CN108401136A - 移动目标图像压缩采样及重构方法 - Google Patents

Abstract

一种移动目标图像压缩采样及重构方法，移动目标图像压缩采样包括：利用线性阵列传感器获取移动目标的信息；利用测量矩阵对所获取的移动目标的图像进行压缩采样得到压缩测量向量，其特征在于，对压缩测量向量进行预处理去除重复的测量向量得到有效向量并进行存储，其特征在于，在线性阵列传感器获得压缩测量向量后，先对测量向量进行预处理去除重复的测量向量得到有效向量，然后利用有效向量重构移动目标图像。利用本发明提供的方法能够节省存储空间，且提高了传输效率。

Description

移动目标图像压缩采样及重构方法

技术领域

本发明涉及一种移动目标图像压缩及重构方法，尤其涉及一种节省存储空间，且提高了传输效率的移动目标图像压缩及重构方法，属于图像处理技术领域。

背景技术

压缩成像(Compressive Imaging，CI)作为压缩感知理论的一个重要研究领域，是通过少量的测量值重构得到原始图像，其研究成果中最为典型的是单像素相机。该相机是利用单像素和空间光调制器实现对前景的压缩采样，但这种方式在完成压缩采样前，要求前景处于静止状态或变化微小，否则并不能较好的重构出原始图像。对于移动目标，现有技术中提出了一种基于线性阵列传感器的移动目标压缩采样方法。这种压缩采样方法对于持续移动的目标有较好的效果，如果目标在传感器感知区域由移动状态转向暂停状态时，就会出现重复采样问题，从而增加了存储容量，并且传输效率较低。

发明内容

为克服现有技术中存在的缺点，本发明的发明目的是提供移动目标图像压缩及重构方法，其能够节省存储空间，且提高了传输效率。

为实现所述发明目的，本发明一方面提供一种基于线性阵列传感器的移动目标压缩采样方法，其包括：利用线性阵列传感器获取移动目标的图像；利用测量矩阵对所获取的移动目标的图像进行压缩采样得到压缩测量向量，其特征在于，对压缩测量向量进行预处理去除重复的测量向量得到有效向量并进行存储。

优选地，对测量向量进行预处理包括如下步骤：计算出当前的测量向量与前一次的测量向量的欧式距离，利用欧式距离与预设的阈值进行比较，以判断当前的测量向量是否有效。

优选地，判断当前的测量向量是否有效的方法为：如果欧式距离小于或等于预设的阈值，表明当前的测量向量为前一次的测量向量的重复，则当前的测量向量无效；反之，当前测量向量有效。

