CN117237230B - 激光线及标志点识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种激光线及标志点识别方法及系统，该方法包括：图像获取模块获取目标图像中的第一像素点组并发送给图像预处理模块，发送第一像素点组后获取第二像素点组；图像预处理模块对第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组并发送至标志点前置处理模块，得到第二预处理像素点组并发送至激光线前置处理模块，发送第二预处理像素点组后接收并处理第二像素点组；标志点前置处理模块处理第一预处理像素点组并将处理后的数据发送给后端处理器模块，激光线前置处理模处理第二预处理像素点组并将处理后的数据发送给后端处理器模块；后端处理器模块根据处理后的数据，得到目标图像的标志点及激光线。提高激光线及标志点的识别精度和速度。
Description
技术领域
本申请涉及三维视觉扫描领域，具体而言，涉及一种激光线及标志点识别方法及系统。
背景技术
在三维视觉扫描领域，常用识别激光线及标志点的方法进行三维信息的扫描，其中激光线及标志点识别的精度及速度是扫描过程中涉及的重要参数。
目前，采用中央处理器（Central Processing Unit，简称CPU）在图像获取之后，先后进行激光线及标志点的识别的方式实现三维信息扫描，存在识别速度慢及识别精度低的弊端。
通过CPU图像获取、激光线识别以及标志点识别的三个先后步骤，存在耗时长、识别速度慢的弊端；且激光线与标志点的识别互相存在影响，标志点对激光线的识别存在影响，激光线对标志点的识别也存在影响，导致最终激光线及标志点的识别精度较低。因此，如何提高激光线及标志点识别的精度及速度是亟需解决的问题。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种激光线及标志点识别方法及系统，以解决现有技术中激光线及标志点的识别速度慢及识别精度低的实际需要的问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供一种激光线及标志点识别方法，应用于激光线及标志点识别系统，所述激光线及标志点识别系统包括：传感器模块、前端现场可编程门阵列模块以及后端处理器模块，其中，所述前端现场可编程门阵列模块包括并行的图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块；所述方法包括：
所述图像获取模块从所述传感器模块获取目标图像中的第一像素点组并将所述第一像素点组发送给所述图像预处理模块，并在发送所述第一像素点组之后获取所述第一像素点组之后的第二像素点组；
所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，将所述第一预处理像素点组发送至所述标志点前置处理模块，将所述第二预处理像素点组发送至所述激光线前置处理模块，并在发送所述第二预处理像素点组后接收并处理所述第二像素点组，其中，所述第一预处理像素点组包括标志点的信息，所述第二预处理像素点组包括激光线的信息；
所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块；
所述后端处理器模块根据所述标志点前置处理后的数据以及所述激光线前置处理后的数据，得到所述目标图像中的标志点及激光线。
作为一种可选的实现方式，所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理，将所述标志点前置处理后的数据发送至所述后端处理器模块，并在发送所述标志点前置处理后的数据之后接收并处理所述图像预处理模块发送的第一预处理像素点组之后的预处理像素点组；
作为一种可选的实现方式，所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理，将所述激光线前置处理后的数据发送至所述后端处理器模块，并在发送所述激光线前置处理后的数据之后接收并处理所述图像预处理模块发送的第二预处理像素点组之后的预处理像素点组；
作为一种可选的实现方式，所述后端处理器模块根据标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据，得到所述目标图像中的标志点及激光线，包括：
所述后端处理器模块分别在接收到所述目标图像对应的所有的标志点前置处理后的数据以及所有的激光线前置处理后的数据之后，基于标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据进行后端图像处理，得到所述目标图像中的标志点及激光线。
作为一种可选的实现方式，所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，包括：
所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行二值化处理，得到第一二值图像；
所述图像预处理模块对所述第一二值图像进行腐蚀操作，得到第二二值图像；
所述图像预处理模块对所述第二二值图像进行膨胀操作，得到第三二值图像；
所述图像预处理模块根据所述第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组。
作为一种可选的实现方式，所述图像预处理模块根据所述第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，包括：
所述图像预处理模块对所述第三二值图像以及所述第一像素点组进行乘法操作，得到所述第一预处理像素点组，所述第一预处理像素点组所形成的图像为滤除激光线后的包含标志点的灰度图像；
所述图像预处理模块对所述第一预处理像素点组以及所述第一像素点组进行减法操作，得到所述第二预处理像素点组，所述第二预处理像素点组所形成的图像为滤除标志点后的包含激光线的灰度图像。
