ES2346949B1 - Procedimiento de identificacion de objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminacion variable y sistema para llevar a cabo dicho procedimiento. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de identificación de objetos
reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable y
sistema para llevar a cabo dicho procedimiento.
Procedimiento de identificación de objetos (1)
reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable por
captura y tratamiento de imágenes obtenidas con una cámara, que
comprende las etapas de realizar una predicción de condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
obtenidas, adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la
cámara (2) a dichas condiciones de iluminación predichas, obtener
mediante la cámara (2) al menos una imagen del objeto reflectante,
en el que la predicción de las condiciones de iluminación comprende
las subetapas de, determinar el acimut (Az) de la dirección del
objetivo de la cámara (2), su posición geográfica, la hora
universal, y a partir de estos, realizar una predicción de la
radiación solar reflejada para adaptar el tiempo de exposición y/o
la abertura de la cámara (2) con vistas a identificar el objeto
(1).
Description
Procedimiento de identificación de objetos
reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable y
sistema para llevar a cabo dicho procedimiento.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de identificación de objetos reflectantes sometidos a
condiciones de iluminación variable y a un sistema para llevar a
cabo dicho procedimiento, que permiten identificar objetos por
captura de imágenes con cámaras en condiciones de iluminación
fuertemente variables.
Son conocidos los procedimientos de
identificación de objetos reflectantes sometidos a condiciones de
iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas
de dichos objetos reflectantes por al menos una cámara.
En condiciones de iluminación variable, una
buena calidad de imagen se obtiene adaptando convenientemente los
parámetros del objetivo, como son la abertura del objetivo y/o el
tiempo de exposición. Habitualmente, en cámaras de tipo CCD el
objetivo permanece siempre abierto, realizándose el control de la
exposición por control del tiempo de lectura y refresco de los
píxeles de la cámara.
Sin embargo, cuando el objeto a identificar está
en movimiento, por ejemplo matrículas de vehículos o bien rostros de
personas, esta adaptación puede no ser lo suficientemente rápida
para capturar a tiempo el objeto a identificar.
Una solución conocida consiste en determinar de
manera automática los mejores parámetros para la captura en función
de medidas de luminosidad de la escena que capturan.
Este método, ampliamente aceptado por la
industria fotográfica, tiene limitaciones cuando se trata de
analizar las imágenes de forma automática en los llamados sistemas
de visión artificial.
En esos casos, los parámetros óptimos para la
captura de una imagen de la escena no son necesariamente útiles para
el análisis de la imagen.
En concreto, no son adecuados cuando los objetos
o regiones de interés para la aplicación tienen unas condiciones de
luminosidad muy diferentes de la luminosidad media de la escena.
Aunque existen aproximaciones tecnológicas
orientadas a producir sensores de imagen con rango dinámico amplio,
su objetivo es normalmente obtener la mejor imagen de la escena y no
consiguen mostrar con calidad los objetos de interés en todas las
situaciones.
La luminosidad ambiental es insuficiente para
determinar el tiempo de exposición de la escena óptima para un
objeto puesto que depende de los siguientes parámetros:
- La luminosidad ambiental de la escena, la cual
depende de las fuentes de luz y de las reflexiones en otros
elementos de la escena,
- La posición de la fuente de luz, por ejemplo,
la posición del sol y/o
- El índice de reflectividad del objeto, la cual
es muy diferente en un objeto oscuro y mate que en un objeto claro y
brillante.
\vskip1.000000\baselineskip
Se han propuesto diversas soluciones para dar
solución a este inconveniente, las cuales consisten en general en
aplicar un procedimiento que comprende las etapas de:
- realizar una predicción de condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
obtenidas,
- adaptar el tiempo de exposición y/o la
abertura de la cámara a dichas condiciones de iluminación
predichas,
- obtener mediante la cámara al menos una imagen
del objeto reflectante,
para posteriormente tratarlas con la finalidad
de identificar el objeto buscado.