为实现所述发明目的，本发明另一方面提供一种移动目标重构的方法，其利用权上述任一种基于线性阵列传感器的移动目标压缩采样方法所得到的有效向量重构移动目标图像。

与现有技术相比，本发明提供的移动目标图像压缩及重构方法，能够节省存储空间，且提高了传输效率。

附图说明

图1是本发明提供的岗哨系统的组成框图；

图2是本发明提供的图像采集终端的组成框图；

图3是本发明提供的线性阵列传感器的电路图；

图4是本发明提供的压缩成像方法的流程图；

图5是服务器的组成示意图；

图6是移动终端的组成框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是电连接，也可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是本发明提供的岗哨系统的组成框图。如图1所示，本发明提供的岗哨系统包括通过网络连接的服务器、设置在各个被监控区域处的图像采集终端(F1，F2，...Fn)和移动终端(用户1，用户2，...用户n)，服务器可设置在监控中心，也可设置在机房内。所述网络包括利用如Wi-Fi、Wi-Max、3G、UMTS(通用移动动通信系统)、ISDN(综合业务数字网)、DSL(数字用户线路)、ATM(异步传输模式)、802.11、以太网、InfinBand和PCI ExpressAdvanced Switching等技术的连接。在网络中应该的协议包括TCP/IP(传输控制协议/网络协议)、MPLS(多协议标签交换)、UDP(用户数据报协议)、HTTP(超文本传输协议)、SMTP(单邮件传输协议)、FTP(文件传输协议)、LDAP(轻量目录访问协议)、CDMA(码分多址)、WCDMA(宽带码分多址)、GSM(全球移动通信系统)、HSDPA(高速下行链路分组接入)等。在网络中交换数据的格式包括HTML、XML等。所述图像采集终端用于采集被监探区域处的移动目标的光图像，并将光图像转换成电图像信息，而后通过网络传送给服务器，所述服务器将对图像采集终端所获取的图像信息进行处理，根据用户的模式选择显示在监控中心设置的大屏幕显示器上，根据模式选择，可将大屏幕显示器划分成多个区域，每个区域显示相应监视区域处的图像，也可以在整个屏幕上显示某一监视区域的图像。服务器还可将所获取的图像信息显示在用户的终端上，所述用户为一个单位的授权用户，如安全保卫部门的相关工作人员，或者安全保卫部门的上级机关的领导的所拥有的手持移动终端，或设置在办公室的计算机终端等。

图2是本发明提供的图像采集终端的组成框图，如图2所示，图像采集终端可以包括线性阵列传感器100、处理器、存储单元、显示模块、时钟信号和通信模块，所述线性阵列传感器用于获取被监控区域处的图像信息，所述被监视区域如某个场所的外围、门径等，存储单元包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)。处理器可以从ROM载入启动指令，然后从RAM读取进一步的指令行并完成一个或多个逻辑运行，所述RAM中可以存储图像处理应用程序。处理器调用图像处理应用程序对线性阵列传感器所获取的图像信息进行压缩处理，并通过控制通信模块发送到与其建立链接的服务器或者用户终端。时钟信号用于给处理器提供时钟信号；RAM可以存储初始设备配置数据。RAM和处理器的组件可以配置以执行各种运行。

根据一个实施例，采集终端的处理器根据接收的服务器的指令进行低分辨率采集被监控区域处的图像还是高分辨率的采集被监控区域处的图像。下面结合图3详细说明本发明提供的分辨率可选的线性阵列图像传感器。

图3是本发明提供的线性阵列传感器的电路图，如图3所示，线性阵列图像传感器为分辨率可选的图像传感器。线性阵列图像传感器包括n个图像采样单元，n为大于或者等于4的整数。每个图像采样单元至少包括2M个光电转换器件、4M个电控开关和1个积分电路，其中，2M个光电转换器件分别经4M个电控开关中的2M个电控开关连接于积分电路的信号输入端，所述M为大于或者等于1的整数。M个光电转换器件还分别经4M个电控开关中的另外2M个电控开关中的M个电控开关连接于第一相邻的图像采集单元的积分电路的信号输入端。M个光电转换器件还分别经4M个电控开关中的另外2M个电控开关中的另M个电控开关连接于第二相邻的图像采集单元的积分电路的信号输入端。根据分辨率控制4M个电控开关的通断。例如，第一个图像采样单元包括四个光电二极管D1、D2、D3和D4，第一个图像采样单元还包括8个电控开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8，所述第一个图像采样单元还包括一个积分电路，所述积分电路包括运算放大器OF1、电容Cf1和设置开关RE1，其中，运算放大器的输出端经电容Cf1连接于其反相端，设置开关RE1与电容Cf1相并联。光电二极管D1经电控开关S2连接于积分电路的反相信号输入端；光电二极管D2经电控开关S4连接于积分电路的反相信号输入端；光电二极管D3经电控开关S6连接于积分电路的反相信号输入端；光电二极管D4经电控开关S8连接于积分电路AMP1的反相信号输入端。光电二极管D3还经电控开关S5连接于积分电路AMP2的反相信号输入端；光电二极管D4经电控开关S7连接于积分电路AMP2的反相信号输入端。光电二极管D1经电控开关S1连接于积分电路AMPn的反相信号输入端。光电二极管D1还经电控开关S3连接于积分电路AMPn的反相信号输入端，…，8个电控开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8，以及设置开关RE1均根据用户的选择模式进行控制，当需要高分辨率采集图像时，则电控开关S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8导通，而设置开关RE1断开，如此可在全屏上显示较为清晰的图像；当需要低分辨率采集图像时，则电控开关S1和设置开关RE1导通；S2、S3、S4、S5、S6、S7和S8断开。如此，可采集少量的图像，并能在大屏幕显示区域上显示较为清晰的图像。