作为一种可选的实现方式，所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述标志点前置处理模块确定所述第一预处理像素点组中每个像素点的灰度值的梯度值；
所述标志点前置处理模块根据梯度阈值以及所述梯度值，对所述第一预处理像素点组进行滤除操作，得到标志点前置处理后的数据并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块。
作为一种可选的实现方式，所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标；
所述激光线前置处理模块根据激光线的灰度值分布规律信息，对所述第二预处理像素点组进行滤除操作，得到激光线前置处理后的数据并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块。
作为一种可选的实现方式，所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标，包括：
所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行高斯滤波；
所述激光线前置处理模块确定高斯滤波后的所述第二预处理像素点组中各像素点的偏导数；
根据所述偏导数，所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标。
第二方面，本申请实施例提供一种激光线及标志点识别系统，所述激光线及标志点识别系统包括：传感器模块、前端现场可编程门阵列模块以及后端处理器模块，其中，所述前端现场可编程门阵列模块包括并行的图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块；
所述激光线及标志点识别系统中的各模块分别用于执行上述第一方面所述的激光线及标志点识别方法中对应的方法步骤。
第三方面，本申请实施例提供一种前端现场可编程门阵列装置，所述现场可编程门阵列装置包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当前端FPGA装置运行时，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如上述第一方面所述的激光线及标志点识别方法中前端现场可编程门阵列模块对应的方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如上述第一方面所述的激光线及标志点识别方法中前端现场可编程门阵列模块对应的方法步骤。
本申请的有益效果是：
本申请提供了一种激光线及标志点识别方法及系统，激光线及标志点识别系统中的前端FPGA模块内部多个模块采用流水线设计并行运行，图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块均为流水线设计的一部分。随着目标图像的不断输入，多个模块反复同时对各像素点组进行对应模块的处理，快速实现标志点及激光线的前置处理。将标志点及激光线的前置处理后端数据分别发送至后端处理器模块进行处理，最终得到目标图像的标志点激光线。基于前端FPGA模块的多个模块并行处理，实现标志点激光线的快速识别，提高了识别速度；同时，通过图像预处理模块将图像数据处理为仅包含标志点信息以及仅包含激光线信息的数据，由标志点前置处理模块和激光线前置处理模块分别对这两种数据进行处理，能够实现标志点及激光线的识别互不影响，提高了识别精度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的激光线及标志点识别系统的模块结构图；
图2为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的流程示意图；
图3为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的对第一像素点组进行预处理的流程示意图；
图4为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的流程示意图；
图5为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的标志点前置处理的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的激光线前置处理的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的确定激光线中心坐标的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的前端现场可编程门阵列装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，应当理解，本申请中附图仅起到说明和描述的目的，并不用于限定本申请的保护范围。另外，应当理解，示意性的附图并未按实物比例绘制。本申请中使用的流程图示出了根据本申请的一些实施例实现的操作。应该理解，流程图的操作可以不按顺序实现，没有逻辑的上下文关系的步骤可以反转顺序或者同时实施。此外，本领域技术人员在本申请内容的指引下，可以向流程图添加一个或多个其他操作，也可以从流程图中移除一个或多个操作。
另外，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，本申请实施例中将会用到术语“包括”，用于指出其后所声明的特征的存在，但并不排除增加其它的特征。
目前，通过CPU进行三维信息的扫描时，存在识别速度慢及识别精度低的弊端。CPU需要在图像获取之后，先后进行激光线及标志点的识别，存在耗时长、识别速度慢的弊端；且激光线与标志点的识别互相存在影响，导致最终激光线及标志点的识别精度较低。
