CN112097686B - 一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法 - Google Patents

一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，具体包括以下步骤：步骤S1：搭建条纹投影伪装物体检测系统；步骤S2：投影仪投射三幅二值条纹至无伪装物体侵入的检测区域；保持投影仪和摄像机固定，投影仪投射三幅二值条纹至有伪装物体侵入的检测区域；步骤S3：分别对背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)进行二值化，对二值化图像进行边缘检测；分别对目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)进行二值化，对二值化图像进行边缘检测；步骤S4：提取到网格化目标区域D(x,y)；本发明只需要投射并采集三幅二值条纹图像，通过简单的图像处理便可分辨出伪装物体，检测速度较快；本发明的技术方案对物体颜色纹理和环境光照等影响因素不敏感，检测精度较高、鲁棒性较好。

Description

一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法
技术领域
本发明属于检测技术领域，具体地说，本发明涉及一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法。
背景技术
伪装是进行隐真示假，为欺骗或迷惑对方所采取的各种隐蔽措施。
自然界中，许多生物进化出了强大伪装技能，例如：变色龙、猫头鹰、青蛙等，它们通过改变自身颜色，更好地融入周围环境。
军事领域中，为了躲避敌方侦察，人类使用特殊材质或服饰，减少目标与背景环境在辐射特性上的差异，降低目标的可探测性。
伪装物体检测在工业检测、生物科学、军事安全等领域具有很大应用潜力，同时也面临很大挑战性。
传统的图像处理方法主要通过分析颜色、纹理、轮廓等特征来实现伪装物体检测，只适用于特定场景，泛化能力较差。
近年来，深度学习在伪装物体检测方面取得了不错的效果，但往往需要复杂的运算模型和大量的数据训练，，成本较高。
(Optics and Lasers in Engineering,2020,134:106201)论文将条纹投影技术用于伪装物体检测，具有成本低、精度高、鲁棒性好等优点，但该方法需要投射并采集六幅灰度条纹图像，不利于高速在线测量。
综上所述，如何实现高速准确的伪装物体检测具有重要的应用价值。
发明内容
本发明提供一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，以解决上述背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：搭建条纹投影伪装物体检测系统，包括投影仪和摄像机，所述投影仪和摄像机同步触发开启工作，投影仪、摄像机和检测区域三者之间构成三角测量关系；
步骤S2：投影仪投射三幅二值条纹至无伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)；保持投影仪和摄像机固定，投影仪投射三幅二值条纹至有伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)；
所述步骤S2中，投影仪所投射的三幅二值条纹，包括两幅竖条纹和一幅横条纹，其强度分布可分别表示为：
P0(xp,yp)＝mod(xp,T)＞T/2；
P1(xp,yp)＝mod(xp,T)≤T/2；
P2(xp,yp)＝mod(yp,T)≤T/2；
其中：(xp,yp)表示投影仪的像素坐标；P0(xp,yp)、P1(xp,yp)、P2(xp,yp)表示三幅二值条纹；mod表示取余运算函数；T表示水平/竖直方向上的条纹周期；
所述二值条纹P0(xp,yp)和P1(xp,yp)存在如下互补关系：
P0(xp,yp)+P1(xp,yp)＝1；
步骤S3：分别对背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到背景边缘图像E1(x,y)、E2(x,y)；分别对目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到目标边缘图像F1(x,y)、F2(x,y)；
步骤S4：求取背景边缘图像E1(x,y)和目标边缘图像F1(x,y)的绝对差值D1(x,y)；求取背景边缘图像E2(x,y)和目标边缘图像F2(x,y)的绝对差值D2(x,y)；对绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)进行求或运算，便可提取到网格化目标区域D(x,y)。
优选的，所述步骤S2中，所述背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)，其强度分布可表示为：
I0(x,y)＝I′(x,y)-I″(x,y)；
I1(x,y)＝I′(x,y)+I″(x,y)；
I2(x,y)＝I′(x,y)+I″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；I′(x,y)表示背景强度，I″(x,y)和I″′(x,y)表示调制强度。
优选的，所述步骤S2中，所述目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)，其强度分布可表示为：
J0(x,y)＝J′(x,y)-J″(x,y)；
