[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

说明书

技术领域

本发明涉及数字图像测量技术领域，特别是采用计算机摄像头测量物体的二维微小位移的方法及其装置。

背景技术

为了发挥计算机摄像头的光电传感器阵列的功能，最近提交的发明专利“以二维三基色对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置”(申请号：200910191320.9)分解图像帧为三幅基色帧，分别提取它们各自的基色对比度作为其图像的特征，并应用关联匹配技术测量物体的微小的位移，取其平均值作为测量结果，充分地利用光电探测传感器的性能。另一份发明专利“以二维对比度为特征帧匹配测量位移的方法及装置”(申请号：200910190925.6)提取图像帧的明暗对比度作为图像的特征，应用关联匹配技术测量物体微小位移。所述两份专利的测量方法新颖，但是，前者的分析运算量较大，影响测量速度，后者会受到测量环境中有关波长光照及其变化的影响。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供一种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，它利用计算机摄像头，通过拍摄，测量物体在与摄像头的光轴相垂直的平面上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：一台计算机安装一个计算机摄像头，并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；该程序体现了以二维单基色对比度为特征通过帧匹配测量位移的方法，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；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；选取三基色(红、绿和蓝色)之一为本测量的

k＝max(i)|(j-1)表示在所述参考帧顺序计数为j-1的情况下最后一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；

逐像素行、逐像素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；

步骤十、按照步骤八中确定的交叉关联匹配算子阵列，类似步骤四，把所述参考帧内比较窗里对应的所取单基色沿X轴方向或Y轴方向的边方向数据在所述新取样帧范围里对应的所取单基色的边方向数据进行交叉关联匹配计算；

步骤十一、跳转到步骤五，继续测量。

实际测量过程中，还可以进一步实施测量定标，籍此获得直接的测量结果。

上述步骤二、三和九中所述边方向数据的定义是：

像素阵列中，沿着X轴或者沿着Y轴方向，如果一个像素的亮度值或其三基色之一(红或绿或蓝色)的亮度值比其后面的第二个像素相应的亮度值还要小一个误差容限值error，即如果I(X，Y)＜I(X+2，Y)-error或I(X，Y)＜I(X，Y+2)-error

则定义这两个像素之间存在一个沿该轴方向的关于像素亮度或该基色的正边；如果一个像素的的亮度值或其三基色之一(红或绿或蓝色)的亮度值比其后面的第二个像素相应的亮度值还要大一个误差容限值error，即如果