本发明由于采用了上述结构的线性阵列传感器，在大屏幕的显示区域上显示相应被监控区域的图像时，需要采信的数据量大大减少，从而提高了数据的传输速率，并节省了存储空间。

根据本发明一个实施例，图像采集终端的存储器还存储了图像处理应用程序，处理器调用存储器中的图像处理应用程序，以对线性阵列传感器获取的信息进行图像压缩处理，下面结合图4进行详细说明。

图4是本发明提供的压缩成像方法的流程图，与传统的基于线性阵列传感器方法不同的是，本文方法首先对压缩测量向量进行处理。所述图像处理至少包括：利用测量矩阵对线性阵列传感器所获取的移动目标的信息进行压缩采样得到压缩测量向量，对压缩测量向量进行预处理去除重复的测量向量得到有效向量并进行存储或者传输。

根据本发明一个实施例，对测量向量进行预处理包括如下步骤：计算出当前的测量向量与前一次的测量向量的欧式距离，利用欧式距离与预设的阈值进行比较，以判断当前的测量向量是否有效，更为具体地，如果欧式距离大于阈值，则当前测量向量有效并保留；否则，当前向量是前一次测量向量的重复，予以丢弃。为了便于阐述，我们假设移动目标图像矩阵为测量矩阵为Φ∈R_M×N，M＜N，测量向量矩阵为Y。根据压缩感知理论，原始图像第i+1列向量通过测量矩阵Φ压缩采样后，得到的测量向量可以表示为：

如果移动目标在传感器视场停止移动或保持静止状态，则测量向量是原始图像同一列的重复采样，这就意味着当前测量向量等于前一次测量向量，即：

否则，前后两个向量存在较大差异。为了便于判断，我们利用欧式距离d_yi来衡量这种差异：

式中，i＝1，2，…，N-1

考虑到误差的影响，我们通过阈值T来判决测量向量是否重复采样。根据本发明一个实施例，判断当前的测量向量是否有效的方法为：如果欧式距离小于或等于预设的阈值，表明当前的测量向量为前一次的测量向量的重复，则当前的测量向量无效；反之，当前测量向量有效，，即：

根据本发明一个实施例，处理器将有效向量存储于存储器中或者将其打包成帧通过通信模块发送到服务器或者用户手持终端。

根据以上描述可知，选择的阈值大小将直接影响重构图像效果。在本发明中，主要采用对静态背景预采样方式来确定阈值，具体过程如下所示：

1.获取静态背景的测量向量：

2.计算静态背景的相邻两个向量之间的欧式距离：其中：k＝1，2，...，t-1；

3.选择静态背景的最大的欧式距离作为图像压缩处理中的阈值：T＝max{d_b1，d_b2，...，d_b(t-1)}。

图5是服务器的组成示意图，如图5所示，服务器包括通信模块、处理器、存储单元、显示单元以及输入/输出接口。输入/输出接口用于连接键盘、鼠标等以输入各种数据和指令，还连接打印机的接口等。显示单元用于显示数据、消息等等，所述显示单元包括显示器和显示器驱动器，所述显示器包括LED显示器、OLED显示器、LCD显示器、电泳显示器等。通信模块通过通信网络与用户终端和图像采集终端等相连，处理器用于对图像采集终端获取的图像信息进行处理，优选地，将图像采集终端获取的有效向量进行处理，重构出被监视区域的图像并在显示单元上进行显示，也将所获取的有效向量发送给用户终端，以在用户终端的显示屏上进行显示。存储单元包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)。处理器可以从ROM载入启动指令，然后从RAM读取进一步的应用程序，并完成一个或多个逻辑运行，本发明中的服务器中存储的应用程序包括监控应用程序。处理器可以配置以控制通信模块的运行，建立与另一具有通信模块的设备的链接。本发明中提供的服务器还包括通过诸如电话线和因特网的普通通信网络的通信模块以与外部设备进行通信，并获取各种信息。

