CN112104808B - 图像采集装置和具有其的视觉处理系统、无人驾驶车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像采集装置和具有其的视觉处理系统、无人驾驶车辆，图像采集装置图像采集器和控制单元，图像采集器用于采集图像，控制单元通过待拍摄目标与图像采集器之间的距离、待拍摄目标相对图像采集器的移动速度以及图像采集器的物理参数确定图像采集器的单像素变化时间，以及根据单像素变化时间调整图像采集器的采集频率。根据本发明的图像采集装置，通过根据单像素变化时间调整图像采集器的采集频率，即可实现对待拍摄目标的动态近捕捉，同时使图像采集装置拍摄的待拍摄物体图像具有高有效像素，且无需使用高端摄像器材，摄像头可以具有较低成本。

Description

图像采集装置和具有其的视觉处理系统、无人驾驶车辆

技术领域

本发明涉及图像处理领域，具体而言，涉及一种图像采集装置和具有其的视觉处理系统、无人驾驶车辆。

背景技术

相关技术中，越来越多的机器视觉场景应用了人工智能技术，在设计基于人工智能视觉算法的智能硬件的过程中，工程师需要针对摄像头采集到的图像数据来进行运算，由于视觉识别的模型和算法对图像的质量要求很高，而在某些应用环境下，摄像头采集到的待拍摄目标不是静止的，而是在摄像头下运动的，由于待拍摄目标在拍摄过程中运动，容易导致摄像头采集到的图像出现拖影，采集到的待拍摄目标成像不清晰，影响后续的智能运算结果。

为尽量避免摄像头采集到的图像出现拖影，现有图像采集采用的方法包括三种：

第一种是静态采集方法，将被识别物体静置于摄像头的可视区域，只要对焦准确，就可以保证图像不会出现任何拖影。但是，该方法中摄像头只能拍摄静态场景，不能保证动态场景下的采集效果，应用场景有限。

第二种是采用摄像头远距离拍摄的方法，因为摄像头距离待拍摄目标远，所以可视区域内物体的运动相对于摄像头拍摄的整个图像内移动的像素点很小，会大大降低拖影产生的可能。但是，该方法中摄像头拍摄的待拍摄目标的图像会因为视场角太大以及距离太远而变得很小，这样使得待拍摄目标被采集的有效像素过小，算法处理时人员无法获得关于待拍摄目标足够丰富的信息。

第三种是采用高端摄像器材，增加硬件成本，通过配备高端cmos、ccd传感器、isp等增加硬件性能的方法来减轻拖影的形成。但是，该方法中摄像头整体成本过高，无法实现业务上的推广。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一目的旨在提出一种图像采集装置，图像采集装置通过调整采集频率参数即可以实现对待拍摄目标的动态近捕捉，同时使摄像头拍摄的待拍摄物体图像具有高有效像素，且摄像头可以具有较低成本。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种图像采集装置，包括图像采集器和控制单元，所述图像采集器用于采集图像，所述控制单元通过待拍摄目标与所述图像采集器之间的距离、待拍摄目标相对所述图像采集器的移动速度以及所述图像采集器的物理参数确定所述图像采集器的单像素变化时间，以及根据所述单像素变化时间调整所述图像采集器的采集频率f。

进一步地，所述待拍摄目标相对所述图像采集器的移动速度包括待拍摄目标的横向移动速度和待拍摄目标的纵向移动速度，所述控制单元用于根据所述待拍摄目标与所述图像采集器之间的距离、待拍摄目标的横向移动速度、待拍摄目标的纵向移动速度以及所述图像采集器的物理参数确定所述图像采集器的单像素变化时间。

进一步地，所述图像采集器的物理参数包括所述图像采集器的视场角和所述图像采集器的图像采集像素，其中，所述图像采集器的视场角包括横向角度和纵向角度。

进一步地，所述单像素变化时间为：T1＝max{(2h*tana)/(X*Vx)，(2h*tanb)/(Y*Vy)}，其中，X为所述摄像头采集的图像像素的横向个数、Y为所述摄像头采集的图像像素的纵向个数、a为所述摄像头的视场角的横向角度的一半、b为所述摄像头的视场角的纵向角度的一半、h为所述待拍摄目标与所述摄像头之间的距离、Vx为所述待拍摄目标在距离所述摄像头为h的平面上的横向分速度、Vy为所述待拍摄目标在距离所述摄像头为h的平面上的纵向分速度。

