CN201440274U - 一种目标检测设备及其使用的图像采集装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种目标检测设备，包括：用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集的包括多个图像采集区域的图像传感器；用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像，并对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的控制单元；所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。本实用新型还提供了一种图像采集装置。实施本实用新型的设备能够在强光下准确地检测目标物，且设备简单，成本低。

Description

一种目标检测设备及其使用的图像采集装置

技术领域

本实用新型涉及目标检测领域，更具体地说，涉及一种目标检测设备及其使用的图像采集装置。

背景技术

典型的成像系统一般由目标检测、目标捕获、目标高精度跟踪和目标识别等功能模块组成。其中，目标检测作为系统中前端的处理环节，是成像系统的一个重要组成部分也是其中的一个关键技术和难点问题。只有及时地检测到场景中的目标，才能保证后继的目标跟踪和识别等一系列处理工作的顺利开展。

由于日光中含各种波段的光，目标检测设备很容易受外界光线特别是太阳光的影响。目标检测设备在室外使用，若待测目标有较强背景光，特别是受太阳光或强光直射，则测量的准确性将受到严重影响。

如何解决强光对目标检测的干扰一直是有待解决的困扰和制约成像设备实用性能的瓶颈问题和技术难点。目前已引起国内外专家的高度重视并围绕这一课题开展了深入广泛的研究。

解决目标检测技术中阳光干扰的现有技术方案主要有以下两种。

第一种是通过加滤波片或加太阳光遮挡器件，滤掉可见光，仅保留所需波段的光信号。中国专利申请号为No.200820052299的专利公开了一种可在室外太阳光下使用的光幕，其包括单片机；所述单片机分别与红外接收头和红外发射头连接，所述红外接收头本体正前面装有遮光器。而中国专利申请号为No.99238839的专利提供了一种抗阳光干扰的红外线探头。它包括壳体、位于壳体顶部的滤光镜片、置于壳体底部的红外发射管和红外接收管及红外管间的隔挡件，包容壳体顶部、底部之间的空腔为台状空腔，台状空腔的顶部横截面积大于底部，台状空腔的侧表面为粗糙表面。

上述方法不能从根本上解决问题，而且滤波会导致灵敏度降低，因此系统需提高发射功率，抵消掉滤光导致的灵敏度下降。此外，系统加滤波片或遮挡器件使系统成本增高，使用不方便。

第二种是对红外解码电路进行信号补偿，来消除外界光源的干扰。美国专利申请号为No.20040056199的专利公开了一种日光下的红外探测系统。该系统用一个模块来检测环境光的存在，并开始进行信号补偿，以尽量减少影响环境光对系统的性能。此种设备较复杂，成本高，不容易实现。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，在强光背景下检测目标物体，针对现有技术的上述设备复杂成本高的缺陷，提供一种目标检测设备及其使用的图像采集装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种目标检测设备，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集的包括多个图像采集区域的图像传感器；

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像，并对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

在本实用新型所述的目标检测设备中，所述控制单元包括依次连接的：

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像的控制模块；

用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像的存储模块；

用于对含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的分析模块。

在本实用新型所述的目标检测设备中，所述图像传感器包含的多个图像采集区域配置成：使得在形成含有明暗相间图案单元的图像中，待测目标的图像落在两个或两个以上所述图像采集区域上。

在本实用新型所述的目标检测设备中，所述图像传感器为包括多个连续设置的，分别对应于正整数个像素行或像素列的图像采集区域的图像传感器。

本实用新型还提供了一种图像采集装置，包括：

用于向待测目标及背景发射发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集的包括多个图像采集区域的图像传感器；

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像并存储的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

在本实用新型所述的图像采集装置中，所述控制单元包括连接的：

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像的控制模块；

用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像的存储模块。

在本实用新型所述的图像采集装置中，所述图像传感器包含的多个图像采集区域配置成：使得在形成含有明暗相间图案单元的图像中，待测目标的图像落在两个或两个以上所述图像采集区域上。

在本实用新型所述的图像采集装置中，所述图像传感器为包括多个连续设置的，分别对应于正整数个像素行或像素列的图像采集区域的图像传感器。

本实用新型还提供了另一种目标检测设备，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号调制光发射装置；

用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生含有明暗相间图案单元的图像的图像传感器；

用于对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

本实用新型还提供了另一种图像采集装置，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生的含有明暗相间图案单元的图像的图像传感器。