本申请实施例基于上述问题，提出一种激光线及标志点识别方法，基于现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）的并行处理的能力，由FPGA中的图像获取模块、图像预处理模块、激光线前置处理模块及标志点前置处理模块以流水线方式进行并行处理，在图像获取后极短时间内便可完成激光线及标志点的识别，提高了激光线及标志点的识别速度；且通过分别滤除图像中的标志点和激光线，以分别识别标志点和激光线，避免了识别过程中标志点识别和激光线识别互相影响的问题，提高了激光线及标志点的识别精度。
图1为本申请实施例提供的激光线及标志点识别系统的模块结构图，如图1所示，激光线及标志点识别系统100包括：传感器模块101、前端FPGA模块102以及后端处理器模块103，其中，前端FPGA模块102包括图像获取模块1021、图像预处理模块1022、标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024。
参照图1，传感器模块101与前端FPGA模块102连接，将传感器模块101采集的图像数据发送至前端FPGA模块102；前端FPGA模块102又与后端处理器模块103连接，将前端FPGA模块102前置处理后的图像数据发送至后端处理器模块103。
前端FPGA模块102内部采用流水线并行设计，图像获取模块1021与传感器模块101连接，接收传感器模块101发送的图像数据，图像获取模块1021又与图像预处理模块1022连接，将获取的图像数据发送至图像预处理模块1022，在图像预处理模块1022对接收到的图像数据进行处理的同时，图像获取模块1021继续从传感器模块101获取图像数据，以实现并行处理；图像预处理模块1022又分别与标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024连接，将预处理后的图像数据分别发送至标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024，在标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024对从图像预处理模块1022接收到的图像数据进行处理的同时，图像预处理模块1022继续对从图像获取模块1021接收到的图像数据进行处理，以实现并行处理。前端FPGA模块102内部多个模块并行运行，均为流水线设计的一部分。随着目标图像的不断输入，多个模块反复同时对部分图像数据进行对应模块的处理，快速实现标志点及激光线的前置处理。
前端FPGA模块102的标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024分别连接后端处理器模块103，分别将标志点前置处理后的图像数据及激光线前置处理后的图像数据发送至后端处理器模块103。实现标志点及激光线的后端处理，从而快速实现标志点及激光线的识别，且标志点及激光线的识别互不影响，提高了标志点及激光线的识别精度。
图2为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的流程示意图，应用于上述图1所示的激光线及标志点识别系统，该方法包括：
S201、图像获取模块从传感器模块获取目标图像中的第一像素点组并将第一像素点组发送给图像预处理模块，并在发送第一像素点组之后获取第一像素点组之后的第二像素点组。
可选的，传感器模块101通过控制信号受前端FPGA模块102中图像获取模块1021的控制，可以根据不同的配置进行不同的图像采集，并将采集到的目标图像发送至图像获取模块1021。
图像获取模块1021通过低速信号控制传感器模块101进行不同配置的图像采集，包括图像分辨率、增益、曝光时间及图像翻转的配置；同时，图像获取模块1021通过高速信号从目标图像中获取以像素点组为单位的图像数据，将第一像素点组发送至图像预处理模块1022；图像获取模块1021作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，在发送第一像素点组之后继续获取第二像素点组。其中，第二像素点组为目标图像中第一像素点组之后的下一个像素点组，第一像素点组及第二像素点组中均包括预设数量的像素点，均为目标图像中的部分图像数据，可以为连续16个像素的组合，本申请对预设数量不作限定。
示例性的，图像获取模块1021通过串行外设接口（Serial PeripheralInterface，简称SPI）读写传感器模块101的寄存器，控制传感器模块101采集不同配置的图像，包括控制图像曝光时间、分辨率和增益；同时，图像获取模块1021通过低电压差分信号（Low-Voltage Differential Signaling）获取当次采集图像的数据，并将图像数据输出至图像预处理模块1022。其中，SPI是一种全双工同步串行通信接口，以串行方式进行通信，实现高速交换信息，即快速配置传感器模块101以采集不同配置的图像；LVDS是一种低功耗、低误码率、低串扰和低辐射的差分信号，采用极低的电压摆幅高速差动传输图像数据。由于电压信号幅度较低，且采用恒流源模式驱动，因此只产生极低的噪声及消耗极小的功率，此外LVDS以差分方式传送数据，也不易受共模噪音的影响。
S202、图像预处理模块对第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，将第一预处理像素点组发送至标志点前置处理模块，将第二预处理像素点组发送至激光线前置处理模块，并在发送第二预处理像素点组后接收并处理第二像素点组，其中，第一预处理像素点组包括标志点的信息，第二预处理像素点组包括激光线的信息。
