CN115174761A - 调整相机的图像采集频率、图像采集的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种调整相机的图像采集频率、图像采集的方法及装置，用以使得对运动物体采集的图像中物体不发生压缩、拉伸等形变。本申请提供的一种调整相机的图像采集频率的方法，包括：通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率。

Description

调整相机的图像采集频率、图像采集的方法及装置

技术领域

本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及调整相机的图像采集频率、图像采集的方法及装置。

背景技术

根据线阵相机“聚线成面”的成像原理，图像质量受限于相机的行频采集速度，即存在物体运动速度是否和线阵相机采集速度匹配的问题：若物体运动速度低于线阵相机采集速度，会出现相机在该采集点对物体某个部位进行多次曝光采集，图像呈现拉伸现象，图像信息会有重叠情况；若物体运动速度高于线阵相机采集速度，则会出现相机连续两次曝光采集的物体实际部位相距较远，图像呈现压缩现象，图像信息会有丢失情况。

发明内容

本申请实施例提供了调整相机的图像采集频率、图像采集的方法及装置，用以使得对运动物体采集的图像中物体不发生压缩、拉伸等形变。

本申请实施例提供的一种调整相机的图像采集频率的方法，包括：

通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；

确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；

根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率。

所述方法通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率，从而使得对运动物体采集的图像中物体不发生压缩、拉伸等形变。

在一些实施例中，根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

获取用于表征所述运动物体的运动速度的信息；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率。

通过该方法，可以调整相机的图像采集频率，实现相机按照匹配物体运动速度的图像采集频率，采集还原物体信息。

在一些实施例中，若通过光电编码器检测所述物体运动的速度，则当所述光电编码器检测到所述物体时，所述光电编码器输出脉冲信号给所述相机；

所述信息为所述脉冲信号；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

通过统计获取到的所述脉冲信号的个数，确定所述物体的运动速度；

将所述物体的运动速度乘以所述形变系数，将得到的乘积作为调整后的所述相机的图像采集频率。

通过该方法，可以确定物体的运动速度，并转化为脉冲信号输入给相机，使得相机可以匹配物体运动速度进行图像采集。

在一些实施例中，所述光电编码器输出的脉冲信号是高低电平占空比固定的脉冲信号；

所述统计获取到的所述脉冲信号的个数，具体包括：

通过所述相机中的计数器统计获取到的所述脉冲信号中的高电平或低电平的个数cnt_h；

采用如下公式得到调整后的所述相机的图像采集频率：

cnt＝cnt_h/占空比；

T＝(1/相机的系统时钟频率)*cnt；

f₁＝1/T；

f＝K*f₁；

其中，K＝1/k，k为所述形变系数；所述f表示调整后的所述相机的图像采集频率。

通过该方法，可以通过所获得的高低平的个数推导出T，并根据T和K计算出调整后的相机的图像采集频率。

在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述方法还包括：

将所述K调整为整数；利用调整为整数后的K计算得到所述f。

由于相机的FPGA只能处理整数，通过该方法，可以将K由小数转换成整数，从而减少计算f的误差。

在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述方法还包括：

采用如下方式更新所述相机的图像采集频率：

将所述K调整为分数，得到K＝m/n；

先对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到倍频值f₁₁＝mf₁；

再利用所述n，对所述f₁₁进行分频处理，得到更新后的所述相机的图像采集频率f＝mf₁/n。

通过该方法，实现将K调整为最简分数，并根据最简分数的分子m将f₁频率放大m倍得到f₁₁，再将f₁₁分频处理n次得到f，从而减小了f的计算误差。

在一些实施例中，当所述相机中的计数器计数到cnt_h/m时，对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到所述倍频值f₁₁；

每隔2*n个计数值，对所述f₁₁进行一次分频处理，每次分频1/n，共分频n次。

通过该方法，实现将f₁频率放大m倍得到f₁₁，再将f₁₁分频处理n次，得到校正后的相机采集频率f，从而实现对相机采集频率的调整。

采集所述图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述方法还包括：

对所述图像进行二值化处理，得到二值化图像。

通过该方法，可使图像呈现出只有明显的黑白效果，凸显标定物轮廓，有利于标定物边缘提取，同时二值化图像中每个像素的数据位宽变窄，降低了计算数据量。

在一些实施例中，得到所述二值化图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述方法还包括：

对所述二值化图像进行形态学闭操作。

通过该方法，可以去除二值化图像中的标定物区域内的暗细节，填充其中的细小空洞，提高了后续确定标定物的上下左右四个边缘切点坐标的准确性。

在一些实施例中，确定所述多个边缘坐标，具体包括：

通过连通域算法，确定所述图像上的最大连通域；

确定所述最大连通域的多个边缘坐标。

通过该方法，可以获取标定物的最大连通域的上下左右四个边缘切点坐标，进而可通过这4个坐标计算出该标定物的横轴长和纵轴长的比例，得到形变系数。

在一些实施例中，所述标定物为圆形标定物，所述多个边缘坐标包括所述圆形标定物的上下左右四个边缘切点的坐标；

所述形变系数为所述圆形标定物的经过圆心的横轴与经过圆心的纵轴的比值。

圆形物体具有半径固定的特性，任意角度方向的直径长度都是一样的，通过该方法，计算出的形变系数不会因为样本摆放角度造成测量误差，有利于提高后续调整相机的图像采集频率的准确性。