进一步地，所述控制单元用于根据所述单像素变化时间确定曝光时间范围，并根据所述曝光时间范围选择曝光时间，以及根据所述曝光时间范围调整所述图像采集器的采集频率f。

进一步地，所述曝光时间小于所述单像素变化时间。

可选地，所述图像采集器为摄像头。

相对于现有技术，本发明所述的图像采集装置具有以下优势：

1)根据本发明的图像采集装置，通过根据单像素变化时间调整图像采集器的采集频率，即可实现对待拍摄目标的动态近捕捉，同时使图像采集装置拍摄的待拍摄物体图像具有高有效像素，且无需使用高端摄像器材，摄像头可以具有较低成本。

本发明的第二目的在于提出一种视觉处理系统，包括本发明上述的图像采集装置。

进一步地，所述视觉处理系统为无人售货机，所述图像采集器的采集频率f的范围为(5ms)^-1-(150us)^-1。

相对于现有技术，本发明所述的视觉处理系统具有以下优势：

1)根据本发明的视觉处理系统，视觉处理系统的造价较低，且能保证对动态的待拍摄目标进行有效的图像捕捉，保证视觉处理系统的工作可靠性。

本发明的第三目的在于提出一种无人驾驶车辆，包括上述的视觉处理系统，所述视觉处理系统为无人售货机。

相对于现有技术，本发明所述的无人驾驶车辆具有以下优势：

1)根据本发明的无人驾驶车辆，无人售货机的造价较低，且能在车辆驾驶中保证对动态的待拍摄目标进行有效的图像捕捉，保证无人售货机的工作可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明一个实施例所述的图像采集装置的采集频率f的计算流程图；

图2为本发明一个实施例所述的图像采集装置的结构示意图。

附图标记

图像采集装置 100，图像采集器 1，感光芯片 11，控制单元 2。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

下面参考图1和图2并结合实施例描述本发明实施例的图像采集装置100。

如图1和图2所示，图像采集装置100可以包括图像采集器1和控制单元2，图像采集装置100用于采集带拍摄目标(例如商店待付款的商品，仅做示例性说明)的图像。图像采集器1用于采集图像，控制单元2通过待拍摄目标与图像采集器1之间的距离、待拍摄目标相对图像采集器1的移动速度以及图像采集器1的物理参数确定图像采集器1的单像素变化时间。

上段文字解释为：

在一些具体的实施例中，控制单元2可以与速度传感器等用于测量待拍摄目标与图像采集器1之间的距离和速度的元件连接，以接收待拍摄目标与图像采集器1之间的距离数据和拍摄目标相对图像采集器1的速度数据，进而控制单元2自动根据获取的该距离数据和该速度数据进行计算得出单像素变化时间，并根据单像素变化时间设置图像采集器1的采集频率f。

在另一些具体的实施例中，也可以预先确定图像采集装置100所采集带拍摄目标与图像采集器1之间的预设距离、待拍摄目标相对图像采集器1的预设移动速度确定单像素变化时间，并根据单像素变化时间将图像采集器1的采集频率f输入至控制单元2。

通过令图像采集器1的采集频率高于待拍摄目标对应的图像的单像素的变化频率，可以避免待拍摄目标对应的图像的单像素在被采集时发生变化，进而图像采集器1可以实现对待拍摄目标的动态近捕捉，避免图像采集器1拍摄的图像出现拖影。

此外，本发明的图像采集装置100无需距离待拍摄目标过远，即可避免图像采集装置100拍摄的图像出现拖影，由此图像采集装置100与待拍摄目标之间的距离合适，保证拍摄的待拍摄物体图像具有高有效像素。同时，无需使用昂贵的图像采集装置100即可避免图像采集装置100拍摄的图像出现拖影，图像采集装置100可以具有较低成本。

具体地，待拍摄目标相对图像采集器的移动速度包括待拍摄目标的横向移动速度和待拍摄目标的纵向移动速度，控制单元用于根据待拍摄目标与图像采集器之间的距离、待拍摄目标的横向移动速度、待拍摄目标的纵向移动速度以及图像采集器的物理参数确定图像采集器的单像素变化时间。由此图像采集器可实现对待拍摄目标的动态近捕捉。