\vskip1.000000\baselineskip
En general, si los requisitos de velocidad de
respuesta del sistema, es decir la captura y tratamiento de
imágenes, lo permite, se hace una hipótesis de rango de iluminación,
para realizar múltiples tomas de imagen con diferentes tiempos de
exposición, para luego seleccionar de forma automática las que
ofrecen más información sobre el objeto a identificar.
\global\parskip0.950000\baselineskip
Sin embargo, las nuevas aplicaciones, en
especial en exteriores, suponen un reto debido a las variaciones
extremas de la reflexión de la luz del Sol sobre objetos que se
mueven a gran velocidad, que van desde la oscuridad total de noche
en carreteras interurbanas hasta una radiación muy intensa en verano
al mediodía.
Además, esta variabilidad de la luz queda
localizada de modo que es prácticamente imposible ajustar
correctamente los parámetros de la cámara para una medida media de
la iluminación.
Como solución, se han propuesto soluciones
basadas en sensores inteligentes que intentan anticipar las
condiciones de reflexión de la luz sobre las matriculas, o bien
sistemas basados en la utilización de un sensor de luz
ambiental.
Estos sistemas de predicción se pueden completar
con sistemas de multi-exposición, que emplean
cámaras de capturas de imágenes a alta velocidad.
En estos sistemas, ya desarrollados por el
solicitante, se dispone de un dispositivo FPGA conectado a una
cámara de megapíxeles de alta velocidad. La combinación de estos dos
elementos permite la adquisición y el análisis de un elevado número
de imágenes, del orden de mil, para grupos de, por ejemplo, cuatro
tiempos de exposición.
Este enfoque con
multi-exposición permite disponer de un elevado
número de imágenes de una misma escena con diferentes parámetros de
exposición, de entre las cuales se escogen las mejores muestras
desde el punto de vista de la identificación del objeto.
Esta técnica de multi-exposición
se puede combinar con las técnicas de predicción antes mencionadas,
para acotar los parámetros de la cámara, y por ejemplo seleccionar
un grupo de tiempos de exposición y aumentar las probabilidades de
obtener imágenes de calidad con vistas a identificar el objeto.
Ahora bien, a pesar de esta selección previa de
rangos, el solicitante ha podido comprobar que con la tecnología
disponible, la identificación del máximo número de objetos aún no es
óptima, y por lo tanto considera necesario mejorar los siguientes
actuales.
Para ello, la presente invención propone con la
presente invención solucionar el problema capturando a alta
velocidad múltiples imágenes con diferentes tiempos de exposición y
buscando los objetos en todas ellas mediante algoritmos de análisis
de imagen, para finalmente construir una nueva imagen en la que
todos los objetos de interés son visibles de forma óptima para la
aplicación.
Concretamente, la invención alcanza los
objetivos propuestos mediante un procedimiento de identificación de
objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable
por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos
reflectantes por al menos una cámara, que comprende las etapas
de:
- realizar una predicción de condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
obtenidas,
- adaptar el tiempo de exposición y/o la
abertura de la cámara a dichas condiciones de iluminación
predichas,
- obtener mediante la cámara al menos una imagen
del objeto reflectante,
\vskip1.000000\baselineskip
que se caracteriza por el hecho de que dicha
predicción de las condiciones de iluminación susceptibles de afectar
a la calidad de las imágenes obtenidas comprende las subetapas
de,
- determinar el acimut de la dirección del
objetivo de la cámara,
- determinar la posición geográfica de la
cámara,
- determinar la hora universal,
y a partir de dicha orientación del objetivo de
la cámara, de la posición geográfica de la cámara y de la hora
universal, realizar una predicción de la radiación solar reflejada
por dicho objeto en la dirección del objetivo de la cámara y adaptar
el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara a dichas
condiciones de iluminación predichas con vistas a identificar dicho
objeto reflectante.