本申请另一实施例提供了一种图像采集方法，包括：

当物体运动速度发生改变时，采用上述调整相机的图像采集频率的方法调整相机的图像采集频率；

利用调整后的图像采集频率，对所述物体进行图像采集。

本申请另一实施例提供了一种计算装置，其包括存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。

此外，根据实施例，例如提供了一种用于计算机的计算机程序产品，其包括软件代码部分，当所述产品在计算机上运行时，这些软件代码部分用于执行上述所定义的方法的步骤。该计算机程序产品可以包括在其上存储有软件代码部分的计算机可读介质。此外，该计算机程序产品可以通过上传过程、下载过程和推送过程中的至少一个经由网络直接加载到计算机的内部存储器中和/或发送。

本申请另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述任一种方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种线阵相机采集物体运动图像的示意图；

图2a为本申请实施例提供的采集行频为4KHz下的物体成像效果图；

图2b为本申请实施例提供的采集行频为8KHz下的物体成像效果图；

图2c为本申请实施例提供的采集行频为11KHz下的物体成像效果图；

图3为本申请实施例提供的一种不同采集行频下的物体图像轴长比例关系图；

图4为本申请实施例提供的一种调整相机的图像采集频率的方法的总流程示意图；

图5为本申请实施例提供的一种调整相机的图像采集频率的方法的具体流程示意图；

图6为本申请实施例提供的一种光电编码器输出的电平信号示意图；

图7为本申请实施例提供的一种图像二值化流程示意图；

图8为本申请实施例提供的一种参考圆样本图像的直方图统计图；

图9为本申请实施例提供的一种图像形态学闭操作流程示意图；

图10为本申请实施例提供的一种测试不同采集行频下的物体图像轴长比例关系图；

图11为本申请实施例提供的图像采集方法的流程示意图；

图12为本申请实施例提供的一种计算装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种调整相机的图像采集频率的方法及装置，只需对标定物标定一次，就可得到物体运动速度与采集频率的固定转换系数，解决因相机采集速度不与物体运动速度匹配，而导致的所采集的物体图像不能完全还原物体本身信息的问题，实现相机按照匹配物体运动速度的图像采集频率采集还原物体信息。

其中，方法和装置是基于同一申请构思的，由于方法和装置解决问题的原理相似，因此装置和方法的实施可以相互参见，重复之处不再赘述。

本申请实施例的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

以下示例和实施例将只被理解为是说明性的示例。虽然本说明书可能在若干处提及“一”、“一个”或“一些”示例或实施例，但这并非意味着每个这种提及都与相同的示例或实施例有关，也并非意味着该特征仅适用于单个示例或实施例。不同实施例的单个特征也可以被组合以提供其他实施例。此外，如“包括”和“包含”的术语应被理解为并不将所描述的实施例限制为仅由已提及的那些特征组成；这种示例和实施例还可以包含并未具体提及的特征、结构、单元、模块等。

下面结合说明书附图对本申请各个实施例进行详细描述。需要说明的是，本申请实施例的展示顺序仅代表实施例的先后顺序，并不代表实施例所提供的技术方案的优劣。

需要说明的是，本申请实施例提供的技术方案，以线阵相机采集运动物体为例进行说明，但并不限于此。

线阵相机可以装在地下扫描汽车车底盘，可以装在侧边采集火车车厢，也可以采集传送带上运行的物体。由于每个运动物体(汽车、火车、传送带)的速度不一样，因此为了满足每一个图片上所采集到的目标物体是与实际成正比的，没有出现物体被拉伸或者压缩现象，需要满足相机采集的速度与物体运动的速度一致。

参见图1，线阵相机垂直于物体运动方向以不同的采集行频进行图像采集，当线阵相机采集行频(例如采集行频为4KHz)小于物体运动速度时，会出现物体的若干部分没有被采集到，使得所采集到的图像呈现压缩的椭圆形状，参见图2a；当线阵相机采集行频(例如采集行频为8KHz)接近物体运动速度时，所采集到的图像呈现正圆形，即垂直方向与水平方向的轴长相等，参见图2b；当线阵相机采集行频(例如采集行频为11KHz)大于物体运动速度时，会出现信息重复(物体的同一部分被多次采集)，使得所采集到的图像呈现拉伸的椭圆形状，参见图2c。

