CN1882045A - 提高采集图像质量的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高采集图像质量的方法及装置。用于图像处理领域。在逆反射材料(1)的同侧设置检测光源(2)和相机单元(3)，使逆反射材料(1)处于相机单元(3)光学系统的视场内，图像采集和处理单元(4)获取相机单元(3)的图像数据并计算处理。由于本发明利用逆反射材料的光回归反射特性来提高所获取图像中被测目标与环境的亮度差，间接降低图像中的噪声，明显提高了图像质量，有利于后续的目标分类、目标定位和目标辨识处理。本发明对动态目标和静态目标的检测均适用，安装容易，适应性强，隐蔽性好，实施成本低。

Description

提高采集图像质量的方法及装置

技术领域

本发明属于图像处理领域，具体涉及在采集图像过程中利用逆反射材料的回归反射特性来提高采集图像质量的方法及装置。

背景技术

随着计算机技术、光学技术、光电技术和微电子技术的飞速发展，基于图像特征信息的目标分类、目标定位和目标辨识技术已经在军事、交通、监控、工业检测、农产品分级及杂质剔除等方面得到了越来越广泛的应用。通常一个典型的图像处理系统包括光源、相机/摄像机、图像采集及数字化系统、图像处理算法及软件、监视器、通讯/输入输出系统等几个部分。

在图像处理系统中，所采集的图像质量的优劣是整个系统成败的基础和关键所在。为了提高图像质量，使用的方法主要是采用(光照均匀性、稳定性、光照强度、使用寿命等方面)更好的光源，采用性能更佳的相机和与之配套的镜头，有的借助于计算机硬件及软件技术，进行诸如滤波、傅立叶变换等，去除图像中噪声干扰。

与本发明最接近的现有技术是借助镜面反射材料的光镜面反射特性来提高图像质量，如摩托罗拉公司专利《用于对物体进行视觉检测的装置》(专利申请号：99107911.6，授权公告号：CN1127758C)，而在该专利中如使用本发明可以更经济方便的得到半导体器件的轮廓。

镜面反射以镜面反射角的方向定向反射光，理想的镜面能够反射全部的入射光，但由于以下原因，使得光镜面反射特性的应用受到限制：1、镜面反射不稳定，当光源、镜面和相机镜头之间一个小角度的改变就可能导致相机镜头得不到预先设计好的反射光，因而对光源、镜面反射物和相机之间的安装位置和工作条件要求苛刻；2、一般的镜面反射物是表面平整光滑的刚性材料，无法张贴或涂抹，对工作现场适应性差，且镜面反射物需要被设计成包含标记，符号，图案等特定信息时加工困难；3、镜面反射物对环境光的反射难以控制，易被发现，隐蔽性差；4、实际使用镜面反射特性时，为取得良好效果，一般对光源要求是平行光光源，导致系统成本增加。为此，本发明人开发了一种利用逆反射材料的光回归反射特性来提高采集图像质量的方法及装置。

发明内容

1、要解决的技术问题

本发明的目的在于提供一种安装容易，适应性强，隐蔽性好，实施成本低，基于图像处理的需要而提高采集图像质量的方法及装置。

2、技术方案

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：提出一种提高采集图像质量的方法，包括如下步骤：

a、在逆反射材料(1)的同一侧设置用来提供光线的检测光源(2)和用来摄取图像的相机单元(3)；

b、使逆反射材料(1)处于相机单元(3)的光学系统的视场内，检测光源(2)照射逆反射材料(1)，检测光源(2)发出的光线处于逆反射材料(1)的有效入射角内，相机单元(3)的镜头处于对应的有效观测角内以得到来自逆反射材料(1)的回归反射光；

c、图像采集和处理单元(4)获取来自相机单元(3)的图像数据并进行计算处理，根据从相机单元(3)获取到的图像中，逆反射材料(1)的图像亮度与周边环境图像亮度差足够大或大于设定的阀值，来调整相机单元(3)、检测光源(2)、逆反射材料(1)之间的合适的设计安装位置；

d、当被检测目标(5)处于相机单元(3)的光学系统的视场内并位于逆反射材料(1)和检测光源(2)之间，遮挡了逆反射材料(1)对检测光源(2)的回归反射光，则通过相机单元(3)获取的图像显现被测目标明显的特征；或设置被检测目标(5)于逆反射材料(1)的另一侧，并建立起检测目标(5)与逆反射材料(1)的位置/特征对应关系，在逆反射材料(1)的同一侧设置遮光物(6)，当遮光物(6)与逆反射材料(1)有相对移动而暴露出逆反射材料(1)时，则通过相机单元(3)获取的图像间接显现被测目标明显的特征。

