CN107197274A - 视觉非同步流编码及解码系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及轨道交通环保技术领域,尤其是视觉非同步流编码及解码系统，原始码流经流编码算法编码后，产生流编码码流；然后用流编码符依次对应每个流编码位，最终得到流编码，数据按字节顺序，依次按位展开，得到以0、1表示的原始码流；对于非折行数据，从首个bit位开始，如果其后面的字符与前面的字符一样，则用R替换，否则不变；对于需要折行的数据，首先按照用户自定义的每行bit位长度分割原始码流；然后对分割后的每段原始码流，利用步骤二的方法进行流编码。本发明有益效果：对该技术产生的编码进行解码，无需解码同步信息，解码只需高于最低采样频率即可正确解码，无需事先设定解码设备的采样频率，易于使用，应用领域广。

Description

视觉非同步流编码及解码系统
技术领域
本发明涉及轨道交通环保技术领域,尤其是视觉非同步流编码及解码系统。
背景技术
移动寻迹车辆/机器人能够代替人类进入恶劣环境中进行工作，尤其是在物流、无人仓库领域得到了广泛的应用。
寻轨即指该类型系统会沿着地面、墙壁或天花板上事先标记好的轨迹运动。但当今物流仓库越来越庞大，布局越来越复杂，运行在其中的寻机车辆/机器人也越来越多，并且其运行速度也在不断提升，这就给实时管理、控制、定位这些车辆/机器人带来了很大的难度。
实现对这些车辆/机器人的实时管控，首先要解决以下几个问题：
1.要建立一种可靠的数据通信机制，这样才能随时修改车辆/机器人的行为；
2.必须能够获取较精确的车辆/机器人位置信息，这样才能进行全局最优决策和控制；
目前，解决以上2个问题可以采用无线通信网络进行车辆/机器人的通信和定位；或者采用无线网络实现通信功能，通过监控图像、布设传感器，实现车辆/机器人的定位。但目前无线定位技术还不成熟，无法实现复杂环境中的精确定位。而通过埋设地感线圈进行定位的方案，需要实施较多的基础建设工作，且成本较高。
因此，本专利设计了一种基于图像和机器视觉的信息编码和解码系统。编码后的信息可以绘制在车辆/机器人的轨迹上(或墙壁等可被车辆/机器人看到的地方)，或者通过布设在轨道或墙壁、天花板等位置处的屏幕上动态显示，或者以投影方式动态显示出来。
同时，车辆/机器人需要上传的一些信息，也可通过该系统进行传输。
此外，该项技术也可以替代条码和二维码，应用于物流、个人电子支付等领域。
现有技术一：无线通信网络、或者监控图像、布设传感器，实现车辆/机器人的定位实现定位功能。
现有技术一的缺点：无线定位技术目前还不成熟，无法实现复杂环境中的精确定位，通过监控图像进行定位，需要较高性能的计算设备和复杂的识别软件，成本较高且识别错误率仍较高，通过埋设地感线圈等传感器进行定位的方案，需要实施较多的基础建设工作，且成本较高
现有技术二：通过条码、二维码进行信息传输，条形码(barcode)是将宽度不等的多个黑条和空白，按照一定的编码规则排列，用以表达一组信息的图形标识符。常见的条形码是由反射率相差很大的黑条(简称条)和白条(简称空)排成的平行线图案。条形码可以标出物品的生产国、制造厂家、商品名称、生产日期、图书分类号、邮件起止地点、类别、日期等许多信息，因而在商品流通、图书管理、邮政管理、银行系统等许多领域都得到广泛的应用。
二维码是用某种特定的几何图形按一定规律在平面分布的黑白相间的图形记录数据符号信息的；在代码编制上巧妙地利用构成“0”、“1”比特流的概念，使用若干个与二进制相对应的几何形体来表示文字数值信息，通过图象输入设备或光电扫描设备自动识读以实现信息自动处理。二维码比普通条码可储存更多资料，亦无需像普通条码般在扫描时需直线对准扫描器。
现有技术二的缺点
1.传输信息非常有限，如需传输较多的信息，必须增加条码/二维码的编码区面积，同时也需要增加解码设备中图像采集设备的精度、器件尺寸，增加解码设备成本。
2.二维码的解码算法复杂，一般须采用面阵式图像采集期间，解码设备价格较贵。
3.将条码/二维码印刷至轨道上，可能会干扰现有车辆/机器人运行，需对寻轨算法进行较大程度的升级。
4.所有信息需一次性采集、解码，也即需等待所有信息完全产生后才能进行传输，在某些极端工业自动化需求中实时性仍显不够；没有提供同步机制，如信息发送和拍摄不同步，极易造成解码错误。
