CN106713733A - 一种记录物体运动信息的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种记录物体运动信息的装置及方法，该装置包括：光源系统、彩色相机和同步控制器；光源系统包括连续光源和用于按照预定脉冲闪烁间隔以及脉冲颜色变化顺序进行照射的脉冲光序列光源；连续光源用于为测试区域提供照明；脉冲光序列光源用于为测试区域提供脉冲光照射；彩色相机，用于采集记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；同步控制器，用于控制光源系统的脉冲光序列光源和彩色相机，以实现脉冲光序列光源和彩色相机的同步；其中，彩色相机的曝光时间大于所述脉冲光序列光源的预定脉冲闪烁间隔。本发明无须进行轨迹推算和重建，即可实现物体运动信息记录，节约了计算量的同时使得物体的追踪更为准确。

Description

一种记录物体运动信息的装置及方法

技术领域

本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种基于脉冲光序列的记录物体运动信息的装置及方法。

背景技术

运动物体的追踪和测量是实验科学中的重要研究方向，相关技术的发展和应用对人类认识自然规律、利用自然资源起到关键作用。这里的物体既可以是需要测定的对象，同时也可以是其他介质或流体的示踪粒子。针对特定的物体轨迹和速度测量属于拉格朗日法追踪测量，现有技术手段包括利用高速相机连续记录瞬态时间点物体的位置信息，然后推算出其轨迹；利用无线电雷达针对物体的方位角和距离进行连续位置的解算和跟踪；利用常规的尺规或其他距离和角度测量工具对物体不同时刻位置进行测量和记录。

目前，常用的是利用高速相机连续记录瞬态时间点物体的位置信息，然后推算或重建轨迹的方案，该方案需要拍摄大量的瞬态时间点物体位置照片，照片之间的时间间隔小，使得两张照片之间物体的位移尽可能小，方便将不同时间点的物体轨迹联系在一起，完成物体轨迹的重建，为提高精度通常会使用前几个时间点的重建结果进行拟合，推测下一时刻物体的位置，减少搜索范围。

在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有方案要求所追踪的粒子速度不能过高，否则照片拍摄频率必须提高才能满足每两帧照片之间物体位移不至于超出拍摄范围或者与其他物体重合；当测试区域有多个被测物体或被测物体与背景有相似之处时，物体本身与最好具备一定特征能够与上述物体相区别，不 然就必须限定物体在两帧照片间的位移远小于到其他物体的距离以免出错，这就进一步提高了相机的拍摄频率要求。而且，为了提高轨迹重建的准确度，通常会采用前几帧已经确定的物体的位置信息对下一帧物体的位置进行推算，计算量很大，同时在整个过程的开始阶段，由于历史信息不足，该推算很难进行。由于光学成像容易受到传感器噪声、镜头炫光或物体表面反射特性的影响，造成成像精度下降，继而引起追踪中断。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提出了一种记录物体运动信息的装置及方法，无须进行轨迹推算和重建，即可实现物体运动信息记录，节约了计算量的同时使得物体的追踪更为准确。

本发明的一个方面，提供了一种记录物体运动信息的装置，该装置包括：

光源系统、彩色相机和同步控制器；

所述光源系统包括连续光源和用于按照预定脉冲闪烁间隔以及脉冲颜色变化顺序进行照射的脉冲光序列光源；

所述连续光源，用于为测试区域提供照明；

所述脉冲光序列光源，用于为测试区域提供脉冲光照射；

所述彩色相机，用于采集记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；

所述同步控制器，用于控制所述光源系统的脉冲光序列光源和彩色相机，以实现脉冲光序列光源和彩色相机的同步；

其中，所述彩色相机的曝光时间大于所述脉冲光序列光源的预定脉冲闪烁间隔。

本发明的另一个方面，提供了一种基于上述实施例的记录物体运动信息的装置的记录物体运动信息的方法，该方法包括：

获取所述彩色相机采集的记录有测试区域内待测运动物体运动 轨迹的彩色图像；

解析所述彩色图像，提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息；

根据所述瞬态物体位置信息和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序及脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体的运动信息。

本发明的有益效果为：

本发明提供的记录物体运动信息的装置及方法，通过引入脉冲光序列，在相机记录的轨迹信息上叠加脉冲光序列信息，利用不同颜色的光来标记物体在不同时间点的位置，从而在一张照片上同时记录了多个时间点上物体的位置信息，可以减少相机之间同步误差带来的影响以及使得相机的帧率得以降低，而且，根据轨迹能够判断一系列位置点分别对应哪个物体的运动产生，从而不要进行轨迹推算和重建，节约了计算量的同时使得物体的追踪更为准确，也使得相机的帧率得以降低，进一步地，由于物体的一个轨迹上留有多个时间点的位置信息，如果其中某些点信息丢失，不影响其他点的信息利用。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例提出的一种记录物体运动信息的装置的原理图；

