CN109660720B - 一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，属于视频监控图像处理技术领域。所示方法采用两个红外摄像机上下放置，分别获取不同俯仰角度对应的图像，并在指定的探测方位内不间断地扇扫，通过固定角度或者固定时间间隔方式获取多个场景点对应的不同方位角度的图像并获取当前对应的方位角度，按照当前的方位角度与探测范围的比例计算待拼接图像在全景图片中的拼接位置，从而拼成一副完整的场景图片。本方法可以实现在大场景范围内实时生成全景图片，拼接速率高，而且该方法不拘泥于陆防转台的摆放位置和角度。
Description
技术领域
本发明涉及一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，属于视频监控图像处理技术领域。
背景技术
随着视频监控、全景拼接等技术的发展，大场景监控、实时目标探测功能越来越被人们持续关注。在实际的科学研究和工程项目中，经常会用到超过人眼视角的高分辨率图像。由于距离的限制，普通数码相机的视角往往不能满足需要，某些超大尺寸的物体无法用一张照片拍摄下来。为了得到大视角的高分辨率图像，人们往往利用广角镜头和扫描式相机部分解决了这一问题。但这些设备都有价格昂贵和使用复杂等缺点，而且在一幅低分辨率的图像中得到超宽视角会损失景物中物体的分辨率，并且广角镜头的图像边缘会难以避免的产生扭曲变形。
发明内容
针对利用现有技术获得大视角的高分辨率图像存在的问题，本发明提供了一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，该方法采用两个红外摄像机上下放置，增加了监控的俯仰视场角，不间断地在固定俯仰扇扫采集图像，增加了监控的方位视场角，然后将采集得到的图像拼接为宽视场角的图像从而得到全景图像，该方法可以实现全景图片的无缝拼接，拼接速率高。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，所述陆防监控双红外低空探测系统包括双红外组件、陆防转台、网络视频盒、计算机以及电源模块；
双红外组件是由两个红外摄像机上下固定组装在一起形成的，安装于陆防转台上，用于抓拍图像；陆防转台输出的两路信号通过网络视频盒传输给计算机；计算机用于监测陆防转台的角度或扇扫时间，并对双红外组件下发抓图指令；电源模块用于对陆防转台和网络视频盒供电；
基于所述陆防监控双红外低空探测系统采集的图像进行拼接的方法包括以下步骤：
(1)根据陆防转台探测范围和红外摄像机的方位视场角大小，确定探测一圈要抓图的时间/角度间隔和抓图次数；
进一步地，双红外组件中的两个红外摄像机的方位视场角保持一致且定焦；抓图时间间隔内陆防转台转动的角度或抓图的角度间隔不大于红外摄像机的方位视场角，优选为红外摄像机的方位视场角向下取整的数值；
(2)计算最后生成全景图片的大小
双红外组件中的上下两个红外摄像机会分别抓拍同时获得两张图像，由于上下两个红外摄像机的探测部分有重叠，则获取的两张图像必然会有重叠部分，而且重叠部分参数大小在安装时已测定好；由于抓图时间间隔内陆防转台转动的角度或抓图的角度间隔不大于红外摄像机的方位视场角，所以在扇扫过程中前后两次获得的图像也会存在重叠部分；由于红外摄像机自身的特点其采集的图片中会出现黑边，所以对采集的图像进行拼接时要进行去边处理，主要是对图像的黑边以及重叠部分进行剪切；
红外摄像机抓拍的单张图像大小为原始图像宽度×原始图像高度，则：
单张图像在全景图中粘贴的宽度＝原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度-左右两幅图像的重叠宽度；
单张图像在全景图中粘贴的高度＝原始图像高度-图像顶部或底部的黑边高度-上下两幅图像的重叠高度；
全景图片的宽度＝(抓图的次数-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度+原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度；
全景图片的高度＝2×单张图像在全景图中粘贴的高度；
(3)根据计算的全景图片的高度以及宽度的数据，在计算机中生成一个黑色背景的全景图片并保存为文件；
(4)将陆防转台调转到起始方位、俯仰，启动扇扫，实时监测陆防转台角度或扇扫时间，当陆防转台到达预定角度或达到预定时间，双红外组件抓拍图像，得到上下两个红外摄像机抓拍的两张陆防转台当前方位的图像，得到的图像按照抓拍顺序依次命名并保存到截图文件夹；
(5)将黑色背景的全景图片读取到内存，计算第N次抓拍的两张图像粘贴位置的坐标，在全景图片中查找到粘贴起始点的位置，将图像粘贴到全景图片中，实现图像的任意粘贴；