实施本实用新型的目标检测设备及其使用的图像采集装置，具有以下有益效果：有效解决了传统目标检测技术中由于受太阳光干扰严重不能准确进行检测的难题。本实用新型的设备不需要额外加滤波片或其它遮挡装置，也不需要设计复杂电路来对信号进行补偿，只需控制可调制光发射装置和图像传感器的工作方式即可。此外，本实用新型设备和装置采用的图像传感器，只需普通CMOS或CCD图像传感器即可产生很好的检测效果，而不需要采用昂贵的高端图像传感器，极大地降低了成本。本实用新型的设备容易实现，操作简单，而且在强光背景下能准确检测目标物，效果好，基本无形变。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是日光中所含的各种波段光示意图；

图2是本实用新型的目标检测设备和图像采集装置实施例的结构图；

图3是本实用新型的目标检测设备的控制单元实施例的结构图；

图4a-b是本实用新型的目标检测设备两个不同实施例形成的明暗图像示意图；

图5是本实用新型的目标检测设备实施例的模板检测法的程序流程图；

图6a-b是本实用新型的目标检测设备实施例的模板检测法示意图；

图7a-c是本实用新型的目标检测设备实施例的结果示意图。

具体实施方式

如图1所示，为日光中所含的各种波段光示意图。从图中可以看到，日光中包含各种波段的光，如红光、蓝光、紫光等。因此，在强光或日光背景下，目标检测设备很容易受外界光线特别是太阳光的影响。

如图2所示，本实用新型提供了一种目标检测设备100，包括调制光发射装置101、图像传感器102和控制单元103；其中，调制光发射装置101，用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号，其中第一光强度与第二光强度不相等，且所述待测目标与所述背景对所述光脉冲信号的反射能力不同；图像传感器102，用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述图像传感器包括多个图像采集区域；控制单元103，用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像，并对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景。

在本实用新型提供的设备中，由于待测目标相对于背景来说，对光脉冲信号的反射能力较强，因此待测目标的不同区域在第一光强下成像与第二光强下成像所得的灰度有较大的差异，即形成的明暗图案特征明显，而背景在两个光强下成像的区域灰度差异不大，因此通过相应的图像识别方法，如模版识别或差分识别的方法就能很好地区分所述待测目标与所述背景。

本实用新型还提供了另一种目标检测设备，其结构与上述目标检测设备相似，区别仅在于：图像传感器，用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生含有明暗相间图案单元的图像；控制单元，用于对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景。

本实用新型还提供了一种图像采集装置，其结构与上述目标检测设备相同，且调制光发射装置101和图像传感器102与上述功能相同，区别仅在于：控制单元103，仅用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像。

本实用新型还提供了另一种图像采集装置，其由调制光发射装置和图像传感器组成，其中：调制光发射装置，用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号，其中所述待测目标与所述背景对所述光脉冲信号的反射能力不同；图像传感器，用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生的含有明暗相间图案单元的图像。

上述目标检测设备或图像采集装置都可与数据传输装置104连接，将目标检测结果或图像采集结果传输到通用计算机200进行后续处理。

需要说明的是，上述设备和装置中第一光强度和第二光强度不相等，且两者之间的差值应使得在进行图像采集时能够区分开；第一光强度或第二光强度中有一个优选为零，使得第一、二光强之间的差异最大，便于后期的图像识别；在本实用新型的实施例中，选择第二光强度大于第一光强度。本实用新型的设备和装置可以选取发出不同波长的调制光发射装置101，如红外光、紫外光等；优选红外光。本实用新型的设备和装置选用的图像传感器102可以为普通CMOS传感器或CCD图像传感器。

如图3所示，为本实用新型的目标检测设备的控制单元103实施例的结构图；控制单元103包括控制模块301、存储模块302和分析模块303。所述控制模块301分别和调制光发射装置101和图像传感器102相连。所述存储模块302与控制模块301相连，所述分析模块303与存储模块302相连。

在一个实施例中，控制模块301用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像；存储模块302用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像；分析模块303用于利用含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景。

本实用新型所述的图像采集装置的控制单元103包括：控制模块301和存储模块302。所述控制模块301分别和调制光发射装置101和图像传感器102相连。所述存储模块302与控制模块301相连。所述控制模块301用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像；存储模块302用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像。

