CN201532656U

CN201532656U - 一种目标检测设备及其使用的图像采集装置

Info

Publication number: CN201532656U
Application number: CN2009201340626U
Authority: CN
Inventors: 师丹玮; 周琨
Original assignee: SHENZHEN TOL TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN TAISHAN SPORTS TECHNOLOGY CORP., LTD.
Priority date: 2009-07-22
Filing date: 2009-07-22
Publication date: 2010-07-21
Anticipated expiration: 2019-07-22

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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，来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。本实用新型的设备能够在强光背景下，对目标甚至是运动目标进行精确的检测。

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

目标检测设备一直是图像处理和计算机视觉的重要研究课题，在许多领域都有着广泛的应用。目标检测作为前端的处理环节，是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。

目标检测设备很容易受外界光线特别是太阳光的影响。因此目标检测设备如果在室外使用，被测目标有较亮背景光，特别是受太阳光或强灯直射时其测量的准确性将受到严重影响。此外，检测过程中，待测目标的晃动或者处于运动状态，其产生的位置偏差都会给检测精度带来极大影响。

如何解决较强光对目标检测的干扰，以及如何解决运动过程中目标检测带来的偏差，一直是困扰和制约目标检测系统实用性能的瓶颈问题和技术难点而有待解决，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。本实用新型主要针对这两个难题提出了解决办法。

与本实用新型相关的解决目标检测技术中阳光干扰与物体移动影响的现有技术方案有以下3种。

第一种为加滤波片或加太阳光遮挡器件。中国专利申请号为No.200820052299的专利提供了一种可在室外太阳光下使用的光幕，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，滤掉可见光，仅保留红外以及远红外信号。上述方法不能从根本上解决问题，不能消除物体移动对目标检测带来的影响，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。

第二种为基于背景差法的目标检测设备。背景差法基本思想是选取背景中的一幅或几幅图像的平均作为背景图像，然后将当前帧与背景作差，并对差值图像进行适当处理，若所得到的像素数大于某一阈值，则判定背景中存在目标物，这样目标就能够被精确地提取出来。该设备容易受背景中光照影响和背景物体移动等因素影响，而产生运动物体阴影极大影响检测精度。

第三种为基于三帧差法的设备。中国专利申请号为No.200610021067的专利提供了一种复杂背景下红外图像序列中运动目标检测方法，其属于数字图像处理技术领域。首先分别计算红外图像序列中上一帧和当前帧、以及当前帧和下一帧的差分图像；接着从两幅差分图像中各自提取变化检测模板；然后对两幅变化检测模板进行并运算取交集，得到运动目标模板；最后对运动目标模板做连通区域标记，得到运动目标。其中，提取变化检测模板具体包括：采取从直方图两端向中间迭代的方式估计差分图像噪声参数包括均值和方差的方法提取初始变化检测模板；采取小结构单元进行腐蚀、膨胀后相与，大结构单元进行闭运算的形态学处理方式。三帧差法虽能有效消除运动过程中产生的目标偏差较准确的进行运动目标检测，但没有解决强光干扰对目标检测的影响，而且实现算法较复杂，后期需对图像进行大量的形态学处理以减少噪声。

在检测运动过程物体时，扫描的时间往往也对检测的结果产生较大的影响。如上述介绍的检测设备以及其它某些检测设备中，扫描一帧图像通常需要15ms左右，而在这个时间段内，运动的物体可能已经产生了较大位移，这样使得采集的图像以及后期的图像处理会产生较大偏差。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，在强光背景下准确检测目标物，并减小物体运动产生的偏差，针对现有技术的上述设备成本高、复杂且偏差大的缺陷，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：构造了一种目标检测设备，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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，来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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像的控制模块；

用于将所述第一光强图像和第二光强图像分别储存到第一帧图像和第二帧图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述第一帧图像和所述第二帧图像的存储模块；