因此，对于上述问题有必要提出一种基于无线网络的接触网检测系统。
发明内容
针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于无线网络的接触网检测系统。
视觉非同步流编码及解码系统，原始码流经流编码算法编码后，产生流编码码流；然后用流编码符依次对应每个流编码位，最终得到流编码，其中流编码方法为：步骤一：数据按字节顺序，依次按位展开，得到以0、1表示的原始码流；步骤二：对于非折行数据，从首个bit位开始，如果其后面的字符与前面的字符一样，则用R替换，否则不变；步骤三：对于需要折行的数据，首先按照用户自定义的每行bit位长度分割原始码流；然后对分割后的每段原始码流，利用步骤二的方法进行流编码；
其中流编码的解码方法为：步骤四：从流编码的头部开始，以大于等于最低采样频率的频率沿码流依次进行采样；步骤五：对每个采样图像，进行二值化分割；步骤六：使用“重复删除”算法提取每个采样图像的特征，并以此特征识别出每个流编码符，并按照采样顺序依次排列，形成冗余流编码码流；步骤七：从冗余流编码码流头部开始，采用“重复删除”算法去除冗余信息，形成流编码码流；步骤八：根据流编码规则，替换流编码中出现的R码，获得原始码流信息。
优选地，其中步骤四中相关内容为：解码起始方向以及采用的最低采样频率对于线扫描方式，即在直线处获取码流图像；对于面扫描方式，即截取直线所覆盖区域的图像。
优选地，所述最低采样频率是指，在每个流编码符上仅采样一次，最低采样频率是一个理想值，在实际情况中难以确定，因此会用远高于此频率的采样频率进行解码采样，并且只要保证采样频率大于最低采样频率高于最低采样频率情况
优选地，其中步骤五相关内容为：对于每个流编码字符，其中蓝色部分为若干个连续的“黑色”像素，而白色部分为若干个连续的“白色”像素，首先进行图像的二值化处理，即根据像素的颜色值，设为0、或1，二值化的方法可以采用阈值法、自动聚类法。
优选地，在步骤六中，“重复删除”算法为：(1)对于一给定序列，记录首元素；(2)取下一个紧邻的元素，如果其值等于前一个元素，则忽略；否则记录下该元素的值；(3)重复步骤(2)，直到完成序列中全部元素的遍历；(4)记录的序列，即为该算法的输出结果。
优选地，其中步骤七相关内容为：对于给定一个形如0011RR0001110的冗余流编码码流，经“重复删除”算法处理后为：01R010。
优选地，其中步骤八：对于形如01R010的流编码码流，替换R符号后为011010，即恢复出了原始码流。
优选地，所述流编码的应用方式包括应用方式一：线采样解码设备移动，流编码不动或反向运动。应用方式二：线采样解码设备不动，流编码移动应用方式三：面采样解码。
优选地，对于应用方式一，在车辆/机器人寻轨领域中，流编码可单条，或多条嵌入轨道标识中。但需要在其头部和尾部添加一个或一段引导流编码，否则如果首码为0，则会与轨道混淆，通过设置不同的头、尾部引导流编码，可以实现方向无关型解码，通过在其上显示流编码，达到实时通信的目的，同理，可以将流编码显示在手机屏幕上，通过在线解码设备前移动手机，达到解码的目的。
优选地，对于应用方式二，可将屏幕，如手机屏幕固定置于线解码设备前，而屏幕上放映移动的流编码视频，实现信息的传输。
由于采用上述技术方案，本发明有益效果：
1、对该技术产生的编码进行解码，无需解码同步信息，解码只需高于最低采样频率即可正确解码，无需事先设定解码设备的采样频率，易于使用，应用领域广；
2、该技术产生的编码，可以以码流形式依次输出，解码设备无需具有大存储空间即可完成解码；
3、该编码、解码算法简单，易于在低运算能力设备上实现，有效降低软件和硬件成本；
4、该编码易于嵌入寻迹车辆/机器人的轨迹中，也易于在嵌入轨迹中的电子显示屏上实时动态显示，解决了复杂生产环境下多寻迹车辆/机器人的通信监管问题；
5、该编码方式也适合印制、蚀刻、雕刻于纸张、金属、塑料等多材质面板上，编码密度较高，解码简单，可不借助设备人工解码，适合超长期保存信息。
附图说明
图1是本发明的流编码符号图；
图2是本发明的流编码算法示意图；
图3-4是本发明的最低采样频率图；
图5是本发明的流编码采样图像；
图6-7是本发明的显示动态信息图；