如图4a-b所示，为本实用新型的目标检测设备两个不同实施例形成的明暗图像示意图。如上所述，本实用新型的设备和装置的图像传感器包括多个图像采集区域；在不同的实施例中，图像采集区域的划分也可能不同。本申请列出了两种具体的划分方法，但本实用新型并不限制图像采集区域的划分的方式。只需要满足使得在采集的含有明暗相间图案单元的图像中，待测目标的图像落在两个或两个以上所述图像采集区域上。这样使得待测目标区域具有明暗相间的图案特征，便于后续的图像识别。针对图像采集区域的不同划分以及相应的曝光形式，可能需要定制对应的图像传感器。

如图4a所示，为本实用新型一实施例中形成的明暗图像示意图，其中所述多个图像采集区域在一个方向上连续设置，并分别对应于所述图像传感器的正整数个像素行或像素列。这是一种最简单的实施方式，也适用于目前市场上的普通图像传感器。调制光发射装置101发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号，而控制单元103控制图像传感器101在第一光强度对区域1、3、5……进行扫描，在第二光强下对区域2、4、6……进行扫描，使得采集的图像呈现明暗相间的条纹状，然后对该图像进行识别。而待测目标区域对光的反射能力强于背景，因此待测目标区域的明暗条纹特征更加明显，通过差分或者其它识别方法非常容易识别。

如图4b所示，为本实用新型另一实施例中形成的明暗图像示意图，其中所述多个图像采集区域以多列的形式分布。调制光发射装置101发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号，而控制单元103控制图像传感器101在第一光强度对区域11、13、22、24……进行扫描，在第二光强下对区域12、14、21、23……进行扫描，使得采集的图像呈现明暗相间的网格状，然后采用相应的识别方法该图像进行识别。

图5是本实用新型的目标检测设备实施例可采用的模板检测法的程序流程图。包括以下步骤：

在步骤S10中，选择模板，确定与之对应的像素点判断条件，并生成一空白图像作为工作图像；

在步骤S20中，以扫描方式在所述含有明暗相间图案单元的图像上选择待检像素；即对每个像素逐个进行检测；

在步骤S30中，根据所述像素点判断条件，判断待检像素是否为待测目标像素点，是则转S40，否则转S50；

在步骤S40中，在所述工作图像上，对与待检像素位置相同的像素进行填充，使其为亮；则目标区域逐步得到填充，从而与背景区分开来；

在步骤S50中，判断所述含有明暗相间图案单元的图像是否扫描完，如是则程序结束，否则转到下一个像素进行，即转S20继续上述检测。

模板检测法是将选定的模板在整个图像像素范围内进行平移，按照一定的判断规则进行检测不断判断某个像素点是否为亮点，如果是则在空白图像中相同位置填充亮的像素点，直至整幅图像检索完毕，就会将目标物的条纹图与背景分离开。模板检测算法的优点是不需要对图像进行预处理，减少算法执行时间，检测效果好，基本无形变。

如图6a-b所示，为本实用新型的目标检测设备实施例的模板检测法示意图；图6a为本实用新型一实施例采用的模板，该模版主要针对像素行为1的条纹图案进行识别，其由1点(K₁，K₂)、2点(K₁-1，K₂)、3点(K₁+1，K₂)、4点(K₁-1，K₂-1)和5点(K₁+1，K₂-1)构成；判断待检像素1点(K₁，K₂)为条纹区域点的必要条件为：

(1)1点(K₁，K₂)的灰度值必须大于模板中其余4个点灰度值的均值；

(2)2点(K₁-1，K₂)与1点(K₁，K₂)灰度值的差值绝对值，以及3点(K₁+1，K₂)与1点(K₁，K₂)灰度值的差值绝对值必须大于既定的阈值；

(3)当模板分别向正右移动一个像素，向正下移动2个像素，向正下移动2个再向正右移动一个像素，则模板中1点(K₁，K₂)分别移到6点(K₁，K₂+1)、7点(K₁+2，K₂)和8点(K₁+2，K₂+1)的位置；6点，7点，8点的灰度值必须均大于其所在模板中其余4个点的灰度值的均值。

当上述三个条件均满足时，确定待检像素1点(k1，k2)为符合条件的点，然后对空白图像位置与其相同的像素进行填充为亮。

差分法检测法的步骤包括：先对采集的图像进行预处理；然后对处理后的图像逐行或逐列进行像素差分计算，得到差分像素矩阵；再对差分像素矩阵进行阈值分割，使条纹区域像素为亮，其它区域像素为暗，即获得待测目标图像。