Con este procedimiento, se logra acotar en un
rango mucho menor que con las técnicas conocidas, los parámetros de
abertura del diafragma del objetivo y/o el tiempo de exposición que
permitirán realizar imágenes con suficiente calidad desde el punto
de vista de la identificación del objeto en cuestión.
Además, el dispositivo puede implementarse, como
se verá más abajo en un dispositivo compacto, y con requerimientos
de cálculo mínimos, puesto que la predicción del efecto de la
reflexión sobre las imágenes captadas por la cámara se realiza con
cálculos sencillos de óptica.
\global\parskip1.000000\baselineskip
Según otras características opcionales del
procedimiento de la invención, en este:
- también se obtiene su inclinación (\bullet)
con respecto al plano horizontal.
- se realiza una predicción de la orientación de
la o de las superficies reflectantes del objeto.
- se realiza previamente una hipótesis sobre el
índice de reflexión de la o de las superficies reflectantes del
objeto reflectante.
Estas etapas tiene una aplicación especial,
aunque no limitativa, para la identificación de matriculas de
vehículos en movimiento relativo con respecto a la cámara, o
cualquier otro objeto susceptible de ser identificado por obtención
y tratamiento de imágenes, como puede ser la identificación de
rostros.
Además, debido a las posibilidades de ajustar en
tiempo real los parámetros de posición, de orientación y de
inclinación de la cámara, esta puede ser también montada en soportes
móviles, ya sea en desplazamiento o en rotación.
Asimismo, el procedimiento puede completarse con
las siguientes etapas opcionales:
- previamente a las mencionadas subetapas se
realiza una medición de la luminosidad ambiental media.
- posteriormente alas etapas mencionadas, a
partir de la predicción de la radiación solar reflejada por el
objeto se determina un conjunto de tiempos de exposición que permite
cubrir los diferentes niveles de reflectividad del objeto, es decir
se realiza una multiexposición. Obviamente, el procedimiento también
se puede aplicar para una única toma.
- a continuación de la fase anterior, se realiza
la captura de una imagen para cada tiempo del mencionado conjunto de
tiempos.
- luego se busca en la imagen el objeto,
realizándose esta sub-etapa con un proceso de
localización de patrones, y finalmente
- se transmiten las regiones de la imagen que
contienen el objeto y su posición en el área de visión de la cámara
para su uso posterior según convenga.
Asimismo, la invención se refiere a un sistema
que permite llevar a cabo el procedimiento de la invención,
concretamente a un sistema de identificación de objetos reflectantes
sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y
tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes por
al menos una cámara, que comprende medios para predecir condiciones
de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes,
comprendiendo dicha cámara medios de adaptación del tiempo de
exposición y/o de la abertura de la cámara a las condiciones de
iluminación predichas, que se caracteriza por el hecho de que dichos
medios para predecir condiciones de iluminación susceptibles de
afectar a la calidad de las imágenes comprenden medios para
determinar el acimut de la dirección del objetivo de la cámara,
medios para determinar la posición geográfica de la cámara, medios
para determinar la hora universal, los cuales permiten realizar una
predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto
reflectante en la dirección del objetivo de la cámara y por lo tanto
acotar el tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara para
adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación
predichas.
El sistema puede incluir además las siguientes
características, tomadas aisladamente o bien, según convenga, según
todas las combinaciones técnicamente posibles:
- medios para determinar el acimut son una
brújula integrada en el sistema o bien una entrada que permite
introducir dicho acimut.
- los medios para determinar la posición
geográfica de la cámara son un GPS integrado o bien una entrada que
permite introducir dicha posición geográfica.
- puede comprender medios para determinar la
inclinación con respecto al plano horizontal del eje de visión de la
cámara.
- puede comprender un módulo sensor de la
iluminación ambiental.