本发明的目的还可以通过采用以下技术方案来进一步实现：根据上述一种提高采集图像质量的方法，设计制造一种提高采集图像质量的装置，至少包括提供光线的检测光源(2)，用来摄取图像的相机单元(3)，具备计算机功能的图像采集和处理单元(4)，相机单元(3)与图像采集和处理单元(4)连接通讯以传输图像及其它信息，还包括具有光回归反射特性的逆反射材料(1)。

为在暗环境下使用本发明或为提高应用本发明所构成的图像处理系统的可靠性，检测光源(2)可采用红外光源或近红外光源，相机单元(3)则相应使用与检测光源(2)相配合的相机及镜头。检测光源(2)可以是一个或多个光源。

3、有益效果

同现有技术比较，由于本发明可以使用柔性的逆反射材料，容易制成各种形状并附着于各种介质上，容易加工成包含标记，符号，图案或其它信息，因此容易适应于各种工作环境，隐蔽性也好；光回归反射特性使得光源发出的光大部分被反射回光源附近，光源能量利用率高，可以不使用平行光光源，成本降低；逆反射材料在较宽的入射角和观测角条件下，能将投射过来的光定向反射回光源方向，因此确定光源和相机的设计安装位置容易；因回归反射光的补偿而在相机获取的图像中，被测目标部分与环境的亮度差明显，间接降低了图像中的噪声，从而达到了提高图像质量的目的，采集到的图像中显现被测目标明显的特征(点，轮廓，形状、位置等)，有利于后续的目标分类、目标定位和目标辨识处理。

附图说明

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但本发明不限于附图所示。

图1为本发明第一个实施例，用于目标自动定位；

图2为本发明第二个实施例，用于视频自动监控；

具体实施方式

如图1为本发明的第一个实施例：

在逆反射材料(1)的同一侧设置用来提供光线的检测光源(2)和用来摄取图像的相机单元(3)；使逆反射材料(1)处于相机单元(3)的光学系统的视场内，检测光源(2)照射逆反射材料(1)，检测光源(2)发出的光线处于逆反射材料(1)的有效入射角内，相机单元(3)的镜头处于对应的有效观测角内以得到来自逆反射材料(1)的回归反射光；图像采集和处理单元(4)获取来自相机单元(3)的图像数据并进行计算处理，根据从相机单元(3)获取到的图像中，逆反射材料(1)的图像亮度与周边环境图像亮度差足够大或大于设定的阀值，来调整相机单元(3)、检测光源(2)、逆反射材料(1)之间的合适的设计安装位置；设置被检测目标(5)于逆反射材料(1)的另一侧，并建立起检测目标(5)与逆反射材料(1)的位置/特征对应关系，在逆反射材料(1)的同一侧设置遮光物(6)，当遮光物(6)与逆反射材料(1)有相对移动而暴露出逆反射材料(1)时，则通过相机单元(3)获取的图像间接显现被检测目标(5)明显的特征。

检测光源(2)为峰值发光波长为0.85微米左右的4个LED灯的组成的红外光源，围绕相机单元(3)的镜头等间距排列，与检测光源(2)相配合的相机单元(3)包括CMOS相机及镜头和去除可见光的滤光片，相机中的CMOS图像传感器的光谱响应特性曲线在0.85微米处其相对光谱灵敏度大于20％；逆反射材料(1)使用1厘米宽的双面反光带并捆扎住被检测目标(5)的某特定位置，从而建立起逆反射材料(1)与被检测目标(5)特定位置对应关系，在被检测目标(5)上覆盖遮光物(6)，同时也覆盖了反光带，逐步移去遮光物(6)，内置ARM单片机的图像采集和处理单元(4)不断的采集来自相机单元(3)的图像数据并计算，当反光带暴露出来时，因图像中反光带部分与周边部分亮度差明显，根据设定的亮度阀值，图像二值化后很容易计算出反光带已出现，从而间接获知被检测目标(5)的特定位置已经显现。

