CN109084900B - 一种移动物体热像拖尾像素检测方法 - Google Patents

一种移动物体热像拖尾像素检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种移动物体热像拖尾像素检测方法，其包括建立移动物体热像坐标系，计算像素点对应像元点的像元大小，计算像素点的热积分时间，计算经过像元的拖尾像素最大点数。本发明通过建立移动物体热像坐标系，分别计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小，实现对移动物体热像拖尾像素数量的有效检测，进而可以解决热像图片由于曝光时间过长造成的图片拖尾模糊不清问题，以及热像仪拍摄快速移动物体的温度值偏差较大的问题。

Description

一种移动物体热像拖尾像素检测方法
技术领域
本发明属于图像处理技术领域，具体涉及一种移动物体热像拖尾像素检测方法。
背景技术
红外热成像技术广泛用于测量目标物体表面的温度，由于其测量方式是非接触测量，不会影响被测目标物体的温度分布，对远距离目标物体、带电目标物体、高温目标物体及其他不可接触目标物体都可采用。近年来，红外热成像技术逐步被应用到医疗、军事、安防、安全生产等领域。
目前热成像相机分为制冷型和非制冷型两类，拍摄高速移动物体时，制冷型热像仪具有响应时间短，测量精度高的优点，但其价格高，体积大，功耗大，使用寿命低，后期维护繁琐；非制冷型热像仪具有价格低，体积小，功耗小，对工作环境适应性好，使用寿命长，后期维护方便的优点，但其响应时间长，测量精度低。
非制冷型热像仪一般采用氧化钒机芯，现目前氧化钒机芯的热响应时间为8ms<τ<20ms，对高速移动物体来说，在τ时间内拍摄的图片就有拖尾的情况，测量精度也会降低。
发明内容
本发明的发明目的是：为了解决现有技术中存在的以上问题，本发明提出了一种移动物体热像拖尾像素检测方法。
本发明的技术方案是：一种移动物体热像拖尾像素检测方法，包括以下步骤：
A、选取热像仪相机作为坐标原点，建立移动物体热像坐标系；
B、依次在移动物体热像坐标系中成像面上选取一个像素点，计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小；
C、根据物体移动速度及步骤B得到的像素点对应像元点在物体移动方向上的像元大小，计算该像素点的热积分时间；
D、根据像元积分时间和像素点的热积分时间，计算在热响应时间内经过像元的拖尾像素最大点数。
进一步地，所述步骤A中，获取热像仪相机成像面大小h*w，热像仪相机镜头角度范围Q*R，热像仪相机安装高度H，热像仪相机安装角度α，像元积分时间τ，物体移动速度v。
进一步地，所述步骤B中计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小，具体为：
首先获取像素点在热像仪焦平面坐标系中对应像元点的坐标，计算像元点在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离；再选取该像元点后的一个像元点，计算选取的像元点在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离；最后计算两个距离之间的差值，得到像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小。
进一步地，所述步骤C中，计算该像素点的热积分时间的公式为：
其中，T表示像素点的热积分时间，L表示像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小。
进一步地，所述步骤D中，根据像元积分时间和像素点的热积分时间，计算在热响应时间内经过像元的拖尾像素最大点数的公式为：
τ≈T1+T2+...+Tn
其中，n表示在热响应时间内经过像元的拖尾像素数量，Tn表示第n个像素点的热积分时间。
本发明的有益效果是：本发明通过建立移动物体热像坐标系，分别计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小，实现对移动物体热像拖尾像素数量的有效检测，进而可以解决热像图片由于曝光时间过长造成的图片拖尾模糊不清问题，以及热像仪拍摄快速移动物体的温度值偏差较大的问题。
附图说明
图1是本发明的移动物体热像拖尾像素检测方法的流程示意图；
图2是本发明实施例中移动物体热像坐标系的结构示意图
图3是本发明实施例中移动物体热像图；
图4是本发明实施例中处理后的移动物体热像对比图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，为本发明的移动物体热像拖尾像素检测方法的流程示意图；一种移动物体热像拖尾像素检测方法，包括以下步骤：
A、选取热像仪相机作为坐标原点，建立移动物体热像坐标系；
B、依次在移动物体热像坐标系中成像面上选取一个像素点，计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小；
C、根据物体移动速度及步骤B得到的像素点对应像元点在物体移动方向上的像元大小，计算该像素点的热积分时间；
D、根据像元积分时间和像素点的热积分时间，计算在热响应时间内经过像元的拖尾像素最大点数。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤A选取热像仪相机作为坐标原点，建立移动物体热像坐标系，其中x轴为物体移动方向，y轴为拍摄物体高度，z轴为拍摄物体宽度；并获取热像仪相机成像面大小h*w，热像仪相机镜头角度范围Q*R，热像仪相机安装高度H，热像仪相机安装角度α，像元积分时间τ，物体移动速度v。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤B首先依次在移动物体热像坐标系中成像面上选取一个像素点，再分别计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小，具体为：
