LED灯在相机的每次曝光时间内的状态进行“0”或“1”标记，其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”，
其次，每个LED灯，根据曝光次序，对每次曝光时间内记录的状态值，依次形成二进制码序列，每个LED灯的对应一个二进制码序列，所有LED灯的二进制码序列不同，所有LED灯所对应的二进制码序列形成原始标准模板，
区分周期的时间长度为各次曝光时间的总和。
3.根据权利要求2所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，其特征在于，数据处理单元(2)还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息的具体过程为：
数据处理单元(2)根据每一个曝光时间里不同部位的LED亮灭情况，及一个区分周期内所有LED整体亮灭情况，生成0、1信号，并将该0、1信号转化为格雷码编码信息，从而根据已生成的格雷码信息与原始标准模板中的二进制码序列进行匹配，从而确定待测关节的位置信息，
其中，数字“1”表示LED灯“亮”，数字“0”表示LED灯“暗”。
4.根据权利要求3所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，其特征在于，所述的待测关节上的LED灯的个数为7时，每个曝光时间内LED灯的亮灭情况表见表1：
表1每个曝光时间LED灯的亮灭情况表
5.根据权利要求1所述的一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统，其特征在于，数据处理单元(2)包括数据处理模块(2-1)和无线发送模块(2-2)，靶标驱动单元(3)包括无线接收模块(3-1)、LED驱动控制模块(3-2)和电源模块(3-3)，
数据处理模块(2-1)，用于根据相机曝光时间确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，利用二进制格雷码编码，对待测关节上的M个LED灯进行标识，且还用于对采集的M个LED灯亮、灭的图像信息进行处理，获得待测关节的位置信息，
无线发送模块(2-2)，用于发送LED灯的亮闪频率控制信号，
无线接收模块(3-1)，用于接收LED灯的亮闪频率控制信号，
LED驱动控制模块(3-2)，根据确定待测关节上的M个LED灯的亮闪频率，对M个LED灯进行亮、灭控制，
电源模块(3-3)，用于给无线接收模块(3-1)和LED驱动控制模块(3-2)进行供电。
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| CN201610052538.6A CN105740791A (zh) | 2016-01-26 | 2016-01-26 | 一种基于视觉的运动物体多关节位置识别的靶标系统 |
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