图2为本发明实施例提出的一种记录物体运动信息的装置的具体应用示意图；

图3为本发明另一实施例提出的一种记录物体运动信息的装置的具体应用示意图；

图4为本发明实施例提出的一种记录物体运动信息的方法的流程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被特定定义，否则不会用理想化或过于正式的含义来解释。

图1示出了本发明实施例提出的一种记录物体运动信息的装置的结构示意图，如图1所示，本发明实施例提出的记录物体运动信息的装置，具体包括：

光源系统10、彩色相机20和同步控制器30；

其中，所述光源系统10产生的光能覆盖测试区域；所述彩色相机的视角能覆盖测试区域。

所述光源系统10包括连续光源101和用于按照预定脉冲闪烁间隔以及脉冲颜色变化顺序进行照射的脉冲光序列光源102；

所述连续光源101，用于为测试区域提供照明；

所述脉冲光序列光源102，用于为测试区域提供脉冲光照射；

所述彩色相机20，用于采集记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；

所述同步控制器30，用于控制所述光源系统10的脉冲光序列光源102和彩色相机20，以实现脉冲光序列光源和彩色相机的同步；

其中，所述彩色相机20的曝光时间大于所述脉冲光序列光源102的预定脉冲闪烁间隔，以实现每次相机快门打开的曝光时间内，多次脉冲闪光按序列依次投向测试区域，由于物体的反射和折射特性，使得表面呈现不同的颜色特征；使用彩色相机记录下连续光条件下物体的轨迹拖影和设定的时间点上物体的位置和颜色信息。

可理解的是，为了实现脉冲光序列光源102和彩色相机20的同步，在一个实施例中，可以通过将光源系统10和彩色相机20分别与同步控制器30相连接，以实现光源系统10和彩色相机20的同步。在另一实施例中，如此时的彩色相机曝光时间较长，至少长于两次脉冲的最短时间时，同步控制器30只需要与脉冲光序列光源102相连，以负责控制好脉冲光序列光源的脉冲序列即可。

更进一步地，也可通过将彩色相机固定在被测物体上而将光脉冲序列打到参照物体上，或者直接在参照物体的表面安装两种光源，通过记录参照物的相对运动来进行测量物体的测量。

本发明实施例中，连续光源101和脉冲光序列光源102，两种光源均能覆盖测试区域并且亮度均匀；其中连续光源101的照射下， 待测运动物体表面反光更清晰，方便彩色相机记录物体的运动轨迹；脉冲光序列光源102用于增强某些设定的时间点物体在瞬态位置的反射光强，用于记录其瞬态位置；为了判断物体运动方向，当一次测量的轨迹上脉冲闪光数量大于或等于三次时，任意相邻三次脉冲闪光的颜色不同，当脉冲闪光数小于三次时，相邻脉冲光的颜色不同，并且脉冲颜色变化顺序及每次脉冲间隔时间预先设定并已知；光源系统中连续光源101和脉冲光序列光源102和彩色相机20均由同步控制器30控制，保证彩色相机30快门的开启与脉冲光序列光源的运作同步，保证快门开启期间脉冲光序列光源按预定闪烁频率及颜色变化方式工作。

进一步地，如图2和图3所示，所述彩色相机20为一台或多台，所述一台或多台彩色相机的拍摄视角均覆盖所述测试区域，具体的所述一台或多台彩色相机的拍摄视角全部或部分覆盖所述测试区域。

进一步地，所述脉冲光序列光源的脉冲光颜色至少为两种。

需要说明的是，脉冲光序列光源可以为由多台颜色不同的单脉冲闪光灯组成，可以采用一台集成有不同颜色脉冲发射装置的闪光灯，也可由其他能够按照预定脉冲闪烁间隔以及脉冲颜色变化顺序进行照射的脉冲光发射装置替代，本发明对此不做具体限定。

下面，对本发明实施例提出的记录物体运动信息的装置的工作原理进行说明。

本发明提供的记录物体运动信息的装置的工作原理，具体如下：

1)调整两种光源的位置及方向，使两者同时覆盖测试区域；

2)将一台或多台彩色相机指向测试区域，将相机与同步控制器相连。

3)通过同步控制器协调彩色相机与光源的运行，在彩色相机快 门打开的曝光时间内，同步器控制脉冲光源产生多次光脉冲序列，所述序列的时间间隔已知，且相邻两次光脉冲的颜色不同、序列已知。

