br>[0049] 傳統(tǒng)的對(duì)連通域進(jìn)行標(biāo)記的算法包含搜索和傳遞兩個(gè)步驟，極其費(fèi)時(shí)和存儲(chǔ)空 間，本發(fā)明算法充分考慮圖像運(yùn)算處理芯片F(xiàn)PGA的資源以及FPGA內(nèi)部ram對(duì)圖像掃描方 式的局限性，采取逐行順序掃描的方式，兼顧資源消耗和高速遍歷，能快速得到連通域的標(biāo) 號(hào)，而且能在標(biāo)號(hào)過程中識(shí)別各種特征，冗余性和魯棒性都較強(qiáng)，算法實(shí)現(xiàn)僅需掃描一幀圖 像便達(dá)到區(qū)分各目標(biāo)棱鏡的目的。
[0050] 本發(fā)明算法能精確計(jì)算出每個(gè)目標(biāo)棱鏡的中心偏移量，滿足如需定位離中心最近 目標(biāo)，離中心最遠(yuǎn)目標(biāo)，或首次出現(xiàn)在視場(chǎng)內(nèi)的目標(biāo)等不同要求，實(shí)現(xiàn)按要求定位。
[0051] 本發(fā)明的目標(biāo)區(qū)分算法描述如下：采用逐行掃描計(jì)算連通域算法，如圖6,區(qū)域1 中，第一行第一個(gè)像素用T(i)b表示，第一行最后一個(gè)像素用T(i)e表示，其中i代表在 CMOS拍攝圖像的行數(shù)；第二行第一個(gè)像素用T(i+l)b表示，第二行最后一個(gè)像素用T(i+1) e表示；以此類推，第三行第一個(gè)像素用T(i+2)b表示，第三行最后一個(gè)像素用T(i+2)e表 不。
[0052] 區(qū)域2中，第一行第一個(gè)像素用S(i+l)b表示，第一行最后一個(gè)像素用S(i+1) e表示，其中i同樣代表行數(shù)；第二行第一個(gè)像素用S(i+2)b表示，第二行最后一個(gè)像素 用S(i+2)e表示；以此類推，第三行第一個(gè)像素用S(i+3)b表示，第三行最后一個(gè)像素用 S(i+3)e表示。
[0053] 然后對(duì)各行像素進(jìn)行掃描，將首次遇到的目標(biāo)像素T(i)b作為第一個(gè)目標(biāo)區(qū)域標(biāo) 識(shí)，記錄當(dāng)前第一個(gè)目標(biāo)區(qū)域首行的起始位置T(i)b和結(jié)束位置T(i)e后繼續(xù)掃描；記錄 下一行的起始位置T(i+l)b和結(jié)束位置T(i+l)e，若下一行的起始位置小于等于上一行的 結(jié)束位置，即T(i+l)b〈 = T(i)e，且結(jié)束位置大于等于上一行的起始位置，即T(i+l)e> = T(i)b，那將在此行出現(xiàn)的首尾范圍內(nèi)的像素與上一行像素融合，統(tǒng)一融合歸類為第一個(gè) 目標(biāo)區(qū)域。同時(shí)若掃描此行在一定間隔后又出現(xiàn)新的像素起始位置S(i+l)b和結(jié)束位置 S (i+1) e，且不滿足上述比較條件，將此像素區(qū)域作為第二個(gè)目標(biāo)區(qū)域標(biāo)識(shí)，分配新的區(qū)域 標(biāo)號(hào)，繼續(xù)掃描；繼續(xù)記錄下一行的起始位置T(i+2)b和結(jié)束位置T(i+2)e，仍然采取同樣 的判斷方法融合或分類目標(biāo)區(qū)域，以此類推繼續(xù)逐行掃描，直到一幀圖像掃描完畢。
[0054] 本發(fā)明算法用統(tǒng)計(jì)矩來表示目標(biāo)棱鏡的形狀大小特征，如上所述，區(qū)域1表示其 中一個(gè)連通域T，r表示其中的行程段，i表示r的行號(hào)，b和e分別表示r的起始和結(jié)束列 號(hào)，L表示r的長(zhǎng)度，那么T的0至2階矩可按以下公式計(jì)算：
[0061 ] 其中x對(duì)應(yīng)列坐標(biāo)，y對(duì)應(yīng)行坐標(biāo)，那么0階矩M。⑴就是連通域T的面積A。連 通域T的形心位置（x。，y。）及其擬合橢圓的兩軸長(zhǎng)a，b和主軸方向0計(jì)算如下：
[0067] 用T的外接正立矩形上⑶下⑶左（L)右（R)位置來參數(shù)化：
[0070] 根據(jù)這些公式，可以計(jì)算出連通域T的形狀，大小，形心信息，若想提取指定距離 上的目標(biāo)棱鏡，由于在目標(biāo)的區(qū)分中距離是已知的，該距離上應(yīng)該出現(xiàn)的目標(biāo)形狀大小也 是可以估算的，便可根據(jù)該算法提取所需的目標(biāo)棱鏡；同時(shí)由于形心位置通過算法已知，便 可提取離視場(chǎng)中心距離最近的目標(biāo)棱鏡，或離視場(chǎng)中心距離最遠(yuǎn)的目標(biāo)棱鏡。