需要说明的是，为了便于描述，本申请实施例中可以直接将物体运动速度单位描述为频率，具体地，本申请实施例中，通过速度检测设备检测物体运动的速度，速度检测设备例如包括光电编码器和传送带系统，物体运动经过光电编码器时，光电编码器输出电平信号。光电编码器主要由光栅盘和光电探测装置组成。光电码盘与传送带电动机同轴，电动机旋转时，传送带带着置于其上方的物体运动，光栅盘与电动机同速旋转，经发光二极管等电子元件组成的光电探测装置检测输出若干脉冲信号，计算每秒光电编码器输出脉冲的个数，就能得出当前电动机的转速，从而可得出物体运动速度。因此，本申请实施例中，也可以直接将编码器输出脉冲信号的频率描述为物体运动速度。

例如，已知物体运动速度约为8200Hz(编码器输出脉冲信号的频率)，线阵相机以1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11KHz的采集行频(即图像采集频率)，分别采集运动物体的图像，得到11张图像，并分别编号1～11，并测量这11张图像中圆形的横轴长(穿过圆心的横向直径)和纵轴长(穿过圆心的纵向直径)，计算出不同的采集行频下所采集到的图像的水平方向和垂直方向轴长的比例关系，具体参数参见图3所示的列表，从图3可以得出以下两个结论：

(1)、无论采集行频速度快慢，所得到的圆形标定物的图像在横向上的轴长(即所述的水平方向的轴长)几乎保持不变，符合成像原理；

(2)、采集行频速度快慢只影响了得到的圆形标定物的图像的纵向上的轴长(即所述的垂直方向的轴长)：当采集行频小于物体运动速度时，纵向上的轴长与横向上的轴长比例小于1，因此会得到图2a所示的椭圆形图像。当采集频率大于物体运动速度时，纵向上的轴长与横向上的轴长比例大于1，因此会得到图2c所示的椭圆形图像。当采集频率接近于物体运动速度时，纵向上的轴长与横向上的轴长比例接近1，呈现正圆形，可以满足“横向和纵向比例不变”原则，即图像不变形，如图2b所示。

因此，只需判断所采集图像中的样本圆(标定物)的纵向上的轴长和横向上的轴长是否一样，就可知采集行频是否匹配物体运动速度，并且根据横向上的轴长与纵向上的轴长的比例关系，可以知道采集行频与物体运动速度的大小关系。

需要说明的是，本申请实施例中预先设置的标定物与物体同速运动，从而标定物的速度等同于物体的运动速度。

本申请实施例根据“横向和纵向比例不变”的图像不变形原则，提出了一种调整相机的图像采集频率的方法，通过相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像，再确定该图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据这多个边缘坐标确定该图像中标定物的形变系数，根据该形变系数调整相机的图像采集频率，从而实现只需对样本目标圆采样一次，得到形变系数，无论物体是何种速度运动，是否知道物体当前运动速度，校正后的相机采集速度都可以匹配物体运动速度，实现相机按照匹配物体运动速度的图像采集频率采集还原物体信息，大大减少了对样本目标圆的采样次数和形变系数参数调整次数，下面给出具体的举例说明。

参见图4，本申请实施例提供的一种调整相机的图像采集频率的方法包括：

S101、通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；

其中，所述相机，例如线阵相机，但不仅限于线阵相机；

所述物体，例如是汽车车底盘，或者在传送带上传送的产品，或者是在轨道上行驶的列车等等；

所述标定物，例如是圆形标定物，例如将白底黑圆的纸贴在运动物体表面，或者设置在运动物体的最前方，与运动物体一样都设置在传送带上，随传送带同速同方向运动，使得先通过标定物图像，调整好行频，后续采集到的物体图像就不会发生形变了；

S102、确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；

其中，所述多个边缘坐标，可以是任意能够确定标定物图像是否发生形变的坐标位置，例如圆形标定物上下左右四个边缘切点的坐标；

所述形变系数(例如用k表示)，也可以称为行频自动调整系数；

S103、根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率；

其中，所述图像采集频率，例如线阵相机的采集行频(简称行频)，例如1s的时间内采集图像N次，则图像采集频率＝1/N。

线阵相机的sensor传感器是成线性的，例如2048像素的线阵相机，其横向有2048个像元，纵向通常只有1个像元，如GL0402线阵传感器，其线阵传感器的像元尺寸为7um*7um，即曝光一次采集到的像元高度为7um。已知镜头、焦距、物体离相机的距离，根据对角三角形的等比定律，焦距和物体离相机距离的比例＝像元高度和实际物体运动距离S₁比例，即：