首先获取像素点在热像仪焦平面坐标系中对应像元点的坐标，计算像元点在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离；
如图2所示，为本发明实施例中移动物体热像坐标系的结构示意图。本发明设定热像仪相机成像面FGHK大小为160*120，热像仪相机镜头角度范围为72*52，选取点F作为热像仪焦平面坐标系原点，点A′为像素点在热像仪焦平面坐标系中对应像元点的坐标，即∠FOG＝R＝52，∠FOY＝R/2，得到：
∠FOD＝90-∠FOY＝90-R/2
根据FG＝w＝120，得到
∠FOC＝(R/w)*C
从而得到
∠COD＝(90-R/2)+(R/w)*C
即得到
OC＝sin∠COD/CD＝sin∠COD/h
再根据∠COA′＝(Q/h)*A，得到
CA′＝OC*tan∠COA′
即为像元点A′在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离CA′；
再选取该像元点后的一个像元点A″，采用上述同样的计算方法计算选取的像元点A″在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离CA″；
最后计算两个距离CA′与CA″之间的差值，表示为
L＝CA′-CA″
即可得到像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小L。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤C根据物体移动速度及步骤B得到的像素点对应像元点在物体移动方向上的像元大小，计算该像素点的热积分时间，表示为
其中，T表示像素点的热积分时间，L表示像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小。
在本发明的一个可选实施例中，上述步骤D根据像元积分时间和像素点的热积分时间，计算在热响应时间内经过像元的拖尾像素最大点数，表示为
τ≈T1+T2+...+Tn
其中，n表示在热响应时间内经过像元的拖尾像素数量，Tn表示第n个像素点的热积分时间。通过计算出热像仪相机成像面FGHK上每个像元点上的积分时间，就知道成像图片上每点的温度是由在τ时间内经过该像元点所留温度的总和，拖尾像素点数量n就是在τ时间内经过像元点A′的最大点数。
本发明在计算出拖尾像素和每个像素点的时间后，可以得出图像上的每个像素点的温度是由真实物体的哪些点的温度形成的，并且根据这些真实物体温度点分别在该像元上停留的时间，可以得出真实的物体的每个点对该像元所提供的温度是多少。
假设像元N成像时接收温度的积分公式为f(x)，拍摄物体为静止状态，并且像元积分时间为τ，那么像元N的温度为N_Temp＝(Temp物体温度-Temp像元初始温度)*f(x)*τ。
如果拍摄物体为快速移动的对象，通过本发明检测拖尾像素假设5点，这5点温度假设为Temp1、Temp2、Temp3、Temp4、Temp5，每个点在像元N的停留时间分别为Time1、Time2、Time3、Time4、Time5。
像元N在物体经过的第一点的温度为
N_Temp1＝(Temp1-Temp像元初始温度)*f(x)*Time1
N_Temp2＝(Temp1-N_Temp1)*f(x)*Time2
N_Temp3＝(Temp1-N_Temp2)*f(x)*Time3
N_Temp4＝(Temp1-N_Temp3)*f(x)*Time4
N_Temp5＝(Temp1-N_Temp4)*f(x)*Time5
N_Temp5就是像元N的最终成像温度。如果将每个拖尾点的温度错位叠加，就可以解决热像图片由于曝光时间过长造成的图片拖尾模糊不清问题，还可以解决热像仪拍摄快速移动物体的温度值偏差较大的问题。如图3所示，为本发明实施例中移动物体热像图；如图4所示，为本发明实施例中处理后的移动物体热像对比图。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种移动物体热像拖尾像素检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、选取热像仪相机作为坐标原点，建立移动物体热像坐标系；获取热像仪相机成像面大小h*w，热像仪相机镜头角度范围Q*R，热像仪相机安装高度H，热像仪相机安装角度α，像元积分时间τ，物体移动速度v；
B、依次在移动物体热像坐标系中成像面上选取一个像素点，计算每个像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小，具体为：
首先获取像素点在热像仪焦平面坐标系中对应像元点的坐标，计算像元点在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离；再选取该像元点后的一个像元点，计算选取的像元点在物体移动方向上与热像仪焦平面坐标轴的距离；最后计算两个距离之间的差值，得到像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小；
C、根据物体移动速度及步骤B得到的像素点对应像元点在物体移动方向上的像元大小，计算该像素点的热积分时间，具体为：
其中，T表示像素点的热积分时间，L表示像素点在热像仪焦平面上对应的像元点在物体移动方向上的像元大小；
D、根据像元积分时间和像素点的热积分时间，计算在热响应时间内经过像元的拖尾像素最大点数，具体为：
τ≈T1+T2+...+Tn
其中，n表示在热响应时间内经过像元的拖尾像素数量，Tn表示第n个像素点的热积分时间。
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