基于arm平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，適用于無(wú)人機(jī)偵查，特別涉及一種基于ARM平臺(tái)的 航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 航拍目標(biāo)檢測(cè)是一個(gè)集計(jì)算機(jī)技術(shù)、圖像處理技術(shù)和通信技術(shù)于一體的綜合系 統(tǒng)。目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)隨著圖像處理學(xué)的發(fā)展得到廣泛應(yīng)用，極大地提高了圖像采集系統(tǒng)的 智能化，減小了人工辨識(shí)的負(fù)擔(dān)。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展，以微控制器為中心的應(yīng)用系統(tǒng)正 在被廣泛的應(yīng)用。在軍事領(lǐng)域，智能型的網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)及服務(wù)將有巨大的市場(chǎng)和需求。
[0003] 無(wú)人機(jī)的目標(biāo)檢測(cè)有著很高的軍事價(jià)值，但是由于目標(biāo)檢測(cè)算法非常復(fù)雜而ARM 的運(yùn)算能力又較小，所以目前市場(chǎng)上有的以ARM為平臺(tái)的目標(biāo)檢測(cè)算法大都應(yīng)用于諸如監(jiān) 控這種背景不變的比較簡(jiǎn)單的情況，通過(guò)每一幀與背景取差分這種簡(jiǎn)單的方法提取前景信 息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種基于ARM平臺(tái)的航拍 目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，采用嵌入式系統(tǒng)(ARM+Linux)軟硬件技術(shù)，采用模板匹配算法，能應(yīng)對(duì)背景 運(yùn)動(dòng)的情況，可在盡可能短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大范圍的目標(biāo)搜索，另外由于像素匹配無(wú)法很好 的解決圖像中目標(biāo)如模板之間大小，方向不同的情況，所以采用直方圖匹配，復(fù)雜度較小且 匹配效果好，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，搭載于無(wú)人機(jī)上，包括：
[0007] CMOS接口攝像頭，采集航拍區(qū)域的圖像信息；
[0008] ARM開發(fā)板，接收CMOS接口攝像頭所采集的信息，執(zhí)行基于歸一化二值梯度直方圖 的目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；
[0009] 通信模塊，在無(wú)人機(jī)與遠(yuǎn)程控制端之間傳輸信息，當(dāng)ARM開發(fā)板檢測(cè)到可疑目標(biāo) 時(shí)，將該可疑目標(biāo)的圖像信息傳輸至遠(yuǎn)程控制端。
[0010] 所述ARM開發(fā)板采用飛凌公司的0K6410-A，所述CMOS攝像單元采用型號(hào)為0V9650 的CMOS攝像儀，過(guò)CAM接口與ARM開發(fā)板相連，將采集到的圖像實(shí)時(shí)傳輸給ARM開發(fā)板;所述 通信模塊采用型號(hào)為WM-G-MR-09的SDI0接口 WiFi模塊，通過(guò)SDI0接口與ARM開發(fā)板相連，將 ARM開發(fā)板檢測(cè)到的包含可疑目標(biāo)的幀傳回遠(yuǎn)程控制端的PC機(jī)。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠使目標(biāo)識(shí)別算法適應(yīng)背景移動(dòng)的較復(fù)雜情況并且在 ARM平臺(tái)上運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)采集圖像和可疑目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)，可以運(yùn)用于軍事，勘測(cè)，救援 等領(lǐng)域。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)框圖。
[0013] 圖2為本發(fā)明的歸一化二值梯度直方圖的目標(biāo)檢測(cè)算法原理圖。
[0014] 圖3為不同大小圖形的歸一化二值梯度直方圖。