3*3模板检测法的步骤包括：先对采集的图像进行预处理；然后按对应的条纹区域点判定条件，逐行逐个判断待检像素是否为条纹区域点；如果检测到某一像素为条纹区域点，再判断是否为条纹区域中的暗像素点，是则对该点以及其所在行其它像素点逐个填充为亮，并不断检测被填充点与相邻行的像素点灰度值的差值，当该差值小于某一阈值时，则判断该被填充点已到条纹图像边缘位置，停止填充操作；如果待检像素为条纹区域中的亮像素点，则对其下一行进行上述相同操作；判断整个图像是否检测完毕，是则结束，否则继续上述操作。

本实用新型虽然指提供了上述3种对明暗相间的条纹图像的识别方法，但是应该理解的是，本领域普通技术人员熟知有多种图像识别的方法，任何与本实用新型的目标检测设备结合使用的图像识别方法，都在本实用新型的保护范围内。

图7a-c是本实用新型的设备实施例的结果示意图。其中，图7a为复杂背景下的待测目标示意图，图7b为在强光背景下采用隔行曝光技术所拍摄到的待检目标物示意图，从图中可以看到待测目标位置呈现条纹图案；而改进前的方案在有阳光背景下，待测目标与背景均呈现白色混淆严重，基本识别不出待测目标。图7c为检测出的待测目标图像，是图7b经图像识别后，从背景中准确提取出来的待测目标图像，可以看到基本无形变。

由上述结果示意图可知，利用本实用新型的设备能在较强阳光背景下准确的检测待测目标，并且形变较小。与现有技术的两种设备相比，本实用新型的设备不需要额外加滤波片或其它遮挡装置，也不需要设计复杂电路来对信号进行信号补偿，只需控制调制光发射装置与图像传感器即可。此外，本实用新型设备和装置采用的图像传感器，只需普通CMOS或CCD图像传感器即可产生很好的检测效果，而不需要采用昂贵的高端图像传感器，极大地降低了成本。本实用新型的设备容易实现，操作简单，而且在强光背景下能准确检测红外目标物，效果好，基本无形变，值得推广。

以上实施例仅表达了本实用新型的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制；应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围；因此，凡根据本实用新型权利要求范围所做的等同变换与修饰，均应属于本实用新型权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种目标检测设备，其特征在于，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集的包括多个图像采集区域的图像传感器；

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像，并对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

2.根据权利要求1所述的目标检测设备，其特征在于，所述控制单元包括依次连接的：

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像的控制模块；

用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像的存储模块；

用于对含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的分析模块。

3.根据权利要求1或2所述的目标检测设备，其特征在于，所述图像传感器包含的多个图像采集区域配置成：使得在形成含有明暗相间图案单元的图像中，待测目标的图像落在两个或两个以上所述图像采集区域上。

4.根据权利要求3所述的目标检测设备，其特征在于，所述图像传感器为包括多个连续设置的，分别对应于正整数个像素行或像素列的图像采集区域的图像传感器。

5.一种图像采集装置，其特征在于，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于对所述待测目标与所述背景进行图像采集的包括多个图像采集区域的图像传感器；

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像并存储的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

6.根据权利要求5所述的图像采集装置，其特征在于，所述控制单元包括连接的：

用于控制图像传感器交替在所述第一光强度和所述第二光强度下对上述多个图像采集区域依次扫描，以获得含有明暗相间图案单元的图像的控制模块；

用于存储所述含有明暗相间图案单元的图像的存储模块。

7.根据权利要求5或6所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像传感器包含的多个图像采集区域配置成：使得在形成含有明暗相间图案单元的图像中，待测目标的图像落在两个或两个以上所述图像采集区域上。

8.根据权利要求7所述的图像采集装置，其特征在于，所述图像传感器为包括多个连续设置的，分别对应于正整数个像素行或像素列的图像采集区域的图像传感器。

9.一种目标检测设备，其特征在于，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号调制光发射装置；

用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生含有明暗相间图案单元的图像的图像传感器；

用于对上述含有明暗相间图案单元的图像进行识别以区分所述待测目标与所述背景的控制单元；

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

10.一种图像采集装置，其特征在于，包括：

用于向待测目标及背景发射具有第一光强度和第二光强度的光脉冲信号的调制光发射装置；

用于在所述第一光强度和所述第二光强度下对所述待测目标与所述背景进行图像采集，其中所述待测目标的图像具有由于所述第一光强度和所述第二光强度交替作用而产生的含有明暗相间图案单元的图像的图像传感器。

Images