可选的，图像预处理模块1022接收图像获取模块1021发送的第一像素点组，对第一像素点组的图像进行预处理，分别得到包括标志点信息的第一预处理像素点组以及包括激光线信息的第二预处理像素点组；图像预处理模块1022将包括标志点信息的第一预处理像素点组发送至标志点前置处理模块1023，将包括激光线信息的第二预处理像素点组发送至激光线前置处理模块1024。图像预处理模块1022作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，将第二预处理像素点组发送至激光线前置处理模块1024之后，立即接收并处理图像获取模块1021发送的第二像素点组。
S203、标志点前置处理模块对第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块，激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块。
可选的，参照图1，标志点前置处理模块1023接收图像预处理模块1022发送的包括标志点信息的第一预处理像素点组，对第一预处理像素点组进行标志点前置处理，得到标志点前置处理后的数据，将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块103；激光线前置处理模块1024接收图像预处理模块1022发送的包括激光线信息的第二预处理像素点组，对第二预处理像素点组进行激光线前置处理，得到激光线前置处理后的数据，将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块103。
S204、后端处理器模块根据标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据，得到目标图像中的标志点及激光线。
可选的，后端处理器模块103接收标志点前置处理模块1023发送的标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理模块1024发送的激光线前置处理后的数据，根据标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据分别进行后端处理，分别得到目标图像中的标志点及激光线。实现目标图像的标志点及激光线的识别，且标志点及激光线的识别互不影响。
本实施例中，激光线及标志点识别系统中的前端FPGA模块内部多个模块采用流水线设计并行运行，图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块均为流水线设计的一部分。随着目标图像的不断输入，多个模块反复同时对各像素点组进行对应模块的处理，快速实现标志点及激光线的前置处理。将标志点及激光线的前置处理后端数据分别发送至后端处理器模块进行处理，最终得到目标图像的标志点激光线。基于前端FPGA模块的多个模块并行处理，实现标志点激光线的快速识别，提高了识别速度；同时，通过图像预处理模块将图像数据处理为仅包含标志点信息以及仅包含激光线信息的数据，由标志点前置处理模块和激光线前置处理模块分别对这两种数据进行处理，能够实现标志点及激光线的识别互不影响，提高了识别精度。
作为一种可选的实施方式，标志点前置处理模块对第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块，包括：
标志点前置处理模块对第一预处理像素点组进行标志点前置处理，将标志点前置处理后的数据发送至后端处理器模块，并在发送标志点前置处理后的数据之后接收并处理图像预处理模块发送的第一预处理像素点组之后的预处理像素点组。
可选的，标志点前置处理模块1023对第一预处理像素点组进行标志点前置处理，得到标志点前置处理后的数据，将标志点前置处理后的数据发送至后端处理器模块103；标志点前置处理模块1023作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，在发送标志点前置处理后的数据之后，立即接收并处理图像预处理模块1022发送的第一预处理像素点组之后的预处理像素点组，即对接收到的各预处理像素点组进行标志点前置处理，并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块103后继续进行下一组预处理像素点组的标志点前置处理。
本实施例中，标志点前置处理模块作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，对接收的各预处理像素点组进行标志点前置处理，并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块后继续进行下一组预处理像素点组的标志点前置处理。采用流水线设计，提高了标志点前置处理的效率，且标志点前置处理不受激光线的影响，还提高了标志点前置处理的精度。
作为一种可选的实施方式，激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块，包括：
激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行激光线前置处理，将激光线前置处理后的数据发送至后端处理器模块，并在发送激光线前置处理后的数据之后接收并处理图像预处理模块发送的第二预处理像素点组之后的预处理像素点组。
可选的，激光线前置处理模块1024对第二预处理像素点组进行激光线前置处理，得到激光线前置处理后的数据，将激光线前置处理后的数据发送至后端处理器模块103；激光线前置处理模块1024作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，在发送激光线前置处理后的数据之后，立即接收并处理图像预处理模块1022发送的第二预处理像素点组之后的预处理像素点组，即对接收到的各预处理像素点组进行激光线前置处理，并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块103后继续进行下一组预处理像素点组的激光线前置处理。
