專利名稱：基于面陣快速場(chǎng)同步ccd圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)及測(cè)速方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種測(cè)速系統(tǒng)及測(cè)速方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和動(dòng)態(tài)圖像處理理論的深入研究，使得測(cè)量?jī)x器和測(cè)試技術(shù)產(chǎn)生了巨大變革。計(jì)算機(jī)憑借其運(yùn)算速度快，工作可靠性高，在現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)快速發(fā)展的今天，已經(jīng)成為自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中必不可少的重要組成部分。隨著計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展和深入研究，利用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)以及數(shù)字圖像處理的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行捕獲跟蹤和運(yùn)動(dòng)參數(shù)提取，都將成為一種非常有潛力的測(cè)量測(cè)試技術(shù)，并且很多領(lǐng)域都迫切需要這些測(cè)試測(cè)量技術(shù)?；谝曨l的運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)和跟蹤技術(shù)也將成為近年來(lái)計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域和數(shù)字圖像處理技術(shù)中備受關(guān)注的前沿方向。它從運(yùn)動(dòng)物體的圖像中檢測(cè)跟蹤識(shí)別，從而獲取所需的數(shù)據(jù)，屬于數(shù)字圖像分析和處理的范疇。同時(shí)，從動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中將運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行快速分割提取，對(duì)光線變化背景復(fù)雜等問(wèn)題的處理也給運(yùn)動(dòng)物體視頻檢測(cè)帶來(lái)了一定的挑戰(zhàn)。隨著硬件技術(shù)的進(jìn)步，利用線陣CCD技術(shù)進(jìn)行高速高精度的在線非接觸速度測(cè)量逐步成為現(xiàn)實(shí)，由于線陣CCD測(cè)速采用圖像測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的相機(jī)測(cè)量技術(shù)相似，因此只要能夠拍攝就能夠測(cè)量，CCD測(cè)速可以不受被測(cè)物體的材質(zhì)，表面形狀，表面污染的影響，配合適當(dāng)?shù)墓鈱W(xué)鏡頭還可以實(shí)現(xiàn)穿透水霧油霧灰塵進(jìn)行測(cè)量。而且線陣CCD拍攝速度快，高速線陣CCD相機(jī)每秒能夠拍攝10萬(wàn)次以上，甚至可以測(cè)量子彈的速度，而價(jià)格低廉的普通線陣CCD相機(jī)也可以達(dá)到每秒I萬(wàn)次的拍攝速度，能夠以接近超聲多普勒測(cè)速系統(tǒng)的成本，實(shí)現(xiàn)接近激光多普勒測(cè)速的精度和速度，這使得CCD測(cè)速技術(shù)與其他非接觸測(cè)量設(shè)備相比具有明顯的優(yōu)勢(shì)。但是要用線陣CXD獲取二維圖像，必須配以掃描運(yùn)動(dòng)，而且為了能確定圖像每一像素點(diǎn)在被測(cè)件上的對(duì)應(yīng)位置，還必須配以光柵等器件以記錄線陣CXD每一掃描行的坐標(biāo)。利用線陣CCD有以下不足之處圖像獲取時(shí)間長(zhǎng)，測(cè)量的效率低；圖像精度可能受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響而降低，最終影響測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決采用線陣CCD測(cè)速方法的圖像獲取時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的測(cè)量效率低，以及由于受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響導(dǎo)致測(cè)量精度低的問(wèn)題，從而提供一種面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)?；诿骊嚳焖賵?chǎng)同步CXD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)，它包括圖像采集模塊I和上位機(jī)2 ;圖像采集模塊I包括面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11、單片機(jī)12和高速數(shù)據(jù)接口13 面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11用于拍攝沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的圖像；所述面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11的圖像信號(hào)輸出端通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口 13的圖像信號(hào)輸入端連接；單片機(jī)12的CCD控制信號(hào)輸出端與面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11的控制信號(hào)輸入端連接；所述單片機(jī)12同步控制信號(hào)輸出端與高速數(shù)據(jù)接口 13的控制信號(hào)輸入端連接。