上方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝0；
下方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N–1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝单张图像在全景图中粘贴的高度；
其中，待粘贴图片在内存中的粘贴起始点的位置计算如下：
如果((图像粘贴的横坐标x>＝0且图像粘贴的横坐标x<＝(全景图片的宽度-待粘贴图像的宽度))且(图像粘贴的纵坐标y>＝0且图像粘贴的纵坐标y<＝(全景图片的高度-待粘贴图像的高度)))
则粘贴起始点的位置＝(全景图片的高度-图像粘贴的纵坐标y-待粘贴图像的高度)×全景图片的宽度+图像粘贴的横坐标x×(待粘贴图像格式的位宽/8)；
根据计算出的粘贴起始点的位置将待粘贴图像拷贝到全景图片中，实现全景图像的拼接，其中拷贝的过程如下：
(5.1)声明一个指针类型的变量，表示全景图片的数据起始地址；
声明另一个指针类型的变量，表示待粘贴图像的数据起始地址；
声明两个初始化为0的变量i和j用于循环遍历；
(5.2)当循环变量i<待粘贴图像的高度时，执行步骤(5.3)，否者执行步骤(5.7)；
(5.3)当循环变量j<待粘贴图像的宽度时，执行步骤(5.4)，否则执行步骤(5.6)；
(5.4)计算待粘贴数据在全景图片中的位置＝全景图片的数据起始地址+粘贴起始点的位置+全景图片的宽度×i+j，并计算待粘贴数据在待粘贴图片中的位置＝待粘贴图像的数据起始地址+待粘贴图像的宽度×i+j，再将待粘贴数据在待粘贴图片中的数据位置拷贝到全景图片中相应的数据位置；
(5.5)j＝j+1，执行步骤(5.3)；
(5.6)i＝i+1，执行步骤(5.2)；
(5.7)拷贝过程结束；
其中，待粘贴图片在内存中是以BMP格式存在的，BMP格式在内存中存储的顺序是从下到上，从左到右；
(6)直接从内存中显示刷新全景图片到屏幕或者保存文件，完成全景图片的拼接。
有益效果：
(1)本发明所述方法采用双红外摄像机上下放置，增加了监控的俯仰视场角，不间断地在固定俯仰扇扫采集图像，增加了监控的方位视场角；
(2)本发明所述方法根据采集的图像所对应的范围角度与探测范围的比例，可以计算待拼接图像在全景图片中的位置，从而实现图像的任意点拼接；
(3)本发明所述方法可以实现在大场景范围内实时生成全景图片，拼接速率高，而且该方法不拘泥于陆防转台的摆放位置和角度。
附图说明
图1为实施例中所述陆防监控双红外低空探测系统的结构示意图。
图2为实施例中采用所述扇扫拼接方法得到的全景图。
图3位图像任意点拼接方法的原理示意图。
其中，1-计算机，2-网络视频盒，3-电源模块，4-陆防转台，5-双红外组件。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述。
实施例1
一种陆防监控双红外低空探测系统包括双红外组件5、陆防转台4、网络视频盒2、计算机1以及电源模块3，如图1所示；
双红外组件5是由两个红外摄像机上下固定组装在一起形成的，且两个红外摄像机的方位视场角保持一致且定焦，用于抓拍图像；
陆防转台4包括两个BCN接口和一个航空插头，其中航空插头包括供电端口和控制端口；
双红外组件5安装于陆防转台4上，并与陆防转台4电气连接；陆防转台4的两个BCN接口与网络视频盒2上的两个信号输入端口一一对应连接，网络视频盒2的信号输出端口与计算机1连接，陆防转台4输出的两路模拟信号通过网络视频盒2转化成网络信号后传输给计算机1；陆防转台4的供电端口以及网络视频盒2的供电端口分别与电源模块3连接；陆防转台4的控制端口与计算机1通过RS485电缆连接，计算机1通过协议对陆防转台4和双红外组件5进行控制；
其中，红外摄像机与计算机1的通讯协议采用RS485串行异步通讯，波特率9600bps，起始位1位，数据位8位，停止位1，位校验方式NONE，上方热像地址为1，下方热像地址为2；陆防转台4与计算机1之间通讯波特率115200bps，起始位1位，数据位8位，停止位1，位校验方式NONE，通讯周期为3毫秒。
对采用所述陆防监控双红外低空探测系统进行扇扫采集的图像进行拼接获得全景图像具体步骤如下：
(1)根据陆防转台4探测范围和双红外组件5中红外摄像机的镜头视场角大小，确定探测一圈要抓图的时间/角度间隔和抓图次数；
本实施例中，采用固定角度进行抓图，陆防转台4的探测范围为120°，红外摄像机的方位视场角为4.15°，则抓图的角度间隔设为4°，相应地，陆防转台4从扇扫起始方位到扇扫终止方位需要抓图的次数为31次；