S₁＝(相机与待测物之间的距离/焦距)*7um

因此，为了满足采集到的图像不被拉伸或者压缩，要求每次采样物体的运动距离＝S₁，则1s的时间，采样N次(图像采集频率f＝1/N，单位为Hz)，则1s的时间内物体的运动距离为N*S₁＝物体运动速度V*(1s)，则：

f＝S₁/V＝(相机与待测物之间的距离/焦距)*7um/V

由上述光电编码器测量物体运动速度可知，物体运动速度V可以由每秒光电编码器输出脉冲的个数反馈，每秒多少个脉冲数即频率f₁，也就是光电编码器输入给相机的频率f₁＝1/V，则：

f＝(相机与待测物之间的距离/焦距)*7um*f₁＝K*f₁；

其中，K＝(相机与待测物之间的距离/焦距)*7um，可以通过形变系数k得到，即K＝1/k；

即只需要根据光电编码器输入给相机的频率信号(即上述f₁)，就可以得到相机的图像采集频率f。

通过步骤S103，对相机的图像采集频率进行调整，解决因相机采集速度不与物体运动速度匹配而发生的所采集的物体图像不能完全还原物体本身信息的问题，从而实现相机按照匹配物体运动速度的图像采集频率，采集还原物体信息。

在一些实施例中，根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

获取用于表征所述运动物体的运动速度的信息；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率。

其中，所述信息，例如是编码器信号，所述编码器可以视为运动物体的速度检测设备中的装置，物体运动时，速度检测设备输出编码器信号给相机，相机通过所述编码器信号可以确定物体运动速度，从而根据所述编码器信号，以及形变系数，判断是否需要调整相机的图像采集频率，若需要，则根据所述编码器信号，以及形变系数，调整相机的图像采集频率，使得相机的图像采集频率与物体运动速度匹配，从而使得物体信息被相机全部采集到或者避免重复采集相同信息，进而避免采集图像上物体发生形变。

在一些实施例中，速度检测设备也可以是雷达等设备；

在一些实施例中，速度检测设备也可以直接输出物体运动速度给相机，使得相机根据物体运动速度，以及所述的形变系数，判断是否需要调整相机的图像采集频率，若需要，则根据物体运动速度，以及形变系数，确定相机的图像采集频率，使得相机的图像采集频率与物体运动速度匹配。

在一些实施例中，若通过光电编码器检测所述物体运动的速度，则当所述光电编码器检测到所述物体时，所述光电编码器输出脉冲信号给所述相机；

所述信息为所述脉冲信号；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

通过统计获取到的所述脉冲信号的个数，确定所述物体的运动速度；

将所述物体的运动速度乘以所述形变系数，将得到的乘积作为调整后的所述相机的图像采集频率。

在一些实施例中，所述光电编码器输出的脉冲信号是高低电平占空比固定的脉冲信号；

所述统计获取到的所述脉冲信号的个数，具体包括：

通过所述相机中的计数器统计获取到的所述脉冲信号中的高电平或低电平的个数cnt_h；

采用如下公式得到调整后的所述相机的图像采集频率：

cnt＝cnt_h/占空比；

T＝(1/相机的系统时钟频率)*cnt；

f₁＝1/T；

f＝K*f₁；

其中，K＝1/k，k为所述形变系数；所述f表示调整后的所述相机的图像采集频率。

由于相机内部的FPGA只能处理整数，在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述方法还包括：

将所述K调整为整数；利用调整为整数后的K计算得到所述f。

为了减少得到f的计算误差，在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述方法还包括：

采用如下方式更新所述相机的图像采集频率：

将所述K调整为分数，得到K＝m/n；

先对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到倍频值f₁₁＝mf₁；

再利用所述n，对所述f₁₁进行分频处理，得到更新后的所述相机的图像采集频率f＝mf₁/n。

为了实现对相机采集频率的调整，在一些实施例中，当所述相机中的计数器计数到cnt_h/m时，对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到所述倍频值f₁₁；

每隔2*n个计数值，对所述f₁₁进行一次分频处理，每次分频1/n，共分频n次。

为了使图像呈现出只有明显的黑白效果，凸显标定物轮廓，并提高后续确定标定物的上下左右四个边缘切点坐标的准确性，因此在一些实施例中，采集所述图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述方法还包括：

对所述图像进行二值化处理，得到二值化图像。

为了去除二值化图像中的目标前景圆内部(即标定物区域)的暗细节，填充图像内的细小空洞，有利于后续提取标定物的四个边缘切点的坐标，因此在一些实施例中，得到所述二值化图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述方法还包括：

对所述二值化图像进行形态学闭操作。

为了获取标定物的最大连通域的上下左右四个边缘切点坐标，因此在一些实施例中，确定所述多个边缘坐标，具体包括：

通过连通域算法，确定所述图像上的最大连通域；

确定所述最大连通域的多个边缘坐标。

圆形物体具有半径固定的特性，任意角度方向的直径长度都是一样的，不会因为样本摆放角度造成测量误差，因此在一些实施例中，所述标定物为圆形标定物，所述多个边缘坐标包括所述圆形标定物的上下左右四个边缘切点的坐标；

