[发明专利]以二维单基色对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置

权利要求书

1.以二维单基色对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，由一台计算机及其摄像头组成，其特征在于，所述计算机还配置有摄像头拍摄及二维单基色边方向数据帧匹配测量位移程序。

2.根据权利要求1所述的以二维单基色对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置，其特征在于，所述摄像头拍摄及二维单基色边方向数据帧匹配测量位移程序提供了一种使用计算机摄像头以二维单基色对比度为特征实施帧匹配测量二维位移的方法，包括：

步骤一、以位图(M×N，M，N∈正整数)的格式，拍摄一帧被测物体的图像，作为参考帧；以该帧像素阵列左上角的第一个像素的位置为原点，向右方向为x轴方向，垂直向下方向为y轴方向，所取坐标轴的单位为一个像素的大小；在所述像素阵列的中央选取一个区域，大小为m₀×n₀，m₀，n₀∈正整数，称之为比较窗，它距离所述像素阵列的水平方向和垂直方向的边缘像素各有h和v个像素，即有：m₀+2h＝M，n₀+2v＝N，h，v∈正整数；选取三种基色(红、绿和蓝色)之一作为本测量的对象；

步骤二、对于上述参考帧，逐像素行、逐像素列地分别导出沿X轴方向和Y轴方向的关于所选取单基色的边方向数据，共有两帧，并以3bit的二进制数值001，010和100分别表示其中的正边、负边以及第三类边；

步骤三、上述拍摄以后，经过一段时间Δt，拍摄第二帧位图，作为取样帧；

逐行、逐列确定该取样帧中沿X轴方向和Y轴方向的关于所取单基色的边方向数据，共有两帧，以二进制数值001，010和100分别表示其中的正边、负边以及第三类边；

步骤四、沿X轴方向和Y轴方向，把所述参考帧内比较窗在所述取样帧范围里进行9×9交叉关联匹配(a＝-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4，b＝-4，-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，+4)，对于所述参考帧和所述取样帧各自对应的所取单基色的两帧边方向数据，分别计算并得到2×1＝2组关于所取单基色帧的交叉关联匹配系数，共产生9×9×2＝162个交叉关联匹配系数cross_correlation(a，b)；

步骤五、对于上述各组交叉关联匹配系数，分别取其中值最大者，作为所述取样帧对应的所取单基色帧相对所述参考帧对应的所取单基色帧分别沿X轴方向和Y轴方向移动的方向以及移动的幅度，例如所取单基色如为红色，则有：

Δ_红xx＝a₁，Δ_红xy＝b₁，Δ_红yx＝c₁，Δ_红yy＝d₁；

式中，下标x、y分别表示各边方向数据所沿的坐标轴方向；

本次测量中，沿X轴方向和Y轴方向，所述取样帧相对所述参考帧移动的方向以及移动的幅度分别是：Δx(i,j)=a1+c12=e,Δy(i,j)=b1+d12=f]]>

式中，i表示本次测量拍摄的顺序计数，j表示所取参考帧的顺序计数；测量过程中，物体总的相对位移矢量是：

Δx₀(i，j)＝Δx₀(i-1，j)+Δx(i，j)＝Δx₀(i-1，j)+e，

Δy₀(i，j)＝Δy₀(i-1，j)+Δy(i，j)＝Δy₀(i-1，j)+f

式中，(Δx₀(i-1，j)，Δy₀(i-1，j))表示本次测量之前累积的位移；

步骤六、物体的速度矢量是：

Δv_x(i，j)＝Δx(i，j)/Δt＝e/Δt，Δv_y(i，j)＝Δy(i，j)/Δt＝f/Δt；

步骤七、如果|Δx₀(i，j)-Δx₀(k，j-1)|≥2m/5，或|Δy₀(i，j)-Δy₀(k，j-1)|≥2n/5，其中，k＝max(i)|(j-1)表示在所述参考帧顺序计数为j-1的情况下最后-次拍摄的顺序计数值，即在所述参考帧没有发生变化的条件下，其中的比较窗发生的相对位移之累积已经超出该比较窗的幅度的2/5，这时，用最新的取样帧取代所述参考帧，其比较窗重新定位在新的参考帧的中央部位；

如果|Δx₀(i，j)-Δx₀(k，j-1)|＜2m/5且|Δy₀(i，j)-Δy₀(k，j-1)|＜2n/5，不更新所述参考帧，而是把所述参考帧里的比较窗发生相对位移Δx＝-e，Δy＝-f；

步骤八、调整步骤四中所述交叉关联匹配算子阵列的大小：

如果|e|≤3且|f|≤3，改取7×7：a＝-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，b＝-3，-2，-1，0，+1，+2，+3，

如果|e|≤2且|f|≤2，改取5×5：a＝-2，-1，0，+1，+2，b＝-2，-1，0，+1，+2，

否则，仍然取为9×9关联匹配算子阵列；

步骤九、上述拍摄以后，又经过一段时间Δt，拍摄第三帧位图，作为新取样帧；

逐行、逐列分别导出该取样帧沿X轴方向和Y轴方向的关于所取单基色的边方向数据，共有两帧，以二进制数值001，010和100分别表示其中的正边、负边以及第三类边；

步骤十、按照步骤八中确定的交叉关联匹配算子阵列，对于所述参考帧内所取单基色沿X轴方向和Y轴方向的两帧边方向数据，把其比较窗里的边方向数据分别在所述新取样帧范围里进行对应的边方向数据交叉关联匹配计算，具体算法同步骤四；

步骤十一、跳转到步骤五，继续测量。