具体地，图像采集器的物理参数包括图像采集器的视场角和图像采集器的图像采集像素，其中，图像采集器的视场角包括横向角度和纵向角度。由此图像采集器可实现对待拍摄目标的动态近捕捉。

具体地，如图1所示，计算图像采集装置100拍摄的单像素变化时间T1，包括：获得图像采集装置100采集的图像像素的横向个数X、图像采集装置100采集的图像像素的纵向个数Y、图像采集装置100的视场角的横向角度2a、图像采集装置100的视场角的纵向角度2b、单像素所对应的待拍摄目标与图像采集装置100之间的距离h、待拍摄目标在距离图像采集装置100为h的平面上的横向分速度为Vx、待拍摄目标在距离图像采集装置100为h的平面上的纵向分速度为Vy，并根据h、a、b、X、Vx、Y、Vy计算T1。其中，纵向和横向互相垂直。

换言之，在计算图像采集装置100拍摄的单像素变化时间T1前，首先需要测量或根据图像采集装置100的应用场景设定单像素所对应的待拍摄目标与图像采集装置100之间的距离h，并测量或根据图像采集装置100的应用场景设定待拍摄目标在距离图像采集装置100为h的平面上的横向分速度Vx，并测量或根据图像采集装置100的应用场景设定待拍摄目标在距离图像采集装置100为h的平面上的纵向分速度Vy。

此外，记录图像采集装置100采集的图像像素的横向个数X，记录图像采集装置100采集的图像像素的纵向个数Y，记录图像采集装置100的视场角的横向角度的一半为a(即图像采集装置100的视场角的横向角度为2a)，记录图像采集装置100的视场角的纵向角度的一半为b(即图像采集装置100的视场角的纵向角度为2b)。

随后，可以通过h、a、b、X、Vx、Y、Vy计算T1，以使计算出的单像素变化时间T1满足实际应用场景需求。

具体地，如图1所示，T1＝max{(2h*tana)/(X*Vx)，(2h*tanb)/(Y*Vy)}，(2h*tana)/(X*Vx)为待拍摄目标在横向上的单像素变化的时间值，(2h*tanb)/(Y*Vy)为待拍摄目标在纵向上的单像素变化的时间值，即选取待拍摄目标在纵向和横向上的单像素变化的最大时间值，即可实现对待拍摄目标的动态近捕捉。

具体地，控制单元2用于根据单像素变化时间确定曝光时间范围，并根据曝光时间范围选择曝光时间T2，以及根据曝光时间范围调整图像采集器1的采集频率f。

更加具体地，曝光时间T2小于单像素变化时间T1，可以避免待拍摄目标对应的图像的单像素在曝光时发生变化，进而图像采集器1可以实现对待拍摄目标的动态近捕捉，避免图像采集器1拍摄的图像出现拖影。进一步地，通过计算f＝1/T2即可确定图像采集器1的采集频率f。

可选地，如图2所示，图像采集器1为摄像头，在一些具体的实施例中，摄像头为标准摄像头。由此，摄像头的造价较低(小于10美金即可满足需求)，应用场景广。

在另一些具体的实施例中，摄像头也可以为广角摄像头。由此，摄像头可以具有较广的拍摄范围。换言之，广角摄像头也可以利用本发明上述实施例的曝光时间计算出的曝光时间，应用范围更广。

在又一些具体的实施例中，摄像头可以为固定焦距摄像头。固定焦距摄像头对焦方便。换言之，固定焦距摄像头也可以利用本发明上述实施例的曝光时间计算出的曝光时间，应用范围更广。

在其他一些具体的实施例中，摄像头也可以为非固定焦距摄像头，只要摄像头能对焦待拍摄目标，以清晰拍摄待拍摄目标即可。

在一些实施例中，如图2所示，图像采集器1具有感光芯片11，感光芯片11通电时可以对摄像头曝光，控制单元2控制对感光芯片11的通电频率，可以实现控制对图像采集器1的采集频率。在其他实施例中，感光芯片11也可以替换为机械快门，控制单元2控制按压机械快门实现对摄像头的曝光。更加具体地，控制单元2可以为ISP(Image SignalProcessing，图像信号)芯片。