本实施例中，激光线前置处理模块作为前端FPGA模块内部流水线设计的一部分，对接收的各预处理像素点组进行激光线前置处理，并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块后继续进行下一组预处理像素点组的激光线前置处理。采用流水线设计，提高了激光线前置处理的效率，且激光线前置处理不受标志点的影响，还提高了激光线前置处理的精度。
作为一种可选的实施方式，后端处理器模块根据标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据，得到目标图像中的标志点及激光线，包括：
后端处理器模块分别在接收到目标图像对应的所有的标志点前置处理后的数据以及所有的激光线前置处理后的数据之后，基于标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据进行后端图像处理，得到目标图像中的标志点及激光线。
可选的，与前端FPGA模块102内部以像素点组为单位进行图像数据不同，后端处理器模块103是以单张图像为单位进行图像数据的处理。后端处理器模块103在接收到目标图像对应的所有标志点前置处理后的数据以及所有的激光线前置处理后的数据之后，分别对标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据进行后端图像处理，滤除杂乱数据，得到目标图像中的标志点及激光线。且前端FPGA模块102及后端处理器模块103之间也采用流水线设计，即前端FPGA模块102在获取第N+1张图像并进行相应处理时，后端处理器模块103在处理第N张图像的数据。
本实施例中，后端处理器模块以单张图像为单位进行图像数据的处理。接收到目标图像对应的所有标志点前置处理后的数据以及所有的激光线前置处理后的数据之后，分别对标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据进行后端图像处理，得到目标图像中的标志点及激光线。基于前端FPGA模块及后端处理器模块之间的流水线设计，提高了各目标图像中标志点及激光线的识别速度，实现图像数据的高效处理。
以下，对图像预处理模块对第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的过程进行说明。
图3为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的对第一像素点组进行预处理的流程示意图，如图3所示，上述步骤S202中对图像预处理模块对第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的步骤，包括：
S301、图像预处理模块对第一像素点组进行二值化处理，得到第一二值图像。
可选的，将接收的第一像素点组作为原始图像Y0，图像预处理模块1022对原始图像Y0进行二值化处理，图像二值化处理是指将灰度图像转换为二进制图像，即将原始图像Y0中每个像素值转换为0或1，得到第一二值化图像Y1。
具体的，图像预处理模块1022采用局部自适应二值化阈值算法对原始图像Y0进行二值化处理，局部自适应二值化阈值算法是根据像素的邻域块的像素值分布来确定该像素位置上的二值化阈值，每个像素位置处的二值化阈值是由其周围邻域像素的分布来决定的，与全局固定阈值不同。根据二值化阈值，对每个像素进行二值化处理，大于局部自适应二值化阈值的像素为1，小于或等于局部自适应二值化阈值的像素为0，得到第一像素点组中每个像素二值化处理后的图像作为第一二值图像Y1。
S302、图像预处理模块对第一二值图像进行腐蚀操作，得到第二二值图像。
可选的，图像预处理模块1022对第一二值图像Y1进行腐蚀操作，采用矩阵对第一二值图像Y1进行1次或多次腐蚀，以去除图像中的细线，即滤除图像中的激光线，且使得图像中的所有对象更加细小，得到第二二值图像Y2。其中，腐蚀次数以及矩阵的行列数可以按照腐蚀效果调整，本申请对此不作限定。示例性的，可以连续2次采用3×3矩阵对第一二值图像Y1进行腐蚀，得到滤除激光线的图像作为第二二值图像Y2。
S303、图像预处理模块对第二二值图像进行膨胀操作，得到第三二值图像。
可选的，图像预处理模块1022对第二二值图像Y2进行膨胀操作，采用矩阵对第二二值图像Y2进行1次或多次膨胀，将腐蚀后变小的标志点区域放大，得到第三二值图像Y3。其中，膨胀次数以及矩阵的行列数可以按照膨胀效果调整，本申请对此不作限定。示例性的，可以连续3次采用3×3矩阵对第二二值图像Y2进行膨胀，得到滤除激光线且放大标志点区域的图像作为第三二值图像Y3，第三二值图像Y3相比于原始图像Y0，图像中标志点区域的特征更加明显。
S304、图像预处理模块根据第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组。
可选的，图像预处理模块1022根据第三二值图像Y3，得到滤除激光线且放大标志点区域的图像，使得图像中标志点区域更加明显，进而分别处理得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，其中，第一预处理像素点组包括标志点的信息，第二预处理像素点组包括激光线的信息。即图像预处理模块1022通过处理区分图像的标志点区域和激光线区域，便于后续分别识别标志点和激光线。
本实施例中，图像预处理模块对第一像素点组的原始图像进行二值化处理，得到第一二值图像；对第一二值图像进行多次腐蚀操作，去除图像中的激光线，得到第二二值图像；对第二二值图像进行多次膨胀操作，将腐蚀后变小的标志点区域放大，得到滤除激光线且放大标志点区域的图像，即得到第三二值图像。图像预处理模块通过图像二值化处理、图像腐蚀处理以及图像膨胀处理，使得图像中标志点区域更加明显，便于后续区分图像中的标志点区域和激光线区域。
以下，对图像预处理模块根据第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的过程进行说明。
