[发明专利]基于时域视觉传感器的运动目标跟踪系统及测速方法

说明书

本专利得到国家自然科学基金项目（61274021）资助。

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种基于时域视觉传感器的运动目标跟踪系统及运动目标跟踪与测速方法。

背景技术

图像信息占到人类信息来源的80%以上。目前硅基半导体图像传感器（包括CCD以及CMOS图像传感器）是最主要的可见光成像器件。从成像原理来说，当前使用的图像传感器都是基于“帧采样”方式，其成像过程如下：

1、所有像素同时复位后开始感光（收集光电荷），在达到设定曝光时间后停止感光；

2、依次读出每个像素所收集的光电荷，并将其转换为电压；

3、该电压经模数转换后变为数字量，输出后存储。该数字量即为该点的亮度值。所有像素亮度值组成的二维矩阵即为所拍摄图像。

 在使用上述“帧采样”图像传感器（相机）的机器视觉系统中，计算机依次处理相机拍摄的图像序列（通常为30帧/秒），采用各种图像处理算法提取图像中的目标并进行各种判别与分析。

  上述“帧采样”成像方式对于运动目标跟踪与分析存在以下缺点：

（1）数据冗余。相邻两帧间存在大量冗余信息，与上一帧完全相同的背景区域被重复采样读出。这些冗余信息同时对机器视觉系统带来了巨大的处理和存储压力；

（2）高延迟。场景中发生的变化并不能被马上感知并输出，而必须按照“曝光时间”内的累计方式在曝光结束后输出。这种“变化—感知”之间的高延迟对于高速运动目标的跟踪与识别显然是不利的，拍摄帧频越低且运动速度越快，则检测结果的间断性越明显。而如果采用更高帧频的拍摄速度，则由数据冗余带来的处理与存储压力会更加巨大。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的技术问题，提供了一种基于时域视觉传感器的运动目标跟踪系统及运动目标跟踪与测速方法。

本发明为解决这一问题所采取的技术方案是：

一种基于时域视觉传感器的运动目标跟踪系统，包括ATVS单元、接口控制器、FIFO存储器和执行聚簇算法的嵌入式处理器，ATVS单元包括异步自触发像素阵列和输出仲裁电路。

一种基于时域视觉传感器的运动目标跟踪与测速方法，包括如下步骤：

ATVS单元中的各像素自主地检测所感受的光强是否发生变化，如果发生变化，则像素产生的AE通过芯片级的串行总线异步输出，像素间互不关联；此时AE表示为AE=（x,y,P）,其中（x,y）为该像素在VS像素阵列中的地址，P表示该AE的极性，这种采用地址来表示AE的方法称为地址事件表示；各个AE经过输出仲裁电路的判决按顺序输出；

ATVS单元输出的每一个AE被接口控制器赋予一个时间戳T，该时间戳指出事件的具体输出时间，此时，AE重新表示为AE=（x,y,P,T）；

经接口控制器标记时间戳的AE被送入FIFO存储器，并由嵌入式处理器执行聚簇算法，将属于一个运动目标的所有AE事件进行归类；

将经聚簇算法得到的簇信息从ATVS像素阵列坐标转换为相机视场坐标，从而得到运动目标的运动轨迹。

其中，聚簇算法的具体步骤如下：

创建簇列表CL，并设置初始参数；簇的数据结构为：{活跃度Activity，创建时间CT，簇中心Center(x,y,T),等效半径R,搜索半径RK，轨迹列表TL{}，速度列表VL{}，AE链表AL,序号N}，簇列表中的簇按照其活跃度排序；

读取一个新的AE=（x,y,P,T），将其加入一个簇中，更新簇的各属性；

更新簇列表：当有AE被并入某簇并对该簇的属性进行更新后，按照簇的活跃度对簇列表进行重新排序，活跃度为0的簇最为活跃；活跃度排序后，删除活跃度高于活跃度阈值的簇。

将簇信息从ATVS像素阵列坐标转换为相机视场坐标包括位置转换和速度转换，位置转换的公式如下：

                                                 

W，H：视场宽度和高度；w，h：ATVS像素阵列的宽度和高度；

X，Y：相机视场坐标系的位置；x，y：ATVS像素阵列坐标系的位置；

速度转换的公式如下：

 

W，H：视场宽度和高度；w，h：ATVS像素阵列的宽度和高度；

V：相机视场坐标系的速度；v：ATVS像素阵列坐标系的速度。。

本发明具有的优点和积极效果是：