(2)计算最后生成全景图片的大小
由于上下两个红外摄像机的探测部分有重叠，则抓拍一次获取的两张图像必然会有重叠部分，而且重叠部分参数大小在安装红外摄像机时已测定好；因为红外摄像机的方位视场角为4.15°，每隔4°抓拍一次，则前后两次抓拍的图像必然会有重叠部分；由于红外摄像机自身的特点其采集的图片中会出现黑边，所以对采集的图像进行拼接时要进行去边处理，主要是对图像的黑边以及重叠部分进行剪切；
红外摄像机抓拍的单张图像大小为原始图像宽度×原始图像高度，则：
单张图像在全景图中粘贴的宽度＝原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度-左右两幅图像的重叠宽度；
单张图像在全景图中粘贴的高度＝原始图像高度-图像顶部或底部的黑边高度-上下两幅图像的重叠高度；
全景图片的宽度＝(抓图的次数-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度+原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度；
全景图片的高度＝2×单张图像在全景图中粘贴的高度；
(3)根据计算的全景图片的高度以及宽度的数据，在计算机1中生成一个黑色背景的全景图片并保存为文件；
(4)将陆防转台4调转到起始方位、俯仰，启动扇扫，计算机1每隔一秒查询一次当前陆防转台4的方位角度，当当前陆防转台4的的方位角度和预期的固定角度之差小于误差范围时，计算机1对双红外组件5下发抓拍指令，得到上下两个红外摄像机抓拍的两张陆防转台4当前方位的图像，得到的图像按照抓拍顺序依次命名并保存到截图文件夹；
例如第N次抓拍的两张图像命名为：..\\N_01.bmp和..\\N_02.bmp；陆防转台4在固定探测范围内来回不断地扇扫，扇扫过程中会有顺时针扇扫和逆时针扇扫，可以设置标志位来表示陆防转台4转动方向，顺时针转动时m_标志位置为FALSE，每次抓完图N执行加1操作；逆时针转动时m_标志位置为TRUE，每次抓图N执行减1操作；
(5)将黑色背景的全景图片读取到内存，计算第N次抓拍的两张图像粘贴位置的坐标，在全景图片中查找到粘贴起始点的位置，将图像粘贴到全景图片中，实现图像的任意粘贴，如图3所示；
上方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝0；
下方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N–1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝单张图像在全景图中粘贴的高度；
其中，待粘贴图片在内存中是以BMP格式存在的，BMP格式在内存中存储的顺序是从下到上，从左到右；
if((图像粘贴的横坐标x>＝0&&图像粘贴的横坐标x<＝(全景图片的宽度-待粘贴图像的宽度))&&(图像粘贴的纵坐标y>＝0&&图像粘贴的纵坐标y<＝(全景图片的高度-待粘贴图像的高度)))
则待粘贴图片在内存中的粘贴起始点的位置＝(全景图片的高度-图像粘贴的纵坐标y-待粘贴图像的高度)×全景图片的宽度+图像粘贴的横坐标x×(待粘贴图像格式的位宽/8)；
根据计算出的粘贴起始点的位置将待粘贴图像拷贝到全景图片中，实现全景图像的拼接，其中拷贝的过程如下：
声明一个指针类型的变量，表示全景图片的数据起始地址；
(6)直接从内存中显示刷新全景图片到屏幕或者保存文件，完成全景图片的拼接，如图2所示的拼接后得到的全景图片的效果图。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，其特征在于：所述陆防监控双红外低空探测系统包括双红外组件(5)、陆防转台(4)、网络视频盒(2)、计算机(1)以及电源模块(3)；
双红外组件(5)是由两个红外摄像机上下固定组装在一起形成的，安装于陆防转台(4)上，用于抓拍图像；陆防转台(4)输出的两路信号通过网络视频盒(2)传输给计算机(1)；计算机(1)用于监测陆防转台(4)的角度或扇扫时间，并对双红外组件(5)下发抓图指令；电源模块(3)用于对陆防转台(4)和网络视频盒(2)供电；
基于所述陆防监控双红外低空探测系统采集的图像进行拼接的方法包括以下步骤：
步骤一、根据陆防转台(4)探测范围和红外摄像机的方位视场角大小，确定探测一圈要抓图的时间/角度间隔和抓图次数；
步骤二、计算最后生成全景图片的大小
红外摄像机抓拍的单张图像大小为原始图像宽度×原始图像高度，则：
单张图像在全景图中粘贴的宽度＝原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度-左右两幅图像的重叠宽度；