[0071] 由于目標(biāo)會(huì)受外界因素影響產(chǎn)生不定性閃爍等特殊情況，會(huì)造成圖像質(zhì)量并不是 每幀都完美，如圖6,區(qū)域2中第i+2行，會(huì)出現(xiàn)中空的兩個(gè)或多個(gè)像素，該算法會(huì)自動(dòng)區(qū)分 中空像素左右的區(qū)域，若均滿足比較條件，會(huì)默認(rèn)將中空左右區(qū)域融合到同一個(gè)區(qū)域，并填 充空洞，將空洞也融合到該區(qū)域，使計(jì)算結(jié)果更穩(wěn)定。若出現(xiàn)圖中區(qū)域4和區(qū)域5少部分單 獨(dú)區(qū)域情況，算法會(huì)根據(jù)距離信息區(qū)分出此區(qū)域?yàn)樵肼?，自?dòng)除噪。若區(qū)域1、2、3外輪廓附 近臨近四五個(gè)像素內(nèi)出現(xiàn)閃爍的光芒點(diǎn)，算法也會(huì)主動(dòng)判斷將光芒點(diǎn)融合到該區(qū)域中或去 除。
[0072] 如圖7,實(shí)現(xiàn)精確照準(zhǔn)目標(biāo)棱鏡A的中心后，本發(fā)明能根據(jù)需求鎖定該目標(biāo)，一旦 鎖定該目標(biāo)，在伺服電機(jī)配合下，除不可抗力的外界因素（如長(zhǎng)時(shí)間丟失）外，若目標(biāo)持續(xù) 移動(dòng)，算法均可鎖定至該目標(biāo)中心，能排除視場(chǎng)內(nèi)同時(shí)又出現(xiàn)的第二個(gè)或第三個(gè)目標(biāo)，并不 受其它噪聲干擾。
[0073] 目標(biāo)確定后，會(huì)根據(jù)區(qū)分出來的目標(biāo)的大小和形狀等信息決定該目標(biāo)所在的大致 區(qū)域，鎖定跟蹤后，會(huì)制定合適大小的范圍框限定目標(biāo)，確保鎖定范圍框內(nèi)認(rèn)定目標(biāo)，排除 其他任何可能性的噪聲干擾。同時(shí)由于外界環(huán)境復(fù)雜，偶爾會(huì)出現(xiàn)與目標(biāo)棱鏡無論從形狀、 大小、反射強(qiáng)度都非常一致的干擾噪聲。若出現(xiàn)短時(shí)目標(biāo)被遮擋或突然丟失，并闖入新的 疑似目標(biāo)時(shí)，本發(fā)明算法能持續(xù)在指定范圍內(nèi)根據(jù)形狀，大小，相似度等判斷新出現(xiàn)的疑似 目標(biāo)是否為正確目標(biāo)，做出正確的選擇，滿足使用需求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種全站儀的工作方法，其特征在于包括： 計(jì)算機(jī)（11)通過驅(qū)動(dòng)器（12)控制激光器（13)產(chǎn)生激光，并通過發(fā)射光纖（14)、準(zhǔn)直 透鏡（15)，將激光壓縮成一束準(zhǔn)直光，通過反射元件（6)，物鏡（7)形成一道平行光，發(fā)射出 去，遇到目標(biāo)棱鏡（100)反射回來經(jīng)物鏡（7)，分光棱鏡（8)后回到圖像傳感器（9)上，再經(jīng) 過CMOS影像傳感器（10)拍下一張含有反射光的目標(biāo)影像，并傳送至計(jì)算機(jī)（1); 計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉激光器，計(jì)算機(jī)通過CMOS影像傳感器獲得一張不含反射光的 背景影像，即無目標(biāo)的背景影像； 期間，通過伺服電機(jī)控制全站儀繞其中心軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)； 先基于灰度期望值算法設(shè)置一個(gè)閾值，用無目標(biāo)的背景影像減去目標(biāo)影像，對(duì)減過的 圖像進(jìn)行二值化，能提取圖中偏移噪聲（B'），并獲取偏移噪聲（B'）的位置、大小，根據(jù)全站 儀旋轉(zhuǎn)方向，在目標(biāo)影像中估計(jì)并標(biāo)識(shí)出實(shí)際噪聲區(qū)域（B)，該實(shí)際噪聲（B)區(qū)域處于所述 偏移噪聲（B'）右側(cè)相鄰處，且面積是偏移噪聲（B'）的1-3倍； 然后在目標(biāo)影像中減去所述實(shí)際噪聲區(qū)域（B)，獲得無噪聲的目標(biāo)影像，并確定提取目 標(biāo)棱鏡A在目標(biāo)影像中的位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全站儀的工作方法，其特征在于：若目標(biāo)影像中出現(xiàn)多個(gè)目 