[0015] 圖4為不同方向圖形的歸一化二值梯度直方圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0017] 如圖1所示，本發(fā)明的硬件組成，主體是0K6410-A開發(fā)板，外圍CAM 口接CMOS攝像 頭；串口連接通信模塊。連線僅表示數(shù)據(jù)的主要連接關(guān)系，而并非為了體現(xiàn)所有單元的信號(hào) 和電路的連接關(guān)系。CMOS攝像單元采用型號(hào)為0V9650的CMOS攝像頭，采集圖像信息。通信模 塊為型號(hào)WM-G-MR-09的SDI0接口 WiFi模塊，將攝像頭采集的圖像信息傳回遠(yuǎn)程控制端。
[0018] 圖2給出本發(fā)明目標(biāo)檢測(cè)的算法設(shè)計(jì)，模板匹配是常用的目標(biāo)檢測(cè)方法，比起其他 復(fù)雜度高的算法，它計(jì)算量小，適于ARM運(yùn)行，且可以處理比較復(fù)雜的情況。同時(shí)直方圖模板 匹配很好的解決了圖像中目標(biāo)和模板尺度，方向不一致等問(wèn)題，積分圖的使用也大大減少 了計(jì)算量。只有當(dāng)ARM檢測(cè)到目標(biāo)時(shí)，才將攝像頭拍攝的畫面?zhèn)骰剡h(yuǎn)程控制端，既能自動(dòng)尋 找可疑目標(biāo)又可以避免不必要的傳輸。
[0019] 本發(fā)明目標(biāo)檢測(cè)算法采用執(zhí)行基于歸一化二值梯度直方圖的目標(biāo)檢測(cè)算法，主要 過(guò)程如下：
[0020] 將圖像化為灰度圖，用Sobel差分算子計(jì)算像素點(diǎn)（x，y)的水平梯度值▽：/；和垂直 、 (Vf \ 梯度值V/,，該點(diǎn)的梯度方向用MwbtaiT1 $計(jì)算得到。為減小計(jì)算量，將梯度值二值 化，定義為：
[0021]
[0022] 其中T為梯度閾值，經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，T設(shè)為10。將梯度的方向量化為16份，量化間隔ΔΘ = 22.5°，量化后的梯度方向值6= 4 Δ?/
[0023] 為了進(jìn)行直方圖的匹配，要統(tǒng)計(jì)任意區(qū)域內(nèi)的直方圖，為了減少計(jì)算量，采用積分 圖的方法，（x，y)點(diǎn)積分直方圖計(jì)算公式如下:H(x，y，r)=H(x-l，y，r)+H(x，y-l，r)-H(x-l， y-1,r)+Q(R(x,y),r),
[0024]
[0025] 其中b為(x，y)點(diǎn)的梯度方向，r為記錄(x，y)點(diǎn)左上方區(qū)域內(nèi)各個(gè)方向上梯度累積 幅值的方向變量，每當(dāng)包含一個(gè)新點(diǎn)（X，y)時(shí)，就在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向上累加其幅值，其他方 向上不累加。
[0026] 任意矩形區(qū)域Γ的直方圖可由下式計(jì)算得到：
[0027]
是區(qū)域Γ的范圍。
[0028] 直方圖序列為：Hr = {hr( i) }i=Q, 22.5,45. . .157.5
[0029] 其中，i表示角度，分別取0°，22·5°，45°……157.5°。
[0030] 因?yàn)楹脚牡玫降膱D像基本為俯拍，拍攝角度單一，這里用模板匹配的方法，匹配所 用的模板為車輛，武器的俯視圖。將滑窗依次掃過(guò)圖像進(jìn)行匹配，下一輪將滑窗面積變成原 來(lái)1.2倍繼續(xù)上述過(guò)程(如圖2)。為了解決圖中目標(biāo)和模板尺度不同的問(wèn)題，將直方圖進(jìn)行 歸一化其中S為區(qū)域Γ內(nèi)的像素?cái)?shù)，如圖3。而圖中目標(biāo)和模板方向的不同在直 方圖上體現(xiàn)為循環(huán)位移，如圖4。匹配程度由相似度指標(biāo)來(lái)度量：=五其中 為的k位循環(huán)位移，互r為模板的直方圖，E {}為取期望。
[0031]以上雖然描述了本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些 僅是舉例說(shuō)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不背 離本發(fā)明的原理和實(shí)質(zhì)的前提下，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變更或修改，但這些變更 和修改均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，搭載于無(wú)人機(jī)上，其特征在于，包括： CMOS接口攝像頭，采集航拍區(qū)域的圖像信息； ARM開發(fā)板，接收CMOS接口攝像頭所采集的信息，執(zhí)行基于歸一化二值梯度直方圖的目 標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)； 通信模塊，在無(wú)人機(jī)與遠(yuǎn)程控制端之間傳輸信息，當(dāng)ARM開發(fā)板檢測(cè)到可疑目標(biāo)時(shí)，將 該可疑目標(biāo)的圖像信息傳輸至遠(yuǎn)程控制端。