图4为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的流程示意图，如图4所示，上述步骤S304中图像预处理模块根据第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组的步骤，包括：
S401、图像预处理模块对第三二值图像以及第一像素点组进行乘法操作，得到第一预处理像素点组，第一预处理像素点组所形成的图像为滤除激光线后的包含标志点的灰度图像。
可选的，图像预处理模块1022将膨胀后的第三二值图像Y3与第一像素点组的原始图像Y0相乘，求第三二值图像Y3与第一像素点组的原始图像Y0的交集，通过掩膜操作实现图像激光线区域的屏蔽。由于第三二值图像Y3为滤除激光线且放大标志点区域的图像，与第一像素点组的原始图像Y0的交集为标志点区域，将得到的滤除激光线区域、只包含标志点区域的灰度图像作为第一预处理像素点组的图像Y4。
S402、图像预处理模块对第一预处理像素点组以及第一像素点组进行减法操作，得到第二预处理像素点组，第二预处理像素点组所形成的图像为滤除标志点后的包含激光线的灰度图像。
可选的，图像预处理模块1022将第一预处理像素点组的图像Y4与第一像素点组的原始图像Y0相减，通过减法操作实现图像标志点区域的屏蔽。由于第一预处理像素点组的图像Y4为滤除激光线区域、只包含标志点区域的灰度图像，与第一像素点组的原始图像Y0相减，将得到的滤除标志点区域、只包含激光线区域的灰度图像作为第二预处理像素点组的图像Y5。
本实施例中，图像预处理模块将第三二值图像与第一像素点组的原始图像相乘，通过掩膜操作实现图像激光线区域的屏蔽，得到滤除激光线区域、只包含标志点区域的灰度图像作为第一预处理像素点组的图像；将第一预处理像素点组的图像与第一像素点组的原始图像Y0相减，通过减法操作实现图像标志点区域的屏蔽，得到滤除标志点区域、只包含激光线区域的灰度图像作为第二预处理像素点组的图像。通过图像乘法操作和图像减法操作，分别得到第一预处理像素点组所形成的图像以及第二预处理像素点组所形成的图像，分别得到图像中的标志点区域和激光线区域。
以下，对标志点前置处理模块对第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块的过程进行说明。
图5为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的标志点前置处理的流程示意图，如图5所示，上述步骤S203中标志点前置处理模块对第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块的步骤，包括：
S501、标志点前置处理模块确定第一预处理像素点组中每个像素点的灰度值的梯度值。
可选的，标志点前置处理模块1023采用索伯算子分别得到第一预处理像素点组的图像Y4中每个像素灰度值在该像素点处水平方向和竖直方向的梯度，根据每个像素灰度值在该像素点处水平方向和竖直方向的梯度，得到每个像素灰度值的梯度值。具体的，可以采用5×5索伯算子计算第一预处理像素点组的图像Y4每个像素点I（x,y）的灰度值在该像素点处水平方向的梯度gx和竖直方向的梯度gy，基于公式得到每个像素灰度值的梯度值。
S502、标志点前置处理模块根据梯度阈值以及梯度值，对第一预处理像素点组进行滤除操作，得到标志点前置处理后的数据并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块。
可选的，标志点前置处理模块1023根据预设的梯度阈值Th以及每个像素灰度值的梯度值G(x,y)，基于公式将第一预处理像素点中灰度值的梯度值G(x,y)小于或等于梯度阈值Th的数据滤除，得到第一预处理像素点中灰度值的梯度值G(x,y)大于梯度阈值Th的数据作为标志点前置处理后的数据，其中，梯度值指示灰度值变化的速率，根据梯度值可以提取图像中的标志点，根据梯度阈值可以对标志点进行筛选；对标志点前置处理后的数据按照处理顺序进行数字编号，并按照编号顺序发送至后端处理器模块103。/>
本实施例中，标志点前置处理模块分别得到第一预处理像素点组的图像中每个像素灰度值在该像素点处水平方向和竖直方向的梯度，根据水平方向和竖直方向的梯度，得到每个像素灰度值的梯度值；根据预设的梯度阈值以及各梯度值，将第一预处理像素点中灰度值的梯度值小于或等于梯度阈值的数据滤除，得到第一预处理像素点中灰度值的梯度值大于梯度阈值的数据作为标志点前置处理后的数据，并将标志点前置处理后的数据发送给后端处理器模块。通过对第一预处理像素点组中的标志点进行筛选处理，并将处理后的数据发送至后端模块，可以减小后端处理器模块的处理数据量，提高标志点识别速度。
以下，对激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块的过程进行说明。
图6为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的激光线前置处理的流程示意图，如图6所示，上述步骤S203中激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块的步骤，包括：
S601、激光线前置处理模块确定第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标。
可选的，激光线前置处理模块1024中包括激光线中心拟合模块和杂线滤除模块，激光线中心拟合模块通过算法得到二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标，并将每个像素点对应的激光线中心坐标发送至杂线滤除模块。具体的确定第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标的过程将在下述实施例中进行详细解释。
S602、激光线前置处理模块根据激光线的灰度值分布规律信息，对第二预处理像素点组进行滤除操作，得到激光线前置处理后的数据并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块。