所述形变系数为所述圆形标定物的经过圆心的横轴与经过圆心的纵轴的比值。

参见图5，本申请实施例提供的一种调整相机的图像采集频率的方法，具体步骤包括：

步骤S201、对采集到的标定物图像进行二值化处理(具体的二值化处理操作在后续举例说明)，得到二值化图像；

步骤S202、对所述二值化图像进行形态学闭操作(具体的形态学闭操作在后续举例说明)，得到形态学闭操作后的图像；

步骤S203、提取形态学闭操作后的图像中的最大连通域的边缘处的多个坐标。

例如，采用四连通域法进行最大连通域(即标定物的图像区域)提取，从而确定最大连通域的上下左右四个边缘切点坐标，最后得到标定物(例如圆形标定物)的x、y方向的起始、终止坐标属性(x_start,x_end,y_start,y_end)。

步骤S204、计算形变系数。

例如采用如下公式计算行频自动调整系数k：

k＝(x_end-x_start)/(y_end-y_start)

也就是说，通过计算图像中圆形标定物的水平方向和垂直方向轴长的比例关系，从而得到最终的行频自动调整系数k，即1/K，该方法可避免为得到K所需参数(相机与待测物之间的距离)测量误差以及计算误差造成的校正系数误差。

步骤S205、行频校正。

例如：当k大于1时，说明圆形标定物的图像的横轴长于纵轴，相机行频比较小，缺失了一些图像信息没有采集到，因此，按照预设规则提高相机的图像采集频率，从而使得相机采集更多的物体图像信息，以形成完整的物体图像，避免物体图像的形变；

反之，当k小于1时，说明圆形标定物的图像的纵轴大于横轴，相机行频比较大，采集了一些重复的图像信息，因此，按照预设规则降低相机的图像采集频率，从而避免相机采集重复的物体图像信息，避免物体图像的形变。

在一些实施例中，所述预设规则，例如可以是按照预设步长调整相机的图像采集频率，直到计算得到的k＝1，或者，k与1的差值在预设范围内。

或者，所述预设规则包括：

利用物体运动速度和形变系数k，对相机的图像采集频率进行调整。

其中，物体运动速度可以通过速度采集设备获取，也可以通过速度采集设备输出的信号确定，例如通过对速度采集设备输出给相机的编码器信号进行计数，确定光栅盘旋转一周的时长T，并计算得到T′＝Tk；将相机的图像采集频率调整为1/T′。

其中，对相机的图像采集频率进行调整，也称作分倍频处理，包括分频处理和/或倍频处理，所述分频处理即降低频率，所述倍频处理即提高频率，即在调整频率时，可以先分频再倍频，也可以先倍频再分频，或者仅分频或仅倍频。

在一些实施例中，相机内部使用FPGA芯片作为主控芯片，对光电编码器输出的脉冲信号个数进行计数，FPGA芯片的系统时钟可以达到100MHz以上(即1s内，计数器从1计数到100000000)，即每计数一次其精度可以达到10ns以下，因此该计数器方案的计时误差较小，在计算其速度上面精度比较准确。

在一些实施例中，通过计算每秒光电编码器输出脉冲的个数就能反应当前电动机的转速，但当物体运动速度较快时，则这1s的统计时间内，传送带前进的距离较大，即这一段距离传送带上的物体的采集图像，由于其运动速度太快没有采集到而出现失真；同时，当物体运动速度实时变化，即使1s后统计得到的速度也不是当前物体的运动速度，按照这个速度进行校正后的图像采集频率也不是与当前物体运动速度匹配的，图像依旧可能失真。因此，为了减少延时以及针对变速运动的物体，可以选择使用高低电平占空比固定的光电编码器，即每次输出的编码器的脉冲信号的高电平和低电平占光栅盘旋转一周的整个周期T的比例固定，从而可以只统计高电平或者低电平的个数就可以推导出上述时间T，得到其瞬时频率f₁。

例如，1s内，光电编码器输出脉冲的个数为10(默认从低电平开始，则T1，T2，T3.....T10分别发起一次高电平)，假设占空比为50％，则用相机的系统时钟分别在低电平跳向高电平的上升沿进行计数器复位，然后对高电平进行计数直到电平变低时停止。假设T1时刻的高电平个数cnt_h为5，相机的系统时钟频率为100M，则意味着T1～T2的整个周期的计数器值cnt应该为5/50％＝10，所消耗的时间T为(1/100M)*10＝100ns，单位时间内的次数即频率，即其瞬时频率f₁＝1/100ns。

因此，使用占空比固定的编码器，可以减少统计周期T所需要的时长，即减少延时。并且，可以得到每个时间点的运动物体的瞬时速度，即使是物体变速运动的情况，也可以实时响应调整相机的图像采集频率，即采用本申请实施例提供的技术方案更新相机的图像采集频率的实时性也得到了提高。