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述ARM開發(fā)板 采用飛凌公司的0K6410-A，所述CMOS攝像單元采用型號(hào)為0V9650的CMOS攝像儀，過(guò)CAM接口 與ARM開發(fā)板相連，將采集到的圖像實(shí)時(shí)傳輸給ARM開發(fā)板;所述通信模塊采用型號(hào)為WM-G-MR-09的SDI0接口 WiFi模塊，通過(guò)SDI0接口與ARM開發(fā)板相連，將ARM開發(fā)板檢測(cè)到的包含可 疑目標(biāo)的幀傳回遠(yuǎn)程控制端的PC機(jī)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述基于歸一 化二值梯度直方圖的目標(biāo)檢測(cè)算法包括如下步驟： 首先，將接收到的圖像轉(zhuǎn)為灰度圖，用Sobel差分算子計(jì)算像素點(diǎn)（x，y)的水平梯度值 ▽乂和垂直梯度值，該點(diǎn)的梯度方向.為減小計(jì)算量，將梯度值二值 化，定義為：其中T為梯度閾值，設(shè)為10，將梯度的方向量化為16份，量化間隔△ Θ = 22.5°，量化后的然后，采用積分圖的方法統(tǒng)計(jì)任意區(qū)域內(nèi)的直方圖進(jìn)行直方圖的匹配，（x，y)點(diǎn)積分直 方圖計(jì)算公式如下： H(x,y,r)=H(x-l ,y,r)+H(x,y-l ,r)-H(x-l ,y-l ,r)+Q(R(x,y) ,r),其中b為(x，y)點(diǎn)的梯度方向，r為記錄(x，y)點(diǎn)左上方區(qū)域內(nèi)各個(gè)方向上梯度累積幅值 的方向變量，每當(dāng)包含一個(gè)新點(diǎn)（X，y)時(shí)，就在該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方向上累加其幅值，其他方向上 不累加； 任意矩形區(qū)域Γ的直方圖由下式計(jì)算得到：區(qū)域Γ的范圍； 直方圖序列為:Hr = {hr(i) }i=Q,22.5,45. ..157.5 其中，i表示角度，分別取0°，22.5°，45°……157.5°。 最后，用模板匹配法，將滑窗依次掃過(guò)圖像進(jìn)行匹配，匹配所用的模板為車輛、武器的 俯視圖。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述模板匹配 法中，下一輪匹配時(shí)，將滑窗面積變成上一輪的1.2倍。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，為了解決圖中 目標(biāo)和模板尺度不同的問(wèn)題，將直方圖進(jìn)行歸一化：，其中S為區(qū)域Γ內(nèi)的像素 數(shù)，圖中目標(biāo)和模板方向的不同在直方圖上體現(xiàn)為循環(huán)位移，匹配程度由相似度指標(biāo)D來(lái)度 量：，其中互f為的k位循環(huán)位移，為模板的直方圖，E{}為取期望。
【專利摘要】基于ARM平臺(tái)的航拍目標(biāo)檢測(cè)系統(tǒng)，搭載于無(wú)人機(jī)上，包括：CMOS接口攝像頭，采集航拍區(qū)域的圖像信息，ARM開發(fā)板，接收CMOS接口攝像頭所采集的信息，執(zhí)行基于歸一化二值梯度直方圖的目標(biāo)檢測(cè)算法，對(duì)可疑目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)；通信模塊，在無(wú)人機(jī)與遠(yuǎn)程控制端之間傳輸信息，當(dāng)ARM開發(fā)板檢測(cè)到可疑目標(biāo)時(shí)，將該可疑目標(biāo)的圖像信息傳輸至遠(yuǎn)程控制端，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠使目標(biāo)識(shí)別算法適應(yīng)背景移動(dòng)的較復(fù)雜情況并且在ARM平臺(tái)上運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)采集圖像和可疑目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)，可以運(yùn)用于軍事，勘測(cè)，救援等領(lǐng)域。
【IPC分類】G06T7/20, H04N7/18
【公開號(hào)】CN105678805
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610007048
【發(fā)明人】覃征, 徐凱平, 王國(guó)龍, 李志鵬, 李勝男, 張任偉, 楊曉, 陳旭, 徐濤, 黃晨婕
【申請(qǐng)人】清華大學(xué)
【公開日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年1月5日