[发明专利]快速测量亚像素位移的峰谷运动探测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于数字图像测量技术领域，特别是涉及采用计算机摄像头无接触测量物体的二维微小位移的方法及其装置。

背景技术

发明专利申请“测量亚像素位移的峰谷运动探测方法及装置”(申请号：200910190924.1)借签了”Method and sensing device for motion detection in an optical pointing device，such as an optical mouse”(US 7,122,781B2，Oct.17，2006，Rotzoll et al.)中关于测量相对运动的位移的“Peak/Null Motion Detection Algorithm”的思想，考虑了光电探测传感器远离被探测目标的情况，分析并提出了一种新的探测位移的算法。该发明专利申请以普通的计算机摄像头中的光电传感器阵列为位移传感器，根据图像帧像素的RGB数据，分别计算出三种基色的描述邻近像素之间的光强的差的边的方向信息，再提取出被测物体表面的反射光图案中三种基色的物理明暗对比度分布特征，即“峰”和“谷”，籍此测量亚像素位移。由于对三种基色的波长同时分别进行测量计算，又辅之以平均算法，克服了其它波长受环境光照变化的影响，在相当的程度上减小了测量的误差(≤±0.25L_{像素-像素}～±0.5L_{像素-像素})。虽然该发明只选取反射面图像帧对比度变化最大的一行和一列作为测量的代表，但是，相关的计算还是需要花费不少的时间，会影响测量进行的速度。

发明内容

针对照明环境相对均匀、稳定的情况，本发明提供一种测量速度较快的快速测量亚像素位移的峰谷运动探测方法及装置，它以计算机摄像头为光电转换传感器，即时地拍摄被测量的物体，再经过峰/谷业像素位移探测算法处理，获得该物体在与摄像头的光轴相垂直的平面上的微小的二维位移矢量和速度矢量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：计算机摄像头通过USB接口连接到一台普通的计算机，该计算机配置USB接口、内存、CPU、硬盘、显示卡与显示器、键盘和鼠标、操作系统、摄像头驱动程序以及摄像头拍摄及峰/谷业像素位移探测程序，该程序包括下述步骤：

步骤一、拍摄一帧(M行×N列)被测物体，不考虑该图像帧的边上的两行与两列，得到参考帧[(M-2)行×(N-2)列]，为该参考帧以及其后所有拍摄的图像帧确定相同的坐标轴，其中，M，N∈正整数；

步骤二、对于上述参考帧之像素阵列，逐行、逐列导出沿X轴和Y轴方向的像素亮度的边方向数据；

步骤三、分别逐行、逐列计算像素亮度的正边和负边的数目之和，取其中正边和负边的数目之和最多者所在的行与列分别作为观测行和观测列；

步骤四、根据所选观测行与观测列的像素亮度的边方向数据，分别导出沿X轴和Y轴方向的像素亮度的边反射状况，并分别使用累加器计数它们所对应的峰、谷的数目：N_X轴峰(j)、N_X轴谷(j)、N_Y轴峰(j)和N_Y轴谷(j)，其中，j表示拍摄获得的帧的顺序计数值，j∈正整数，N表示数目(Number)；

步骤五、拍摄了所述参考帧之后，经过一定的间歇时间dt，拍摄第二帧被测物体的像(M×N)，去掉像素帧边缘的两行和两列得到比较帧[(M-2)×(N-2)]；沿着步骤三中选定的观测行或观测列，分别导出沿X轴和Y轴方向的像素亮度的边方向数据和边反射状况，并分别使用累加器计数沿着X轴和Y轴方向的峰、谷的数目：N_X轴峰(j+1)、N_X轴谷(j+1)、N_Y轴峰(j+1)和N_Y轴谷(j+1)；

步骤六、对比所述参考帧与所述比较帧中所选观测行与观测列的像素亮度的边反射状况的位置，检查其中的那些不知道来自何处的“鬼影边反射状况”：对于所选观测行或观测列，在所述参考帧发现的峰或谷在所述比较帧的相应位置及其附近的一个像素间距范围内发生缺失，或者，在所述比较帧发现的峰或谷在所述参考帧的相应位置及其附近的一个像素间距范围内发生缺失，这时，用二个累加器分别统计和跟踪它们的数目：N_X鬼影边(j+1)、N_Y鬼影边(j+1)；如果

或