如图2为本发明的第二个实施例：

在逆反射材料(1)的同一侧设置用来提供光线的检测光源(2)和用来摄取图像的相机单元(3)；使逆反射材料(1)处于相机单元(3)的光学系统的视场内，检测光源(2)照射逆反射材料(1)，检测光源(2)发出的光线处于逆反射材料(1)的有效入射角内，相机单元(3)的镜头处于对应的有效观测角内以得到来自逆反射材料(1)的回归反射光；图像采集和处理单元(4)获取来自相机单元(3)的图像数据并进行计算处理，根据从相机单元(3)获取到的图像中，逆反射材料(1)的图像亮度与周边环境图像亮度差足够大或大于设定的阀值，来调整相机单元(3)、检测光源(2)、逆反射材料(1)之间的合适的设计安装位置；当被检测目标(5)处于相机单元(3)的光学系统的视场内并位于逆反射材料(1)和检测光源(2)之间，遮挡了逆反射材料(1)对检测光源(2)的回归反射光，则通过相机单元(3)获取的图像显现被检测目标(5)明显的特征。

检测光源(2)为峰值发光波长为0.95微米左右的LED阵列构成的红外光源，相配合的相机单元(3)包括CCD智能相机及镜头，相机中的CCD图像传感器的光谱响应特性曲线在0.95微米处其相对光谱灵敏度大于50％；逆反射材料(1)采用反光标线漆，按网格状涂抹于建筑物外墙上，光敏电阻测量环境光的强度，通过电路控制检测光源(2)在暗环境下开启，由PC机构成的图像采集和处理单元(4)不断的采集来自相机单元(3)的图像数据并计算，当在暗环境中有人经过建筑物外墙时，遮挡了逆反射材料(1)对检测光源(2)的回归反射光，则通过相机单元(3)获取的图像显现人明显的轮廓特征。

这是本发明在监控系统中的应用。一般条件下，标称功率30W的红外光源照射距离约10米远，监控距离与光源的照射距离相当，应用本发明由于回归反射光的补偿则可使监控距离扩大数倍，选用的逆反射材料的逆反射系数越大，可监控的距离愈远。

本发明的工作原理：

光源在物理学上指能发出一定波长范围的电磁波(包括可见光与紫外线、红外线和X光线等不可见光)的物体。光就是电磁辐射，可见光的电磁波的波长范围约在红光的0.77微米到紫光的0.39微米之间。波长在0.77微米以上到1000微米左右的电磁波称为“红外光”或“红外线”。在0.39微米以下到0.04微米左右的称“紫外线”。波长在0.77～3微米为近红外区；3～30微米为中红外区；30～1000微米为远红外区。红外线和紫外线不能引起人的视觉，但可以用光学仪器或摄影方法去量度和探测这种发光体的存在。

摄影所使用的主要工具是照相机或摄像机，在图像处理领域中称为相机，相机实际上是一个光电转换装置，即将图像传感器所接受到的光学图像，转化为计算机所能处理的电信号；光电转换器件是构成相机的核心器件。目前典型的光电转换器件为真空摄像管、CCD、CMOS图像传感器。一般在使用时，由相机和配套的镜头构成光学系统，有些镜头还包括滤光层，如滤光镜/片/膜等，光学系统能够清晰成像的物空间范围，称为视场。

回归反射是一种光学现象，逆反射材料是利用玻璃微珠(球)或棱锥在一定条件下对入射光线进行内全反射这一特性而制成，当一束光线投射到逆反射材料上，反射光线能按投射方向在很小的锥角内返回到入射方向，而且在投射光线方向有较大变化范围变化时，它仍能保持这个特性；逆反射材料能反射的光线的入射角越大，则有效入射角越大，在某一入射角下，能观测到回归反射现象的观测角越大，则有效观测角越大。因此，在光源附近能醒目地见到逆反射材料以及所构成的图案，特别是在暗环境中，在同样光照条件下，逆反射材料比相邻部分在相机采集的图像中亮度明显高。