图8是本发明的采样一次性采集到的流编码图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1并结合图2-图8所示，视觉非同步流编码及解码系统，原始码流经流编码算法编码后，产生流编码码流；然后用流编码符依次对应每个流编码位，最终得到流编码，其中流编码方法为：步骤一：数据按字节顺序，依次按位展开，得到以0、1表示的原始码流；步骤二：对于非折行数据，从首个bit位开始，如果其后面的字符与前面的字符一样，则用R替换，否则不变；步骤三：对于需要折行的数据，首先按照用户自定义的每行bit位长度分割原始码流；然后对分割后的每段原始码流，利用步骤二的方法进行流编码；
其中流编码的解码方法为：步骤四：从流编码的头部开始，以大于等于最低采样频率的频率沿码流依次进行采样；步骤五：对每个采样图像，进化分割；步骤六：使用“重复删除”算法提取每个采样图像的特征，并以此特征识别出每个流编码符，并按照采样顺序依次排列，形成冗余流编码码流；步骤七：从冗余流编码码流头部开始，采用“重复删除”算法去除冗余信息，形成流编码码流；步骤八：根据流编码规则，替换流编码中出现的R码，获得原始码流信息。
进一步的，其中步骤四中相关内容为：解码起始方向以及采用的最低采样频率对于线扫描方式，即在直线处获取码流图像；对于面扫描方式，即截取直线所覆盖区域的图像，所述最低采样频率是指，在每个流编码符上仅采样一次，最低采样频率是一个理想值，在实际情况中难以确定，因此会用远高于此频率的采样频率进行解码采样，并且只要保证采样频率大于最低采样频率高于最低采样频率情况
进一步的，其中步骤五相关内容为：对于每个流编码字符，其中蓝色部分为若干个连续的“黑色”像素，而白色部分为若干个连续的“白色”像素，首先进行图像的二值化处理，即根据像素的颜色值，设为0、或1，二值化的方法可以采用阈值法、自动聚类法。
进一步的，在步骤六中，“重复删除”算法为：(1)对于一给定序列，记录首元素；(2)取下一个紧邻的元素，如果其值等于前一个元素，则忽略；否则记录下该元素的值；(3)重复步骤(2)，直到完成序列中全部元素的遍历；(4)记录的序列，即为该算法的输出结果。
其中步骤七相关内容为：对于给定一个形如0011RR0001110的冗余流编码码流，经“重复删除”算法处理后为：01R010。
其中步骤八：对于形如01R010的流编码码流，替换R符号后为011010，即恢复出了原始码流。
流编码的应用方式包括应用方式一：线采样解码设备移动，流编码不动或反向运动。应用方式二：线采样解码设备不动，流编码移动应用方式三：面采样解码，对于应用方式一，在车辆/机器人寻轨领域中，流编码可单条，或多条嵌入轨道标识中。但需要在其头部和尾部添加一个或一段引导流编码，否则如果首码为0，则会与轨道混淆，通过设置不同的头、尾部引导流编码，可以实现方向无关型解码，通过在其上显示流编码，达到实时通信的目的，同理，可以将流编码显示在手机屏幕上，通过在线解码设备前移动手机，达到解码的目的，对于应用方式二，可将屏幕，如手机屏幕固定置于线解码设备前，而屏幕上放映移动的流编码视频，实现信息的传输。
对该技术产生的编码进行解码，无需解码同步信息，解码只需高于最低采样频率即可正确解码，无需事先设定解码设备的采样频率，易于使用，应用领域广；该技术产生的编码，可以以码流形式依次输出，解码设备无需具有大存储空间即可完成解码；该编码、解码算法简单，易于在低运算能力设备上实现，有效降低软件和硬件成本；该编码易于嵌入寻迹车辆/机器人的轨迹中，也易于在嵌入轨迹中的电子显示屏上实时动态显示，解决了复杂生产环境下多寻迹车辆/机器人的通信监管问题；该编码方式也适合印制、蚀刻、雕刻于纸张、金属、塑料等多材质面板上，编码密度较高，解码简单，可不借助设备人工解码，适合超长期保存信息。
使用三种图形符号编码0、1两种状态，使得解码时无需同步信息。只需高于最低采样频率，即可正确解码；该编码方式可以以码流形式依次呈现，编/解码算法简单。解码时无需一次性存储所有原始信息再进行解码，能够使用低成本的低运算能力、小存储空间的计算设备进行编解码；使用的三种图形符号，易于嵌入寻轨轨道中,寻轨车辆/机器人正常经过时即可获取信息；使用的三种图形符号，易于在电子显示装置中实时动态呈现，实现实时信息交换；该编码方式也适合印制、蚀刻、雕刻于纸张、金属、塑料等多材质面板上，编码密度较高，解码简单，可不借助设备人工解码，适合超长期保存信息