可选的，激光线前置处理模块1024中的杂线滤除模块根据接收的每个像素点对应的激光线中心坐标以及激光线的灰度值分布规律信息，对第二预处理像素点组进行滤除。具体的，激光线的灰度值分布服从高斯分布，滤除激光线中灰度值分布不服从高斯分布的数据，得到激光线前置处理后的数据并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块104。
本实施例中，激光线前置处理模块中的激光线中心拟合模块通过算法得到二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标，并将每个像素点对应的激光线中心坐标发送至杂线滤除模块；激光线前置处理模块中的杂线滤除模块根据每个像素点对应的激光线中心坐标以及激光线的灰度值分布规律信息，对第二预处理像素点组进行滤除，滤除激光线中灰度值分布不符合高斯分布规律的数据，得到激光线前置处理后的数据并将激光线前置处理后的数据发送给后端处理器模块。通过对第二预处理像素点组中的激光线进行筛选处理，并将处理后的数据发送至后端模块，可以减小后端处理器模块的处理数据量，提高激光线识别速度。
以下，对激光线前置处理模块确定第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标的过程进行说明。
图7为本申请实施例提供的激光线及标志点识别方法的确定激光线中心坐标的流程示意图，如图7所示，上述步骤S601中激光线前置处理模块确定第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标的步骤，包括：
S701、激光线前置处理模块对第二预处理像素点组进行高斯滤波。
可选的，激光线的灰度值分布服从高斯分布，激光线前置处理模块1024中的激光线中心拟合模块通过对第二预处理像素点组进行高斯滤波，将激光线的灰度值分布转化为理想的正态分布。
S702、激光线前置处理模块确定高斯滤波后的第二预处理像素点组中各像素点的偏导数。
可选的，激光线前置处理模块1024得到高斯滤波后的第二预处理像素点组中各像素点的偏导数。具体的，对于第二预处理像素点组中的一像素点I（i,j）基于下述公式得到其偏导数。
S703、根据偏导数，激光线前置处理模块确定第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标。
可选的，根据偏导数构建黑塞（Hessian）矩阵，Hessian矩阵的2个特征值分别为图像灰度函数的二阶导数的极大值和极小值，所对应的2个特征向量为极值所取的方向。若该点处在激光线中心，则极大值所对应的特征向量为激光线在该点的法线，激光线在像素横截面上的灰度分布函数如下述公式所示,则激光线中心坐标为/>。
本实施例中，激光线前置处理模块中的激光线中心拟合模块对第二预处理像素点组进行高斯滤波，得到高斯滤波后的第二预处理像素点组中各像素点的偏导数；根据偏导数构建Hessian矩阵，基于Hessian矩阵得到激光线中心坐标，提高了激光线前置处理的准确度。
本申请实施例还提供了一种激光线及标志点识别系统100，如图1所示，激光线及标志点识别系统100包括：传感器模块101、前端FPGA模块102以及后端处理器模块103，其中，前端现FPGA102模块包括并行的图像获取模块1021、图像预处理模块1022、标志点前置处理模块1023以及激光线前置处理模块1024。
激光线及标志点识别系统100中的各模块分别用于执行上述实施例中激光线及标志点识别方法中对应的方法步骤。具体的，传感器模块101用于执行前述方法实施例中传感器模块101所执行的方法步骤，图像获取模块1021用于执行前述方法实施例中图像获取模块1021所执行的方法步骤、图像预处理模块1022用于执行前述方法实施例中图像预处理模块1022所执行的方法步骤，标志点前置处理模块1023用于执行前述方法实施例中标志点前置处理模块1023所执行的方法步骤、激光线前置处理模块1024用于执行前述方法实施例中激光线前置处理模块1024所执行的方法步骤，后端处理器模块103用于执行前述方法实施例中后端处理器模块103所执行的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种前端FPGA装置80，如图8所示，为本申请实施例提供的前端FPGA装置80的结构示意图，包括处理器81、存储器82和总线83。存储器82存储有处理器81可执行的机器可读指令，当前端FPGA装置80运行时，处理器81执行与存储器82之间通过总线83通信，机器可读指令被处理器81执行时，执行上述实施例中激光线及标志点识别方法中前端FPGA模块对应的方法步骤。
本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行上述实施例中激光线及标志点识别方法中前端FPGA模块对应的方法步骤。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考方法实施例中的对应过程，本申请中不再赘述。在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，RandomAccess Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光线及标志点识别方法，其特征在于，应用于激光线及标志点识别系统，所述激光线及标志点识别系统包括：传感器模块、前端现场可编程门阵列模块以及后端处理器模块，其中，所述前端现场可编程门阵列模块包括并行的图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块；所述方法包括：
所述图像获取模块从所述传感器模块获取目标图像中的第一像素点组并将所述第一像素点组发送给所述图像预处理模块，并在发送所述第一像素点组之后获取所述第一像素点组之后的第二像素点组；