標(biāo)棱鏡，且多個(gè)目標(biāo)棱鏡彼此分開； 將目標(biāo)影像中的各目標(biāo)棱鏡的位置，分成相應(yīng)數(shù)量的區(qū)域； 區(qū)域一中，第一行第一個(gè)像素用T(i)b表不，第一行最后一個(gè)像素用T(i)e表不，其中i代表在CMOS拍攝圖像的行數(shù)；第二行第一個(gè)像素用T(i+l)b表示，第二行最后一個(gè)像素 用T(i+l)e表示；以此類推； 然后對(duì)各行像素進(jìn)行掃描，將首次遇到的目標(biāo)像素T(i)b作為第一個(gè)目標(biāo)區(qū)域標(biāo)識(shí)， 記錄當(dāng)前第一個(gè)目標(biāo)區(qū)域首行的起始位置T(i)b和結(jié)束位置T(i)e后繼續(xù)掃描；記錄下一 行的起始位置T(i+l)b和結(jié)束位置T(i+l)e，若下一行的起始位置小于等于上一行的結(jié)束 位置，即T(i+1)b〈 =T(i)e，且結(jié)束位置大于等于上一行的起始位置，即T(i+1)e> =T(i) b，將在此行出現(xiàn)的首尾范圍內(nèi)的像素與上一行像素融合，統(tǒng)一融合歸類為區(qū)域一； 若掃描某行過程中，發(fā)現(xiàn)一定間隔后又出現(xiàn)新的像素起始位置S(i+l)b和結(jié)束位置S(i+1)e，且不滿足上述比較條件，將此像素區(qū)域標(biāo)識(shí)為區(qū)域二，分配新的區(qū)域標(biāo)號(hào)，繼續(xù)掃 描；直到一幀圖像掃描完畢。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全站儀的工作方法，其特征在于：將區(qū)域一表示其中一個(gè)連 通域T，r表示其中的行程段，i表示r的行號(hào)，b和e分別表示r的起始和結(jié)束列號(hào)，L表示 r的長(zhǎng)度，那么T的0至2階矩可按以下公式計(jì)算：re/其中X對(duì)應(yīng)列坐標(biāo)，y對(duì)應(yīng)行坐標(biāo)，那么0階矩M。(T)就是連通域T的面積A;連通域T的形心位置（X(]，y。）及其擬合橢圓的兩軸長(zhǎng)a，b和主軸方向0計(jì)算如下：用T的外接正立矩形上（U)下（D)左（L)右（R)位置來參數(shù)化：根據(jù)上述公式，計(jì)算出連通域T的形狀，大小，形心信息。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全站儀的工作方法，其特征在于： 若掃描某行過程中，出現(xiàn)中空的兩個(gè)或多個(gè)像素，若均滿足上述比較條件，默認(rèn)將中空 左右區(qū)域融合到同一個(gè)區(qū)域，并填充空洞，也即將空洞也融合到該區(qū)域。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全站儀的工作方法，其特征在于： 若發(fā)現(xiàn)面積小于其余區(qū)域均值的一半的區(qū)域，將區(qū)域視為噪聲，自動(dòng)除噪。
【專利摘要】本發(fā)明涉及CMOS影像傳感器的自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的全站儀的工作方法，其包括：計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器控制激光器產(chǎn)生激光，并通過發(fā)射光纖、準(zhǔn)直透鏡，將激光壓縮成一束準(zhǔn)直光，通過反射元件，物鏡形成一道平行光，發(fā)射出去，遇到目標(biāo)棱鏡反射回來經(jīng)物鏡，分光棱鏡后回到圖像傳感器上，再經(jīng)過CMOS影像傳感器拍下一張含有反射光的目標(biāo)影像，并傳送至計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)通過驅(qū)動(dòng)器關(guān)閉激光器，計(jì)算機(jī)通過CMOS影像傳感器獲得一張不含反射光的背景影像，即無目標(biāo)的背景影像。
【IPC分類】G01C11/02, G01C11/18
【公開號(hào)】CN105021169
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510364843
【發(fā)明人】邱蕓, 巢海步
【申請(qǐng)人】常州市新瑞得儀器有限公司
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2015年6月26日