下面描述本发明实施例的视觉处理系统。

本发明实施例的视觉处理系统包括上述任一种实施例的图像采集装置100。

根据本发明的视觉处理系统，通过设置图像采集装置100，视觉处理系统的造价较低，且能保证对动态的待拍摄目标进行有效的图像捕捉，保证视觉处理系统的工作可靠性。

具体地，视觉处理系统为无人售货机，无人售货机设有商品识别摄像头，商品识别摄像头为本发明上述任一种实施例的图像采集器1，图像采集器1的采集频率f的范围为(5ms)^-1-(150us)^-1。(5ms)^-1-(150us)^-1为根据无人售货机的实际应用场景所确定的图像采集器1的采集频率。待拍摄物品为人员待结账的商品。

例如商品识别摄像头的视场角为横向角度2a＝60°，商品识别摄像头所采图像的长宽比为16：9，商品识别摄像头所采图像的大小为1080P，即X＝1920，Y＝1080。有一个0.1米宽，0.1米长的待拍摄目标在距离镜头1.65米(即h＝1.65m)的地方，以1米/秒的横向速度(即Vx＝1m/s)移动，则，通过T1＝max{(2h*tana)/(X*Vx)，(2h*tanb)/(Y*Vy)}计算出，单像素变化的时间T1＝1/1008秒，约为1ms。由此得出，商品识别摄像头的曝光时间T2小于或等于1ms。

由于人员在通过无人售货机结账时，需要把待结账的商品移动至商品识别摄像头处识别，由此，人员在通过无人售货机结账时，商品识别摄像头可以有效清楚地识别待结账的商品。

下面描述本发明实施例的无人驾驶车辆。

本发明实施例的无人驾驶车辆包括上述任一种实施例的视觉处理系统，视觉处理系统为无人售货机。由此，无人驾驶车辆可以在城市中行驶，无人驾驶车辆停车时，路上的行人可以上车并与无人售货机进行人机交互，购买物品，操作方便。

根据本发明的无人驾驶车辆，无人售货机的造价较低，且能在车辆驾驶中保证对动态的待拍摄目标进行有效的图像捕捉，保证无人售货机的工作可靠性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种图像采集装置，其特征在于，包括：

图像采集器，所述图像采集器用于采集图像；

控制单元，所述控制单元通过待拍摄目标与所述图像采集器之间的距离、待拍摄目标相对所述图像采集器的移动速度以及所述图像采集器的物理参数确定所述图像采集器的单像素变化时间，以及根据所述单像素变化时间调整所述图像采集器的采集频率f；

所述待拍摄目标相对所述图像采集器的移动速度包括待拍摄目标的横向移动速度和待拍摄目标的纵向移动速度，所述控制单元用于根据所述待拍摄目标与所述图像采集器之间的距离、待拍摄目标的横向移动速度、待拍摄目标的纵向移动速度以及所述图像采集器的物理参数确定所述图像采集器的单像素变化时间；

所述图像采集器的物理参数包括所述图像采集器的视场角和所述图像采集器的图像采集像素，其中，所述图像采集器的视场角包括横向角度和纵向角度；

所述单像素变化时间为：

T1=max{(2h*tana)/(X*Vx)，(2h*tanb)/(Y*Vy)}；

其中，X为所述图像采集器采集的图像像素的横向个数、Y为所述图像采集器采集的图像像素的纵向个数、a为所述图像采集器的视场角的横向角度的一半、b为所述图像采集器的视场角的纵向角度的一半、h为所述待拍摄目标与所述图像采集器之间的距离、Vx为所述待拍摄目标在距离所述图像采集器为h的平面上的横向分速度、Vy为所述待拍摄目标在距离所述图像采集器为h的平面上的纵向分速度。

2.根据权利要求1所述的图像采集装置，其特征在于，所述控制单元用于根据所述单像素变化时间确定曝光时间范围，并根据所述曝光时间范围选择曝光时间T2，以及根据所述曝光时间范围调整所述图像采集器的采集频率f。

3.根据权利要求2所述的图像采集装置，其特征在于，所述曝光时间小于所述单像素变化时间。

4.根据权利要求1-3任一项所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像采集器为摄像头。

5.一种视觉处理系统，其特征在于，所述视觉处理系统设置有包括权利要求1-4任一项所述的图像采集装置。

6.根据权利要求5所述的视觉处理系统，其特征在于，所述视觉处理系统为无人售货机，所述图像采集器的采集频率f的范围为（5ms）^-1 - （150us）^-1。

7.一种无人驾驶车辆，其特征在于，包括权利要求5或6所述的视觉处理系统，所述视觉处理系统为无人售货机。

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