用于利用所述第一帧图像和第二帧图像来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：

用于控制图像传感器连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，并得到所述第一光强图像和所述第二光强图像的差分图像，来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另一目标检测设备中，所述控制单元包括依次连接的：

用于控制图像传感器连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，并得到所述第一光强图像和所述第二光强图像的差分图像的控制模块；

用于将得到的差分图像分别存储到帧差分图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述帧差分图像的存储模块；

用于利用所述帧差分图像来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另一目标检测设备中，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：

用于控制图像传感器连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强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：

用于存储所述第一光强图像和第二光强图像的存储模块。

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。

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：由于待测目标与背景对光脉冲信号的反射能力不同，使得待测目标与背景能很好的区分开，由此可减弱强光对待测目标的影响。同时，本实用新型采用分区域连续扫描的方式，使得每个区域两次扫描之间的时隙非常小，在此期间运动的待测目标位移偏差很小，从而只需普通图像传感器便能准确检测目标，甚至是运动目标。因此，本实用新型无需专业高速摄像机，大大降低了成本，提高了设备性能。

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是本实用新型目标检测设备或图像采集装置实施例的结构示意图；

图2是本实用新型目标检测设备的控制单元实施例结构示意图；

图3a-b是本实用新型目标检测设备的两种分区域扫描方法示意图；

图4是本实用新型目标检测设备的过程示意图；

图5a-b是本实用新型与未分区域的目标检测结果对比示意图。

具体实施方式

如图1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，其中所述第一光强度和第二光强度不相等，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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，所述第一光强图像和所述第二光强图像分别储存到第一帧图像和第二帧图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述第一帧图像和所述第二帧图像，并利用所述第一帧图像和第二帧图像来区分所述待测目标与所述背景。在一实施例中，控制单元103可以通过将所述第二帧图像减去所述第一帧图像所得的差分图像来区分所述待测目标与所述背景。

在另一实施例中，目标检测设备结构与上述相同，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控制图像传感器连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一区域分别扫描一次后，以获得第一光强图像和第二光强图像，并得到所述第一光强图像和所述第二光强图像的差分图像，将得到的差分图像分别存储到帧差分图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述帧差分图像，并利用所述帧差分图像来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控制图像传感器102连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一区域分别扫描一次后，以获得并存储第一光强图像和第二光强图像。

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。

如图2所示，为本实用新型提供的目标检测设备的控制单元103的结构示意图，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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像；存储模块302用于将所述第一光强图像和第二光强图像分别储存到第一帧图像和第二帧图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述第一帧图像和所述第二帧图像；分析模块303用于利用所述第一帧图像和第二帧图像来区分所述待测目标与所述背景。

在另一实施例中，各个模块的连接和功能与上述实施例类似，区别仅在于：所述控制模块301用于控制图像传感器102连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像，并得到所述第一光强图像和所述第二光强图像的差分图像；所述存储模块302用于将得到的差分图像分别存储到帧差分图像的对应位置，在对所述多个图像采集区域完成扫描后，获得所述帧差分图像。

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连续在所述第一光强度和所述第二光强度下对同一图像采集区域分别扫描一次，以获得第一光强图像和第二光强图像；存储模块302用于存储所述第一光强图像和第二光强图像。