J1(x,y)＝J′(x,y)+J″(x,y)；
J2(x,y)＝J′(x,y)+J″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；J′(x,y)表示背景强度，J″(x,y)和J″′(x,y)表示调制强度。
优选的，所述步骤S3中，所述背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[I0(x,y)+I1(x,y)]/2。
优选的，所述步骤S3中，所述目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[J0(x,y)+J1(x,y)]/2。
优选的，所述步骤S3中，二值化图像的边缘检测采用Sobel、Canny的边缘检测算法。
优选的，所述步骤S4中，所述绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)和网格化目标区域D(x,y)，其数学计算公式分别为：
D1(x,y)＝|E1(x,y)-F1(x,y)|；
D2(x,y)＝|E2(x,y)-F2(x,y)|；
D(x,y)＝D1(x,y)+D2(x,y)。
采用以上技术方案的有益效果是：
1、本发明提供的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，只需要投射并采集三幅二值条纹图像，通过简单的图像处理便可分辨出伪装物体，检测速度较快。
2、本发明的技术方案对物体颜色纹理和环境光照等影响因素不敏感，检测精度较高、鲁棒性较好。
附图说明
图1是检测区域与伪装物体的三维立体示意图；
图2是无伪装物体侵入的背景条纹图像；
图3是有伪装物体侵入的目标条纹图像；
图4是伪装物体的检测结果；
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
如图1至图4所示，本发明是一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：搭建条纹投影伪装物体检测系统，包括投影仪和摄像机，所述投影仪和摄像机同步触发开启工作，投影仪、摄像机和检测区域三者之间构成三角测量关系；
步骤S2：投影仪投射三幅二值条纹至无伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)；保持投影仪和摄像机固定，投影仪投射三幅二值条纹至有伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)；
所述步骤S2中，投影仪所投射的三幅二值条纹，包括两幅竖条纹和一幅横条纹，其强度分布可分别表示为：
P0(xp,yp)＝mod(xp,T)＞T/2；
P1(xp,yp)＝mod(xp,T)≤T/2；
P2(xp,yp)＝mod(yp,T)≤T/2；
其中：(xp,yp)表示投影仪的像素坐标；P0(xp,yp)、P1(xp,yp)、P2(xp,yp)表示三幅二值条纹；mod表示取余运算函数；T表示水平/竖直方向上的条纹周期；
所述二值条纹P0(xp,yp)和P1(xp,yp)存在如下互补关系：
P0(xp,yp)+P1(xp,yp)＝1；
步骤S3：分别对背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到背景边缘图像E1(x,y)、E2(x,y)；分别对目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到目标边缘图像F1(x,y)、F2(x,y)；
步骤S4：求取背景边缘图像E1(x,y)和目标边缘图像F1(x,y)的绝对差值D1(x,y)；求取背景边缘图像E2(x,y)和目标边缘图像F2(x,y)的绝对差值D2(x,y)；对绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)进行求或运算，便可提取到网格化目标区域D(x,y)。
所述步骤S2中，所述背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)，其强度分布可表示为：
I0(x,y)＝I′(x,y)-I″(x,y)；
I1(x,y)＝I′(x,y)+I″(x,y)；
I2(x,y)＝I′(x,y)+I″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；I′(x,y)表示背景强度，I″(x,y)和I″′(x,y)表示调制强度。
所述步骤S2中，所述目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)，其强度分布可表示为：
J0(x,y)＝J′(x,y)-J″(x,y)；
J1(x,y)＝J′(x,y)+J″(x,y)；
J2(x,y)＝J′(x,y)+J″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；J′(x,y)表示背景强度，J″(x,y)和J″′(x,y)表示调制强度。
所述步骤S3中，所述背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[I0(x,y)+I1(x,y)]/2。
所述步骤S3中，所述目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[J0(x,y)+J1(x,y)]/2。
所述步骤S3中，二值化图像的边缘检测采用Sobel、Canny的边缘检测算法。