另外，在使用过程中可能会出现物体突然运动停止的情况，参见图6中T₃，一直等不到下一次的低电平到高电平的跳变，则计数器一直计数，直到物体重新开始运动产生新的电平信号，那么这一段停止时间也会被误认为是这个周期时间，造成计算错误。

因此，在一些实施例中，根据f＝K*f₁，当K大于1时，需要增加频率，反之则需要降低频率，为了减少计算K的误差，可以精确到小数点，但由于相机的FPGA所采用的数据都是整数，因此，需要将K的小数转换成最简分数即K＝m/n，其中，m、n为最简分数的分子和分母；则f＝K*f₁＝m*f₁/n，即先将f₁进行倍频处理，再对得到的频率进行分频处理得到f。

例如，1s内，光电编码器输出脉冲的个数为10(默认从低电平开始，则T₁，T₂，T₃.....T₁₀分别发起一次高电平)，假设占空比为50％、T₁时刻的高电平个数cnt_h为5、相机的系统时钟频率为100M，则f的周期时间T′＝1/f＝n/(m*f1)＝n*T/m＝n*(1/100M*cnt_h/50％)/m＝(cnt_h/m)*(2*n)*(1/100M)，用另一个计数器分别从高电平到低电平开始复位计数，则当计数器记到cnt_h/m时，相机产生一次倍频信号，这个过程实现了对f₁倍频处理，得到倍频后的图像采集频率f₁₁，然后，每隔2*n个高电平重新输出一次分频信号，即对f₁₁实现分频处理一次，再重复分频处理(n-1)次后得到最终的图像采集频率f，即在倍频后共分频处理n次，每次按照1/n进行分频，得到最终的图像采集频率f。

假设K＝1.25，即m＝5，n＝4，若按整数型运算f＝10/4*5＝10；若m＝15，n＝12，也满足K＝1.25，但是f＝10/12*15＝0.8333*15，由于0.8333整数部分为0，因此取整计算f，得到f＝0，可见这种计算方式出现了很大的误差。因此，本申请实施例中采用最简分数的方法进行分倍频处理，可以保证分频计算误差与倍频计算误差保持一致，从而消除最终得到的图像采集频率f的误差。

在一些实施例中，上述步骤S201中所述的二值化处理，参见图7，例如具体包括：

步骤S301、采集黑白分明的标定物图像(例如白底黑圆或者黑底白圆)；

步骤S302、对所述标定物图像进行中值滤波；

步骤S303、选取最佳阈值。

以采集到的图像是由白色背景和一个黑色的圆或者椭圆形目标前景所组成的图像为参考图像，其图像灰度值分布比较有规律。参见图8，横坐标代表0～255的图像灰度值，纵坐标代表每个灰度值统计的像素个数，可知该图像像素灰度值主要落在背景区域和目标区域上，呈现双峰波谷的现象，因此对所述中值滤波后的图像采用双峰法，选取双峰之间波谷的灰度值T作为最佳阈值来区分背景区域和目标区域。

步骤S304、对中值滤波后的图像进行二值化。将所述中值滤波后的图像中的每个像素的灰度值Gray(x,y)，与最佳阈值T进行比较，得出二值化图像结果：

其中，f(x,y)表示二值化图像结果；x、y为像素点的横、纵坐标；Gray(x,y)表示坐标(x，y)处像素点的灰度值；T表示最佳阈值。

在一些实施例中，上述步骤S202中所述的形态学闭操作，参见图9，例如具体包括：

步骤S401、选择结构元素。

结构元素作为基本运算单位，其选择是否合适，将会直接影响形态学闭操作的结果，导致后续边缘提取产生误差，因此在构造所述结构元素时：

首先，确定结构元素为对称矩阵，保证图像不发生偏移情况；

其次，确定选择结构元素的形状，不同形状会产生不同的运算结果导致图像效果不同。为了使目标圆内部填充并对图像去噪，最后是为了得到圆的边缘，故不能影响圆的形状，而圆盘形结构单元的优势在于各向同性，在圆的边缘处理进行与方向无关的运算，边缘点的处理结果是一致的；

最后，确定结构元素的尺寸，若结构元素尺寸太小，则闭运算不能完成圆内部的空隙填充。反之，可能会造成图像目标区域和干扰区域的黏连，造成更大的干扰，并且在硬件实现过程中会造成缓存过多、资源浪费的现象。

为了节省硬件资源，例如可以使用3*3的圆盘变形的正方形作为结构元素，其矩阵形式为：

步骤S402、对二值化图像中的高亮部分(即圆形标定物区域)进行膨胀操作，膨胀操作后的图像拥有比原图更大的高亮区域，操作的时候表现为相邻区域用像素值极大值代替，高亮区域增加。采用膨胀算法对3*3的结构元素单元与二值化图像按照从上到下、从左到右的顺序依次进行“或”操作：