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：原始码流经流编码算法编码后，产生流编码码流；然后用流编码符依次对应每个流编码位，最终得到流编码，其中流编码方法为：
步骤一：数据按字节顺序，依次按位展开，得到以0、1表示的原始码流；
步骤二：对于非折行数据，从首个bit位开始，如果其后面的字符与前面的字符一样，则用R替换，否则不变；
步骤三：对于需要折行的数据，首先按照用户自定义的每行bit位长度分割原始码流；然后对分割后的每段原始码流，利用步骤二的方法进行流编码；
其中流编码的解码方法为：
步骤四：从流编码的头部开始，以大于等于最低采样频率的频率沿码流依次进行采样；
步骤五：对每个采样图像，进行二值化分割；
步骤六：使用“重复删除”算法提取每个采样图像的特征，并以此特征识别出每个流编码符，并按照采样顺序依次排列，形成冗余流编码码流；
步骤七：从冗余流编码码流头部开始，采用“重复删除”算法去除冗余信息，形成流编码码流；
步骤八：根据流编码规则，替换流编码中出现的R码，获得原始码流信息。
2.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：其中步骤四中相关内容为：解码起始方向以及采用的最低采样频率对于线扫描方式，即在直线处获取码流图像；对于面扫描方式，即截取直线所覆盖区域的图像。
3.如权利要求2所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：所述最低采样频率是指，在每个流编码符上仅采样一次，最低采样频率是一个理想值，在实际情况中难以确定，因此会用远高于此频率的采样频率进行解码采样，并且只要保证采样频率大于最低采样频率高于最低采样频率情况。
4.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：其中步骤五相关内容为：对于每个流编码字符，其中蓝色部分为若干个连续的“黑色”像素，而白色部分为若干个连续的“白色”像素，首先进行图像的二值化处理，即根据像素的颜色值，设为0、或1，二值化的方法可以采用阈值法、自动聚类法。
5.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：在步骤六中，“重复删除”算法为：
(1)对于一给定序列，记录首元素；
(2)取下一个紧邻的元素，如果其值等于前一个元素，则忽略；否则记录下该元素的值；
(3)重复步骤(2)，直到完成序列中全部元素的遍历；
(4)记录的序列，即为该算法的输出结果。
6.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：其中步骤七相关内容为：对于给定一个形如0011RR0001110的冗余流编码码流，经“重复删除”算法处理后为：01R010。
7.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：其中步骤八：对于形如01R010的流编码码流，替换R符号后为011010，即恢复出了原始码流。
8.如权利要求1所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：所述流编码的应用方式包括：
应用方式一：线采样解码设备移动，流编码不动或反向运动；
应用方式二：线采样解码设备不动，流编码移动；
应用方式三：面采样解码。
9.如权利要求8所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：对于应用方式一，在车辆/机器人寻轨领域中，流编码可单条，或多条嵌入轨道标识中。但需要在其头部和尾部添加一个或一段引导流编码，否则如果首码为0，则会与轨道混淆，通过设置不同的头、尾部引导流编码，可以实现方向无关型解码，通过在其上显示流编码，达到实时通信的目的，同理，可以将流编码显示在手机屏幕上，通过在线解码设备前移动手机，达到解码的目的。
10.如权利要求8所述的视觉非同步流编码及解码系统，其特征在于：对于应用方式二，可将屏幕，如手机屏幕固定置于线解码设备前，而屏幕上放映移动的流编码视频，实现信息的传输。
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