所述步骤S4中，所述绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)和网格化目标区域D(x,y)，其数学计算公式分别为：
D1(x,y)＝|E1(x,y)-F1(x,y)|；
D2(x,y)＝|E2(x,y)-F2(x,y)|；
D(x,y)＝D1(x,y)+D2(x,y)。
综上所述：
本发明提供的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，只需要投射并采集三幅二值条纹图像，通过简单的图像处理便可分辨出伪装物体，检测速度较快。
本发明的技术方案对物体颜色纹理和环境光照等影响因素不敏感，检测精度较高、鲁棒性较好。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述，显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：搭建条纹投影伪装物体检测系统，包括投影仪和摄像机，所述投影仪和摄像机同步触发开启工作，投影仪、摄像机和检测区域三者之间构成三角测量关系；
步骤S2：投影仪投射三幅二值条纹至无伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)；保持投影仪和摄像机固定，投影仪投射三幅二值条纹至有伪装物体侵入的检测区域，摄像机采集到此刻的条纹图像作为目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)；
所述步骤S2中，投影仪所投射的三幅二值条纹，包括两幅竖条纹和一幅横条纹，其强度分布可分别表示为：
P0(xp,yp)＝mod(xp,T)＞T/2；
P1(xp,yp)＝mod(xp,T)≤T/2；
P2(xp,yp)＝mod(yp,T)≤T/2；
其中：(xp,yp)表示投影仪的像素坐标；P0(xp,yp)、P1(xp,yp)、P2(xp,yp)表示三幅二值条纹；mod表示取余运算函数；T表示水平/竖直方向上的条纹周期；
所述二值条纹P0(xp,yp)和P1(xp,yp)存在如下互补关系：
P0(xp,yp)+P1(xp,yp)＝1；
步骤S3：分别对背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到背景边缘图像E1(x,y)、E2(x,y)；分别对目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)进行二值化，然后对二值化图像进行边缘检测，提取到目标边缘图像F1(x,y)、F2(x,y)；
步骤S4：求取背景边缘图像E1(x,y)和目标边缘图像F1(x,y)的绝对差值D1(x,y)；求取背景边缘图像E2(x,y)和目标边缘图像F2(x,y)的绝对差值D2(x,y)；对绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)进行求或运算，便可提取到网格化目标区域D(x,y)。
2.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述背景条纹图像I0(x,y)、I1(x,y)、I2(x,y)，其强度分布可表示为：
I0(x,y)＝I′(x,y)-I″(x,y)；
I1(x,y)＝I′(x,y)+I″(x,y)；
I2(x,y)＝I′(x,y)+I″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；I′(x,y)表示背景强度，I″(x,y)和I″′(x,y)表示调制强度。
3.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述目标条纹图像J0(x,y)、J1(x,y)、J2(x,y)，其强度分布可表示为：
J0(x,y)＝J′(x,y)-J″(x,y)；
J1(x,y)＝J′(x,y)+J″(x,y)；
J2(x,y)＝J′(x,y)+J″′(x,y)；
其中：(x,y)表示摄像机的像素坐标；J′(x,y)表示背景强度，J″(x,y)和J″′(x,y)表示调制强度。
4.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述背景条纹图像I1(x,y)、I2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[I0(x,y)+I1(x,y)]/2。
5.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述目标条纹图像J1(x,y)、J2(x,y)，其二值化所采用的强度阈值为：
[J0(x,y)+J1(x,y)]/2。
6.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S3中，二值化图像的边缘检测采用Sobel、Canny的边缘检测算法。
7.根据权利要求1所述的一种基于二值条纹投影的伪装物体检测方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述绝对差值D1(x,y)、D2(x,y)和网格化目标区域D(x,y)，其数学计算公式分别为：
D1(x,y)＝|E1(x,y)-F1(x,y)|；
D2(x,y)＝|E2(x,y)-F2(x,y)|；
D(x,y)＝D1(x,y)+D2(x,y)。
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