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；第一光强度和第二光强度其中一个优选为零，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3a-b所示，为本实用新型目标检测设备的两种分区域扫描方法示意图。如上所述，本实用新型的设备及其采用的图像采集装置中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方式及数量。因为当包括两个或两个以上区域时，无论其形状如何，每个区域在连续进行第一光强图像扫描和第二光强图像扫描之间的时间差会短于，先对所有区域进行第一光强图像扫描，再重新对所有区域进行第二光强图像扫描之间的时间差，使得待测目标的位移小于明显小于后者，使得对目标的检测更加精确。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3a所示，图中区域1、2、3……代表多个图像采集区域，其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，例如在本实施例中，区域1、2、3……均为N个像素行或像素列，N为正整数。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在连续的时间T1、T2、T3……里分别依次发出第一光强、第二光强、第一光强……，图像传感器则分别在连续的时间T1、T2、T3……里对区域1、2、3……进行依次扫描，并将在第一光强下扫描的图像存储到第一帧图像I₁；将在第二光强下扫描的图像存储到第2帧图像I₂中，直至所有图像采集区域扫描结束。最后，将第二帧图像I₂减去第一帧图像I₁所得差分图像即为待测目标图像。这样区域1在两帧图像中的时间差为T2-T1，区域2为T4-T3，其它区域以此类推。而如果不分区域扫描，而是先在第一光强下对所有区域进行扫描，再在第二光强下对所有区域进行扫描，那么区域1在两帧图像中的时间差为扫描完一副图像的时间，即T_m+1-T1，其中M为区域数，该值明显大于T2-T1的值，因此本实用新型的设备有效地减小了运动物体的位移偏差。

如图3b所示，图中区域1、2、3……代表多个图像采集区域，以两列的形式分布。其中，区域1、3、5……为第一列区域，区域2、4、6……为第二列区域，调制光发射装置101在连续的时间T1、T2、T3……里分别依次发出第一光强、第二光强、第一光强……，图像传感器则分别在连续的时间T1、T2、T3……里对区域1、2、3……进行依次扫描，并将在第一光强下扫描的图像存储到第一帧图像I₁；将在第二光强下扫描的图像存储到第2帧图像I₂中，直至所有图像采集区域扫描结束。最后，将第二帧图像I₂减去第一帧图像I₁所得差分图像即为待测目标图像。

图4是本实用新型目标检测设备的过程示意图；其过程如上所述，在获得第一帧图像I₁和第2帧图像I₂后，将第二帧图像I₂减去第一帧图像I₁所得差分图像即为待测目标图像。

需要说明的是：

(1)结合图4来看，I₂-I₁实际上是为两帧图像中的对应区域相减，即为图像I₂中的区域1与I₁中的区域1相减，I₂的区域2与I₁的区域2相减，依此类推；

(2)N值的选取：N值越小，扫描像素行越小即区域越小，两帧图像间的时间间隙越短，物体运动产生的偏移误差越小，同时图像质量会略差些；因此在实际应用中，N值的选取需权衡考虑图像质量增强与减弱物体运动产生的偏移两个因素，选取一个值达到两者平衡，N的优选取值范围为1-72个像素行。N值优选等于8，也就是每扫描8行作为一个区域，则一幅480*680的图像，有60个区域相减。

如图5a-b是本实用新型与未分区域的目标检测结果对比示意图；图5a所示为未分区域的传统的整幅图像帧差设备的图像采集结果，图中虚线表示待测目标原位置，实线表示图像扫描结束后待测目标位置。由于扫描完整幅图像所需时间比扫描本实用新型所述的一个区域的时间长很多，待一帧图像扫描完后，两帧图像之间待测目标会产生很大的偏差，给检测精度带了很大影响。图5b所示为使用本实用新型的设备扫描所得的两帧图像，图中虚线表示为图像I₁中目标所在位置，实线表示I₂中目标所在实际位置。可以看出待测目标偏差很小，肉眼几乎看不见。

通过比较可得，使用本实用新型的目标检测设备，待测目标偏差较小。而传统整幅图像帧差法中为尽量减小图中所示偏差，往往是采用价格昂贵的高速摄相机来采集图像，给实际应用带来很大局限性。本实用新型的设备很好的解决了物体移动带来的偏差问题，只需普通的图像传感器就能达到很好的检测效果，极大的节省了成本。

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

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；

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：

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。

4.一种目标检测设备，其特征在于，包括：

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

5.根据权利要求4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：

6.根据权利要求4或5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。

7.一种图像采集装置，其特征在于，包括：

所述控制单元分别与调制光发射装置和图像传感器相连。

8.根据权利要求7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：

用于存储所述第一光强图像和第二光强图像的存储模块。

9.根据权利要求7或8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。