图6是移动终端的组成框图。如图6所示，移动终端包括通信子系统和应用子系统，所述通信子系统包括天线、射频收发器、模拟基带处理器、数字基带处理器、存储器和SIM接口；应用子系统包括主处理器、音频编解码器、功率放大器、扬声器、传声器、耳机、显示器，触摸屏、键盘、蓝牙、WLAN模块、GPS模块、摄像机、SDRAM、NANDFLASH和SD卡；通信子系统根据主处理器的指令将移动终端所测得的数据通过网络传输到服务器；GPS模块用于获得移动终端的位置信息和时间信息，主处理器还用于控制摄像机和通信子系统等的工作状态。触摸屏和键盘用于用户输入指令。根据本发明一个实施例，在用户终端上安装监控应用程序，所述监控应用程序存储于存储器中，主处理器调用监控应用程序服务器根据有效向量重构图像并在显示器上进行显示。

根据本发明一个实施例，监控应用程序至少包括根据用户的模式选择，在监控中心的大屏幕显示器/或者用户终端的显示屏上可以同时各个被监控区域处图像，也可以，着重显示某一被监探区域处的图像，在显示某一被监视区域处的图像时，可以进行全屏显示。当用户选择多区域显示模式时，在各个显示屏的子显示区域中分别显示各个被监视区域处的图像，由于一个被监视区域对应一个子显示区域，图像采集终端以较低分辨率地采集图像，仅需要低分辩率地采集图像就可以在子显示区域中显示清晰的图像；当用户显示重点显示模式时，在大屏幕显示器/或者用户终端的显示屏中全屏显示对应被监控区域的图像，图像采集终端需要较高分辨率采集被监视区域处的图像，如此可以在大屏大屏幕显示器/或者用户终端的显示屏全屏上显示清晰的图像。

本发明中，监控应用程序通过传统的重构算法能够重构出移动目标图像，如正交匹配追踪算法。

本发明的实施例仅用于解释目的，并且不限制本发明的范围。例如，图像压缩应用程序和图像控制应用程序可以被存储在诸如用于分发的存储卡、CD-ROM、DVD、MO(磁光盘)的计算机可读记录介质中，并且计算机程序可以被安装另外的计算机、服务器中、手持终端等。此外，图像压缩应用程序和图像控制应用程序可以被存储在被包括在因特网上的磁盘装置等等中。

以上结合附图详细说明了本发明，但是说明书仅是用于解释权利要求书的。但本发明的保护范围并不局限于说明书。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或者替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种移动目标图像压缩采样方法，其包括：利用线性阵列传感器获取移动目标的信息；利用测量矩阵对所获取的移动目标的图像进行压缩采样得到压缩测量向量，其特征在于，对压缩测量向量进行预处理去除重复的测量向量得到有效向量并进行存储。

2.根据权利要求1所述的移动目标图像压缩采样方法，其特征在于，对测量向量进行预处理包括如下步骤：计算出当前的测量向量与前一次的测量向量的欧式距离，利用欧式距离与预设的阈值进行比较，以判断当前的测量向量是否有效。

3.根据权利要求2所述的移动目标图像压缩采样方法，其特征在于，判断当前的测量向量是否有效的方法为：如果欧式距离小于或等于预设的阈值，表明当前的测量向量为前一次的测量向量的重复，则当前的测量向量无效；反之，当前测量向量有效。

4.一种移动目标图像重构的方法，其特征在于，利用权利要求1-3任一所述的基于线性阵列传感器的移动目标压缩采样方法所得到的有效向量重构移动目标图像。