若3*3窗口内的计算结果(即“或”操作的计算结果)都为0，则该像素点的最终结果为0，反之，则输出结果为1，从而填补了目标亮圆中的黑色细小的空洞，同时其图像结果中目标圆的边缘会呈现加粗现象；

步骤S403、对膨胀后的图像进行腐蚀操作，将图像中的高亮部分腐蚀掉，腐蚀后的图像拥有比原图更小的高亮区域；操作的时候表现为相邻区域用像素值极小值代替，高亮区域减少。先按照结构元素单元形成一个3*3的滤波窗口，对滤波窗口内的9个像素点数据依次进行“或”操作：若滤波窗口中目标物的数据均为1，则该像素点的结果为1，反之，若有一个为0，则输出结果为0。

此过程可以消除一些细小孤立噪声，同时可以使得膨胀结果导致的边缘加粗情况恢复到原始情况。

为了验证相机行频校正效果，使物体以不同速度运动，并采集不同速度下的11张图像，并分别得到行频自动调整系数k为8.0713、4.1059、2.7213、2.0419、1.6532、1.3722、1.1653、1.0338、0.9227、0.8174、0.7479，并分别利用k校正相机的采集频率，利用校正后的行频采集同样运动速度物体的图像，即图号为1～11的11张图像(同一图号对应的物体运动速度相同)，并测量这11张图像中圆形的横轴长和纵轴长，计算相机行频校正前后所采集到的图像的水平方向和垂直方向轴长的比例关系，参见图10，得出测试样本圆比例校正后接近1的结果，说明采集行频已自动匹配，本方法具有可执行性。

参见图11，本申请实施例提供的一种图像采集方法，包括：

S501、当物体运动速度发生改变时，采用上述调整相机的图像采集频率的方法调整相机的图像采集频率；

S502、利用调整后的图像采集频率，对所述物体进行图像采集。

参见图12，本申请实施例提供了一种计算装置，所述装置例如是相机本身，也可以是设置在相机中的用于执行上述方法的模块，所述装置包括：

处理器600，用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；

确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；

根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率。

在一些实施例中，所述处理器600根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率，执行下列过程：

获取用于表征所述运动物体的运动速度的信息；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率。

在一些实施例中，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

若通过光电编码器检测所述物体运动的速度，则当所述光电编码器检测到所述物体时，所述光电编码器输出脉冲信号给所述相机；

所述信息为所述脉冲信号；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

通过统计获取到的所述脉冲信号的个数，确定所述物体的运动速度；

将所述物体的运动速度乘以所述形变系数，将得到的乘积作为调整后的所述相机的图像采集频率。

在一些实施例中，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

所述光电编码器输出的脉冲信号是高低电平占空比固定的脉冲信号；

所述统计获取到的所述脉冲信号的个数，具体包括：

通过所述相机中的计数器统计获取到的所述脉冲信号中的高电平或低电平的个数cnt_h；

采用如下公式得到调整后的所述相机的图像采集频率：

cnt＝cnt_h/占空比；

T＝(1/相机的系统时钟频率)*cnt；

f₁＝1/T；

f＝K*f₁；

其中，K＝1/k，k为所述形变系数；所述f表示调整后的所述相机的图像采集频率。

在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述处理器600还执行：

将所述K调整为整数；利用调整为整数后的K计算得到所述f。

在一些实施例中，当所述K为非整数时，所述处理器600还执行下列过程：

采用如下方式更新所述相机的图像采集频率：

将所述K调整为分数，得到K＝m/n；

先对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到倍频值f₁₁＝mf₁；

再利用所述n，对所述f₁₁进行分频处理，得到更新后的所述相机的图像采集频率f＝mf₁/n。

在一些实施例中，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

当所述相机中的计数器计数到cnt_h/m时，对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到所述倍频值f₁₁；

每隔2*n个计数值，对所述f₁₁进行一次分频处理，每次分频1/n，共分频n次。

在一些实施例中，采集所述图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

对所述图像进行二值化处理，得到二值化图像。

在一些实施例中，得到所述二值化图像之后，确定所述多个边缘坐标之前，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

对所述二值化图像进行形态学闭操作。

在一些实施例中，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，确定所述多个边缘坐标，执行下列过程：

通过连通域算法，确定所述图像上的最大连通域；

确定所述最大连通域的多个边缘坐标。

在一些实施例中，所述处理器600还用于读取存储器620中的程序，执行：

所述标定物为圆形标定物，所述多个边缘坐标包括所述圆形标定物的上下左右四个边缘切点的坐标；

所述形变系数为所述圆形标定物的经过圆心的横轴与经过圆心的纵轴的比值。

在一些实施例中，处理器600，还用于读取存储器620中的程序，执行下列过程：

当物体运动速度发生改变时，再次执行上述调整相机的图像采集频率的方法以调整相机的图像采集频率，使得所述相机利用调整后的图像采集频率，对所述物体进行图像采集。

在一些实施例中，本申请实施例提供的装置还包括收发机610，用于在处理器600的控制下接收和发送数据。

其中，在图12中，总线架构可以包括任意数量的互联的总线和桥，具体由处理器600代表的一个或多个处理器和存储器620代表的存储器的各种电路链接在一起。总线架构还可以将诸如外围设备、稳压器和功率管理电路等之类的各种其他电路链接在一起，这些都是本领域所公知的，因此，本文不再对其进行进一步描述。总线接口提供接口。收发机610可以是多个元件，即包括发送机和接收机，提供用于在传输介质上与各种其他装置通信的单元。