逆反射材料是一种新型材料，其构成元件是微棱镜或玻璃珠，微棱镜也有称为微角锥棱镜阵列或棱锥，玻璃珠也有称为玻璃微珠或微珠。逆反射材料的名称可以是反光布、反光膜、反光热贴、反光晶格、反光带、反光油墨、反光标线漆、反光涂料、反光革、反光织带、反光松紧带、反光丝织物等。反光膜在我国道路交通安全应用较多，本发明相关术语的定义见国标GB/T 18833-2002《公路交通标志反光膜》。

由于光回归反射光路在理论上计算复杂而繁琐，因此，在本发明中，根据从相机获取到的图像中，逆反射材料的图像亮度与周边环境图像亮度差足够大或大于设定的阀值，来确定相机、检测光源、逆反射材料之间最合适的空间相对位置，是简单而又方便可靠的方法。

在采集图像过程中利用逆反射材料的光回归反射特性，采集到的图像可显著提高被测目标部分与环境的亮度差，间接降低了图像中的噪声，从而达到了提高图像质量的目的。

Claims (8)

1、一种提高采集图像质量的方法，其特征是，包括如下步骤：

a、在逆反射材料(1)的同一侧设置用来提供光线的检测光源(2)和用来摄取图像的相机单元(3)；

b、使逆反射材料(1)处于相机单元(3)的光学系统的视场内，检测光源(2)照射逆反射材料(1)，检测光源(2)发出的光线处于逆反射材料(1)的有效入射角内，相机单元(3)的镜头处于对应的有效观测角内以得到来自逆反射材料(1)的回归反射光；

c、图像采集和处理单元(4)获取来自相机单元(3)的图像数据并进行计算处理，根据从相机单元(3)获取到的图像中，逆反射材料(1)的图像亮度与周边环境图像亮度差足够大或大于设定的阀值，来调整相机单元(3)、检测光源(2)、逆反射材料(1)之间的合适的设计安装位置；

d、当被检测目标(5)处于相机单元(3)的光学系统的视场内并位于逆反射材料(1)和检测光源(2)之间，遮挡了逆反射材料(1)对检测光源(2)的回归反射光，则通过相机单元(3)获取的图像显现被检测目标(5)明显的特征；或设置被检测目标(5)于逆反射材料(1)的另一侧，并建立起检测目标(5)与逆反射材料(1)的位置/特征对应关系，在逆反射材料(1)的同一侧设置遮光物(6)，当遮光物(6)与逆反射材料(1)有相对移动而暴露出逆反射材料(1)时，则通过相机单元(3)获取的图像间接显现被检测目标(5)明显的特征。

2、一种用来实现权利要求1所述的方法的装置，至少包括提供光线的检测光源(2)，用来摄取图像的相机单元(3)，具备计算机功能的图像采集和处理单元(4)，相机单元(3)与图像采集和处理单元(4)连接通讯以传输图像及其它信息，其特征是：还包括具有光回归反射特性的逆反射材料(1)。

3、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的方法及装置，其特征是：相机单元(3)包括的相机其光电转换器件为CCD或CMOS图像传感器。

4、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的方法及装置，其特征是：检测光源(2)采用红外光源，相机单元(3)则采用与检测光源(2)相配合的相机及镜头。

5、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的装置和方法，其特征是：检测光源(2)采用近红外光源，相机单元(3)则采用与检测光源(2)相配合的相机及镜头。

6、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的方法及装置，其特征是：逆反射材料(1)被设计成包含标记，符号，图案或其它信息。

7、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的装置和方法，其特征是：构成逆反射材料(1)主要元件是微棱镜或玻璃珠，逆反射材料(1)的最大逆反射系数至少大于1。

8、如权力要求1或2所述的提高采集图像质量的装置和方法，其特征是：相机单元(3)与图像采集和处理单元(4)的通讯连接是无线的或有线的。