使用上述裝置的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用單片機(jī)12對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11設(shè)定拍攝時(shí)間間隔；步驟二、采用面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11按步驟一設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體連續(xù)拍攝N幀圖像；N為大于或等于2的整數(shù)；步驟三、面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11將拍攝的N幀圖像通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口發(fā)送至上位機(jī)2，上位機(jī)2對(duì)N幀圖像中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別；并通過(guò)比較每相鄰兩幀圖像的方式計(jì)算出沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體在N幀圖像中的總運(yùn)動(dòng)距離；進(jìn)而計(jì)算機(jī)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的速度與加速度。本發(fā)明是一種采用面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器作為圖像采集設(shè)備的測(cè)速方法，相對(duì)于采用線陣CCD測(cè)速方法，本發(fā)明的圖像獲取時(shí)間短，測(cè)量效率高；并且本發(fā)明受受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響較低，測(cè)量精度高，穩(wěn)定性好。


圖I是本發(fā)明的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式具體實(shí)施方式
一、結(jié)合圖I說(shuō)明本具體實(shí)施方式
，基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)，它包括圖像采集模塊I和上位機(jī)2 ;圖像采集模塊I包括面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11、單片機(jī)12和高速數(shù)據(jù)接口 13 ；面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11用于拍攝沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的圖像；所述面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11的圖像信號(hào)輸出端通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口 13的圖像信號(hào)輸入端連接；單片機(jī)12的CCD控制信號(hào)輸出端與面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11的控制信號(hào)輸入端連接；所述單片機(jī)12同步控制信號(hào)輸出端與高速數(shù)據(jù)接口 13的控制信號(hào)輸入端連接。
具體實(shí)施方式
二、使用具體實(shí)施方式
一的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速方法，它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用單片機(jī)12對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11設(shè)定拍攝時(shí)間間隔；步驟二、采用面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11按步驟一設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體連續(xù)拍攝N幀圖像；N為大于或等于2的整數(shù)；步驟三、面陣快速場(chǎng)同步CXD圖像傳感器11將拍攝的N幀圖像通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口發(fā)送至上位機(jī)2，上位機(jī)2對(duì)N幀圖像中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別；并通過(guò)比較每相鄰兩幀圖像的方式計(jì)算出沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體在N幀圖像中的總運(yùn)動(dòng)距離；進(jìn)而計(jì)算機(jī)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的速度與加速度。
步驟一中采用單片機(jī)12對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器11設(shè)定的拍攝時(shí)間間隔為4ms ο步驟三中所述上位機(jī)2對(duì)N幀圖像中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別是采用背景差分法實(shí)現(xiàn)的。原理本發(fā)明的圖像采集模塊是單片機(jī)系統(tǒng)的功能主要是完成對(duì)圖像采集過(guò)程的控制，在單片機(jī)的控制下，CCD場(chǎng)同步信號(hào)的周期(間隔)由原來(lái)的20ms調(diào)整到4ms，即每隔4ms，CXD相機(jī)拍攝一張畫(huà)面。假設(shè)物體總共運(yùn)動(dòng)了 4s，那么在這個(gè)過(guò)程中就有了 1000張畫(huà)面，每幅畫(huà)面之間的間隔時(shí)間內(nèi)，物體視為勻速運(yùn)動(dòng)。CCD產(chǎn)生的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)高速的并行接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。然后采用背景差分法，識(shí)別出運(yùn)動(dòng)的物體，利用攝像機(jī)事先標(biāo)定好的背景，比較相鄰兩幀圖像，可以在被拍攝范圍內(nèi)計(jì)算出固定軌跡運(yùn)動(dòng)物體的距離，得到在4ms內(nèi)物體運(yùn)動(dòng)的距離，再根據(jù)速度及加速度公式，算出運(yùn)動(dòng)圖像的速度以及加速度，最后根據(jù)CCD相機(jī)與目標(biāo)物體的距離就可以得到運(yùn)動(dòng)物體的速度與加速度。系統(tǒng)的工作流程為運(yùn)動(dòng)物體的圖像經(jīng)過(guò)C⑶采集過(guò)來(lái)后，單片機(jī)控制CXD的場(chǎng)同步信號(hào)來(lái)控制圖像的采集，采集來(lái)的信號(hào)經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，然后數(shù)據(jù)通過(guò)高速的并行接口傳輸?shù)缴衔粰C(jī)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理，再對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，就可以通過(guò)計(jì)算機(jī)計(jì)算出物體的運(yùn)動(dòng)距離、速度及加速度。本發(fā)明的性能穩(wěn)定，精度較高，能夠測(cè)量物體由靜止開(kāi)始運(yùn)動(dòng)的速度、加速度。