在一些实施例中，本申请实施例提供的图像处理装置还包括用户接口630，用户接口630可以是能够外接内接需要设备的接口，连接的设备包括但不限于小键盘、显示器、扬声器、麦克风、操纵杆等。

处理器600负责管理总线架构和通常的处理，存储器620可以存储处理器600在执行操作时所使用的数据。

在一些实施例中，处理器600可以是CPU(中央处埋器)、ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field－Programmable GateArray，现场可编程门阵列)或CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)。

本申请实施例提供的计算设备，可以为相机本身，也可以具体为桌面计算机、便携式计算机、智能手机、平板电脑、个人数字助理(Personal Digital Assistant，PDA)等。该计算设备可以包括中央处理器(Center Processing Unit，CPU)、存储器、输入/输出设备等，输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏等，输出设备可以包括显示设备，如液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)、阴极射线管(Cathode Ray Tube，CRT)等。

存储器可以包括只读存储器(ROM)和随机存取存储器(RAM)，并向处理器提供存储器中存储的程序指令和数据。在本申请实施例中，存储器可以用于存储本申请实施例提供的任一所述方法的程序。

处理器通过调用存储器存储的程序指令，处理器用于按照获得的程序指令执行本申请实施例提供的任一所述方法。

本申请实施例还提供了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行上述实施例中的任一所述方法。所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质，用于储存为上述本申请实施例提供的装置所用的计算机程序指令，其包含用于执行上述本申请实施例提供的任一方法的程序。所述计算机可读存储介质，可以是非暂时性计算机可读介质。

所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种调整相机的图像采集频率的方法，其特征在于，所述方法包括：

通过所述相机采集预先设置的与运动物体同速运动的标定物的图像；

确定所述图像中的标定物的多个边缘坐标，并根据所述多个边缘坐标确定所述图像中所述标定物的形变系数；

根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述形变系数调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

获取用于表征所述运动物体的运动速度的信息；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，若通过光电编码器检测所述物体运动的速度，则当所述光电编码器检测到所述物体时，所述光电编码器输出脉冲信号给所述相机；

所述信息为所述脉冲信号；

利用所述信息以及所述形变系数，调整所述相机的图像采集频率，具体包括：

通过统计获取到的所述脉冲信号的个数，确定所述物体的运动速度；

将所述物体的运动速度乘以所述形变系数，将得到的乘积作为调整后的所述相机的图像采集频率。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述光电编码器输出的脉冲信号是高低电平占空比固定的脉冲信号；

所述统计获取到的所述脉冲信号的个数，具体包括：

通过所述相机中的计数器统计获取到的所述脉冲信号中的高电平或低电平的个数cnt_h；

采用如下公式得到调整后的所述相机的图像采集频率：

cnt＝cnt_h/占空比；

T＝(1/相机的系统时钟频率)*cnt；

f₁＝1/T；

f＝K*f₁；

其中，K＝1/k，k为所述形变系数；所述f表示调整后的所述相机的图像采集频率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，当所述K为非整数时，所述方法还包括：

采用如下方式更新所述相机的图像采集频率：

将所述K调整为分数，得到K＝m/n；

先对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到倍频值f₁₁＝mf₁；

再利用所述n，对所述f₁₁进行分频处理，得到更新后的所述相机的图像采集频率f＝mf₁/n。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，当所述相机中的计数器计数到cnt_h/m时，对所述f₁按m倍进行倍频处理，得到所述倍频值f₁₁；

每隔2*n个计数值，对所述f₁₁进行一次分频处理，每次分频1/n，共分频n次。

7.一种图像采集方法，其特征在于，所述方法包括：

当物体运动速度发生改变时，采用权利要求1所述方法调整相机的图像采集频率；

利用调整后的图像采集频率，对所述物体进行图像采集。

8.一种计算装置，其特征在于，包括：

存储器，用于存储程序指令；

处理器，用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行权利要求1至7任一项所述的方法。

9.一种用于计算机的计算机程序产品，其特征在于，包括软件代码部分，当所述产品在所述计算机上运行时，所述软件代码部分用于执行根据权利要求1至7中任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行权利要求1至7任一项所述的方法。

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