[发明专利]基于全局特性差异的CCD阵列视频定位方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频定位技术，特别是一种使用CCD阵列快速确定和跟踪目标位置的方法，可用于多种需要快速三维测量定位的场合，还可以用于警戒性探测，检测是否有目标接近CCD阵列。

背景技术

视频定位是一种非接触式目标定位方法，相对于传统的电磁式和超声式定位设备，视频定位设备构造简单、不易受外界干扰，在虚拟现实系统、自动化生产线和机器人导航等领域具有广泛的应用。视频定位目前主要采用的有基于单摄像机，基于双摄像机和基于多摄像机系统的三维信息获取方法和装置。现有方法都基于传统的视觉几何计算，离不开立体匹配技术，立体匹配技术在理论上是完美的，但在实际应用中因为无法快速准确的找到匹配点，使以上三维信息获取方法的鲁棒性不高，而且运算量大。

基于阵列摄像机的深度图实时获取方法(申请号：200910098790.0)由一个3D摄像机提供的低分辨率深度图来得到若干个可见光摄像机视点上的高分辨率深度图。虽然也采用阵列摄像机，但是只获取深度信息，无法得到完整的三维信息，完成目标的定位功能。

基于摄像机阵列的三维实时获取系统(申请号：200810062878.2)由多个高分辨率摄像机和一个较低空间分辨率TOF摄像机组成阵列，首先利用TOF摄像机获取空间分辨率较低的场景三维信息初始值，通过摄像机标定建立TOF摄像机与各台高分辨率摄像机位置关系的严格对应性，将深度信息映射优化，最终通过配准获得三维信息。该系统需要对TOF摄像机和各台高分辨率摄像机在所覆盖的共同空间上达到严格的对应关系，一旦配准信息稍有误差，所计算出的三维信息将出现较大的误差。

发明内容

本发明的目的是克服现有目标定位技术的不足，提供一种利用CCD阵列对目标进行视频定位的技术和系统，它利用CCD阵列中各个彩色面阵CCD拍摄到图像全局特性的差异，并利用阵列对视区空间的分割特性定位，具有计算简便、实时性高、定位范围大、目标接近阵列时特别灵敏等特点。特别适用于需要在较大范围内对目标进行快速粗略定位的场合。如虚拟现实系统中对体验者的头、手、手指等进行快速定位，提高交互体验的真实性。本发明具有目标越接近阵列，定位方法的目标检测越灵敏的特点。因此还可以用于警戒性探测，检测是否有目标接近CCD阵列，并获知接近程度。

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明基于全局特性差异的CCD阵列视频定位方法，其特征在于包括如下步骤：

1)以固定间距将n×m台摄像机安装在平面板上构成彩色面阵CCD阵列，其中n为每行的摄像机数，m为每列的摄像机数，每个摄像机的焦距和视场角相同，将整个视场分割成形状和坐标平面内投影面积相同的菱形视场区域；

2)彩色面阵CCD阵列采集的模拟视频信号经过视频信号放大与滤波模块放大去噪后，被送入视频信号模数转换模块转换为YUV格式的数字视频信号；

3)每个面阵CCD对应的YUV数字视频信号被送入FPGA处理模块，按像素将Y、U、V分量分别累加，得到第i个CCD的全局特性向量W_i；

4)对整个阵列的全局特性向量再求取平均值W_aver，分别与第i个CCD的全局特性向量Wi求广义距离|W_i-W_aver|：如果|W_i-W_aver|≥δ，则认为目标出现在相应的摄像机图像中；

5)通过拍摄到目标的这些CCD的序号就可以确定目标在视场的哪一个菱形区域，设定目标位置的估计值为菱形的中心，即可对目标进行快速定位。

本发明有益的效果是：无需任何的接收装置，对定位目标无须任何改装，如果用来定位头、手、手指等没有任何的束缚感。利用CCD图像的全局特性信息来快速判断目标是否出现在图像中，无需复杂的计算机视觉计算，就可确定目标的三维位置信息。完全的硬件实现，便于扩展，计算简便，实时性高。视场不受约束，可以通过增加CCD的数量来扩大用于目标定位的区域。根据具体应用的要求，还可以灵活地改变目标定位的精度。如需提高定位精度，只需改变CCD的焦距或安装的间距，减小菱形视场区域的大小。目标越接近阵列，广义距离|W_i-W_aver|越大，本发明的检测灵敏度随目标接近阵列而增强。

附图说明

图1为基于全局特性差异的摄像机阵列视频定位系统的系统构成图。

图1标号名称：1-待定位的目标；

2-目标在XY平面内的投影；

3-目标在YZ平面内的投影；