權(quán)利要求
1.基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)，其特征是它包括圖像采集模塊⑴和上位機(jī)(2);圖像采集模塊⑴包括面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)、單片機(jī)(12)和高速數(shù)據(jù)接口 (13)；面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)用于拍攝沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的圖像；所述面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)的圖像信號(hào)輸出端通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口(13)的圖像信號(hào)輸入端連接；單片機(jī)(12)的CCD控制信號(hào)輸出端與面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)的控制信號(hào)輸入端連接；所述單片機(jī)(12)同步控制信號(hào)輸出端與高速數(shù)據(jù)接口(13)的控制信號(hào)輸入端連接。
2.使用權(quán)利要求I的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速方法，其特征在于它由以下步驟實(shí)現(xiàn)步驟一、采用單片機(jī)(12)對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)設(shè)定拍攝時(shí)間間隔；步驟二、采用面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)按步驟一設(shè)定的時(shí)間間隔對(duì)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體連續(xù)拍攝N幀圖像；N為大于或等于2的整數(shù)；步驟三、面陣快速場(chǎng)同步C⑶圖像傳感器(11)將拍攝的N幀圖像通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口發(fā)送至上位機(jī)(2)，上位機(jī)(2)對(duì)N幀圖像中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別；并通過(guò)比較每相鄰兩幀圖像的方式計(jì)算出沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體在N幀圖像中的總運(yùn)動(dòng)距離；進(jìn)而計(jì)算機(jī)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的速度與加速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速方法，其特征在于步驟一中采用單片機(jī)(12)對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器(11)設(shè)定的拍攝時(shí)間間隔為 4ms。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速方法，其特征在于步驟三中所述上位機(jī)(2)對(duì)N幀圖像中的運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行識(shí)別是采用背景差分法實(shí)現(xiàn)的。
全文摘要
基于面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的測(cè)速系統(tǒng)及測(cè)速方法，涉及一種測(cè)速系統(tǒng)及測(cè)速方法。它解決了現(xiàn)有方法的圖像獲取時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致的測(cè)量效率低，以及由于受掃描運(yùn)動(dòng)精度的影響導(dǎo)致測(cè)量精度低的問(wèn)題。其系統(tǒng)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器的圖像信號(hào)輸出端通過(guò)高速數(shù)據(jù)接口的圖像信號(hào)輸入端連接；單片機(jī)對(duì)面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器進(jìn)行控制；單片機(jī)控制高速數(shù)據(jù)接口的同步。其方法面陣快速場(chǎng)同步CCD圖像傳感器按時(shí)間間隔對(duì)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體連續(xù)拍攝N幀圖像；上位機(jī)通過(guò)比較每相鄰兩幀圖像的方式計(jì)算出沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的總運(yùn)動(dòng)距離；進(jìn)而計(jì)算機(jī)沿固定軌跡運(yùn)動(dòng)的物體的速度與加速度。本發(fā)明適用于對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行測(cè)速。
文檔編號(hào)H04N5/335GK102944693SQ20121049468
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月28日
發(fā)明者關(guān)宇東, 仲小挺, 杜克, 陳家鑫, 提純利, 滕藝丹, 黃博聞, 李爾佳, 戴翊軒 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)