所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，将所述第一预处理像素点组发送至所述标志点前置处理模块，将所述第二预处理像素点组发送至所述激光线前置处理模块，并在发送所述第二预处理像素点组后接收并处理所述第二像素点组，其中，所述第一预处理像素点组包括标志点的信息，所述第二预处理像素点组包括激光线的信息；
所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块；
所述后端处理器模块根据所述标志点前置处理后的数据以及所述激光线前置处理后的数据，得到所述目标图像中的标志点及激光线；
所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行预处理，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，包括：
所述图像预处理模块对所述第一像素点组进行二值化处理，得到第一二值图像；
所述图像预处理模块对所述第一二值图像进行腐蚀操作，得到第二二值图像；
所述图像预处理模块对所述第二二值图像进行膨胀操作，得到第三二值图像；
所述图像预处理模块根据所述第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理，将所述标志点前置处理后的数据发送至所述后端处理器模块，并在发送所述标志点前置处理后的数据之后接收并处理所述图像预处理模块发送的第一预处理像素点组之后的预处理像素点组；
所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理，将所述激光线前置处理后的数据发送至所述后端处理器模块，并在发送所述激光线前置处理后的数据之后接收并处理所述图像预处理模块发送的第二预处理像素点组之后的预处理像素点组；
所述后端处理器模块根据标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据，得到所述目标图像中的标志点及激光线，包括：
所述后端处理器模块分别在接收到所述目标图像对应的所有的标志点前置处理后的数据以及所有的激光线前置处理后的数据之后，基于标志点前置处理后的数据以及激光线前置处理后的数据进行后端图像处理，得到所述目标图像中的标志点及激光线。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述图像预处理模块根据所述第三二值图像，得到第一预处理像素点组及第二预处理像素点组，包括：
所述图像预处理模块对所述第三二值图像以及所述第一像素点组进行乘法操作，得到所述第一预处理像素点组，所述第一预处理像素点组所形成的图像为滤除激光线后的包含标志点的灰度图像；
所述图像预处理模块对所述第一预处理像素点组以及所述第一像素点组进行减法操作，得到所述第二预处理像素点组，所述第二预处理像素点组所形成的图像为滤除标志点后的包含激光线的灰度图像。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标志点前置处理模块对所述第一预处理像素点组进行标志点前置处理并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述标志点前置处理模块确定所述第一预处理像素点组中每个像素点的灰度值的梯度值；
所述标志点前置处理模块根据梯度阈值以及所述梯度值，对所述第一预处理像素点组进行滤除操作，得到标志点前置处理后的数据并将标志点前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行激光线前置处理并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块，包括：
所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标；
所述激光线前置处理模块根据激光线的灰度值分布规律信息，对所述第二预处理像素点组进行滤除操作，得到激光线前置处理后的数据并将激光线前置处理后的数据发送给所述后端处理器模块。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标，包括：
所述激光线前置处理模块对所述第二预处理像素点组进行高斯滤波；
所述激光线前置处理模块确定高斯滤波后的所述第二预处理像素点组中各像素点的偏导数；
根据所述偏导数，所述激光线前置处理模块确定所述第二预处理像素点组中每个像素点对应的激光线中心坐标。
7.一种激光线及标志点识别系统，其特征在于，所述激光线及标志点识别系统包括：传感器模块、前端现场可编程门阵列模块以及后端处理器模块，其中，所述前端现场可编程门阵列模块包括并行的图像获取模块、图像预处理模块、标志点前置处理模块以及激光线前置处理模块；
所述激光线及标志点识别系统中的各模块分别用于执行权利要求1-6任一项所述的激光线及标志点识别方法中对应的方法步骤。
8.一种前端现场可编程门阵列装置，其特征在于，所述现场可编程门阵列装置包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当前端现场可编程门阵列装置运行时，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1至6任一所述的激光线及标志点识别方法中前端现场可编程门阵列模块对应的方法步骤。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1至6任一所述的激光线及标志点识别方法中前端现场可编程门阵列模块对应的方法步骤。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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