单张图像在全景图中粘贴的高度＝原始图像高度-图像顶部或底部的黑边高度-上下两幅图像的重叠高度；
全景图片的宽度＝(抓图的次数-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度+原始图像宽度-图像左侧的黑边宽度-图像右侧的黑边宽度；
全景图片的高度＝2×单张图像在全景图中粘贴的高度；
步骤三、根据计算的全景图片的高度以及宽度的数据，在计算机(1)中生成一个黑色背景的全景图片并保存为文件；
步骤四、将陆防转台(4)调转到起始方位、俯仰，启动扇扫，实时监测陆防转台(4)角度或扇扫时间，当陆防转台(4)到达预定角度或达到预定时间，双红外组件(5)抓拍图像，得到上下两个红外摄像机抓拍的两张陆防转台(4)当前方位的图像，得到的图像按照抓拍顺序依次命名并保存到截图文件夹；
步骤五、将黑色背景的全景图片读取到内存，计算第N次抓拍的两张图像粘贴位置的坐标，在全景图片中查找到粘贴起始点的位置，将图像粘贴到全景图片中，实现图像的任意粘贴；
上方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N-1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝0；
下方红外摄像机抓拍的图像粘贴的横坐标x＝(N–1)×单张图像在全景图中粘贴的宽度，纵坐标为y＝单张图像在全景图中粘贴的高度；
其中，待粘贴图片在内存中的粘贴起始点的位置计算如下：
如果((图像粘贴的横坐标x>＝0且图像粘贴的横坐标x<＝(全景图片的宽度-待粘贴图像的宽度))且(图像粘贴的纵坐标y>＝0且图像粘贴的纵坐标y<＝(全景图片的高度-待粘贴图像的高度)))，则待粘贴图像在内存中的粘贴起始点的位置＝(全景图片的高度-图像粘贴的纵坐标y-待粘贴图像的高度)×全景图片的宽度+图像粘贴的横坐标x×(待粘贴图像格式的位宽/8)；其中，待粘贴图片在内存中是以BMP格式存在的，BMP格式在内存中存储的顺序是从下到上，从左到右；
根据计算出的粘贴起始点的位置将待粘贴图像拷贝到全景图片中，其中拷贝的过程如下：
(1)声明一个指针类型的变量，表示全景图片的数据起始地址；
声明另一个指针类型的变量，表示待粘贴图像的数据起始地址；
声明两个初始化为0的变量i和j用于循环遍历；
(2)当循环变量i<待粘贴图像的高度时，执行步骤(3)，否者执行步骤(7)；
(3)当循环变量j<待粘贴图像的宽度时，执行步骤(4)，否则执行步骤(6)；
(4)计算待粘贴数据在全景图片中的位置＝全景图片的数据起始地址+粘贴起始点的位置+全景图片的宽度×i+j，并计算待粘贴数据在待粘贴图片中的位置＝待粘贴图像的数据起始地址+待粘贴图像的宽度×i+j，再将待粘贴数据在待粘贴图片中的数据位置拷贝到全景图片中相应的数据位置；
(5)j＝j+1，执行步骤(3)；
(6)i＝i+1，执行步骤(2)；
(7)拷贝过程结束；
步骤六、直接从内存中显示刷新全景图片到屏幕或者保存文件，完成全景图片的拼接。
2.根据权利要求1所述的应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，其特征在于：双红外组件(5)中的两个红外摄像机镜头的方位以及视场角保持一致且定焦。
3.根据权利要求1所述的应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，其特征在于：步骤一中，抓图时间间隔内陆防转台(4)转动的角度或抓图的角度间隔不大于红外摄像机的方位视场角。
4.根据权利要求3所述的应用于陆防监控双红外低空探测系统的扇扫拼接方法，其特征在于：抓图时间间隔内陆防转台(4)转动的角度或抓图的角度间隔为红外摄像机的方位视场角向下取整的数值。
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Denomination of invention: A fan scan splicing method applied to the dual infrared low altitude detection system for land defense monitoring Granted publication date: 20201030 Pledgee: China Construction Bank Corporation Handan Guangming Branch Pledgor: HEBEI HANGUANG HEAVY INDUSTRY Ltd. Registration number: Y2024980042869 |