4)根据测量需要结合物体运动方式，拍摄相应条件下记录有物体运动轨迹及特定时间点位置和颜色信息的彩色照片。

5)得到记录有物体的轨迹和瞬态位置的照片后，将其发送给处理器进行处理。

本发明提供的记录物体运动信息的装置，基于脉冲光序列结合彩色相机对物体运动轨迹和瞬间位置进行记录，即在彩色相机快门曝光期间，通过同步控制器控制脉冲光序列光源产生数次闪光脉冲，而数次闪光脉冲之间通过颜色加以区分，连续两次闪光的颜色不相同，并按照设定序列变化，使得相机在记录下的物体运动拖影轨迹上叠加数次物体瞬态位置的彩色图像；通过给定闪光之间的间隔以及时序，可以在物体运动轨迹上留下不同时间点物体的位置，从而在一张照片上同时记录了物体轨迹、运动方向及时间间隔内的运动距离。

本发明另一实施例还提出了一种基于上述实施例所述的记录物体运动信息的装置的记录物体运动信息的方法。

图4示出了本发明另一实施例提出的一种记录物体运动信息的方法的流程示意图，如图4所示，该方法具体包括：

S11、获取所述彩色相机采集的记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；

S12、解析所述彩色图像，提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息；

S13、根据所述瞬态物体位置信息和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序及脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体 的运动信息。

本发明实施例，通过获取彩色相机采集的记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像，从该彩色图像中提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息，根据轨迹信息完成瞬态位置与轨迹的信息提取，结合同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序及脉冲闪烁间隔，判断同一轨迹运动方向，从而获得设定时间间隔内物体运动距离与方向，确定所述待测运动物体的运动信息。

进一步地，本实施例中的步骤S13，包括以下图中未示出的步骤：

S131、确定所述瞬态物体位置信息中，每一瞬态位置的颜色以及相邻瞬态位置之间的距离；

S132、根据每一瞬态位置的颜色和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序，确定所述待测运动物体的运动方向；

S133、根据相邻瞬态位置之间的距离和所述脉冲光序列光源的脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体的运动速度；

S134、根据各个相邻瞬态位置之间的距离，确定所述待测运动物体的总运动距离。

具体的，所述根据各个相邻瞬态位置之间的距离，确定所述待测运动物体的总运动距离，具体包括：

计算各个相邻瞬态位置之间的距离之和，得到所述待测运动物体的总运动距离。

本发明实施例中，在提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息之前，所述方法还包括：

判断同一待测运动物体的拖影轨迹和叠加在所述拖影轨迹上的瞬态物体位置信息集合。

具体的，本实施例中，根据轨迹信息完成瞬态位置与拖影轨迹的信息提取之后，判断出同一待测运动物体的拖影轨迹和和叠加在所述拖影轨迹上的瞬态物体位置信息集合，再根据脉冲光序列的颜色变化顺序判断每一待测运动物体得轨迹运动方向，从而获得设定时间间隔内物体运动距离与方向。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (7)

1.一种记录物体运动信息的装置，其特征在于，所述装置包括：

光源系统、彩色相机和同步控制器；

所述光源系统包括连续光源和用于按照预定脉冲闪烁间隔以及脉冲颜色变化顺序进行照射的脉冲光序列光源；

所述连续光源，用于为测试区域提供照明；

所述脉冲光序列光源，用于为测试区域提供脉冲光照射；

所述彩色相机，用于采集记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；

所述同步控制器，用于控制所述光源系统的脉冲光序列光源和彩色相机，以实现脉冲光序列光源和彩色相机的同步；

其中，所述彩色相机的曝光时间大于所述脉冲光序列光源的预定脉冲闪烁间隔。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述彩色相机为一台或多台，所述一台或多台彩色相机的拍摄视角均覆盖所述测试区域。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述脉冲光序列光源的脉冲光颜色至少为两种。

4.一种基于如权利要求1-3任一项所述的记录物体运动信息的装置的记录物体运动信息的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取所述彩色相机采集的记录有测试区域内待测运动物体运动轨迹的彩色图像；

解析所述彩色图像，提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息；

根据所述瞬态物体位置信息和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序及脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体的运动信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述瞬态物体位置信息和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序及脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体的运动信息，包括：

确定所述瞬态物体位置信息中，每一瞬态位置的颜色以及相邻瞬态位置之间的距离；

根据每一瞬态位置的颜色和同一时间内所述脉冲光序列光源的脉冲颜色变化顺序，确定所述待测运动物体的运动方向；

根据相邻瞬态位置之间的距离和所述脉冲光序列光源的脉冲闪烁间隔，确定所述待测运动物体的运动速度；

根据各个相邻瞬态位置之间的距离，确定所述待测运动物体的总运动距离。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据各个相邻瞬态位置之间的距离，确定所述待测运动物体的总运动距离，包括：

计算各个相邻瞬态位置之间的距离之和，得到所述待测运动物体的总运动距离。

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在提取所述待测运动物体的拖影轨迹信息和叠加在所述拖影轨迹上的由所述脉冲光序列光源形成的瞬态物体位置信息之前，所述方法还包括：

判断同一待测运动物体的拖影轨迹和叠加在所述拖影轨迹上的瞬态物体位置信息集合。