- la brújula y el GPS están integrados en una
misma placa electrónica o chip, preferentemente implementado en
tecnología CMOS, provisto de una entrada para las señales
provenientes de la cámara, de una salida de control del tiempo de
exposición y/o de la abertura de la cámara y que está configurado
para realizar dichas predicciones.
Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto,
se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a
título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de
realización del sistema de la invención.
La figura 1 es una vista en planta que ilustra
los componentes básicos de la invención.
La figura 2 es un diagrama de bloques en el que
se esquematiza la relación entre los bloques básicos que constituyen
un sistema según la presente invención.
Con referencia a la figura 1, la invención se
refiere a un procedimiento de identificación de objetos reflectantes
1 sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y
tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes 1
por al menos una cámara 2, que comprende las etapas de:
- realizar una predicción de condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
obtenidas,
- adaptar el tiempo de exposición y/o la
abertura de la cámara 2 a dichas condiciones de iluminación
predichas,
- obtener mediante la cámara al menos una imagen
del objeto reflectante.
Estas etapas constituyen las características
comunes de las soluciones del estado de la técnica, caracterizándose
la presente invención por el hecho de que la predicción de las
condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de
las imágenes obtenidas comprende las subetapas de,
- determinar el acimut Az de la dirección del
objetivo de la cámara 2,
- determinar la posición geográfica de la cámara
2,
- determinar la hora universal,
y a partir de dicha orientación Az del objetivo
de la cámara 2, de la posición geográfica de la cámara 2 y de la
hora universal, realizar una predicción de la radiación solar
reflejada por dicho objeto en la dirección del objetivo de la cámara
2 y adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara 2 a
dichas condiciones de iluminación predichas con vistas a identificar
dicho objeto reflectante 1.
Por lo tanto, se realiza una selección que no
solamente tiene en cuenta principalmente el efecto que tendrá la
reflexión sobre la cámara de la radiación incidente sobre el
objeto.
Obviamente, opcionalmente y cuando sea posible,
se podrá realizar una predicción de la orientación de la o de las
superficies reflectantes del objeto.
Asimismo, se ha comprobado que para la finalidad
específica para la lectura de matrículas, es suficiente con conocer
la orientación de la cámara, pero en algunos casos también puede ser
interesante obtener su inclinación \bullet con respecto al plano
horizontal.
Asimismo, cuando se conozca aproximadamente el
índice de reflexión del objeto a identificar, se puede realizar
previamente una hipótesis sobre un rango de índices de reflexión de
la o de las superficies reflectantes del objeto reflectante 1, con
la finalidad de acotar aún más los parámetros de la cámara que
permiten lograr imágenes adecuada para identificarlo.
Asimismo, la invención se refiere a un sistema
de identificación de objetos reflectantes 1 sometidos a condiciones
de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes
obtenidas de dichos objetos reflectantes 1 por al menos una cámara
2, que comprende medios para predecir condiciones de iluminación
susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes, comprendiendo
dicha cámara medios de adaptación del tiempo de exposición y/o de la
abertura de la cámara 2 a las condiciones de iluminación predichas,
que se caracteriza por el hecho de que dichos medios para predecir
condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de
las imágenes comprenden medios para determinar el acimut Az de la
dirección del objetivo de la cámara 2, medios para determinar la
posición geográfica de la cámara 2, medios para determinar la hora
universal, los cuales permiten realizar una predicción de la
radiación solar reflejada por dicho objeto reflectante 1 en la
dirección del objetivo de la cámara 2 y por lo tanto acotar el
tiempo de exposi-
ción y/o de la abertura de la cámara 2 para adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación predichas.
ción y/o de la abertura de la cámara 2 para adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación predichas.
Tal como se aprecia en la figura 2, el sistema
de captura de imágenes se compone de los siguientes elementos,
combinados en un circuito electrónico compuesto de diferentes chips
soldados en una placa electrónica, o bien integrados en un único
chip, que es la opción preferida:
- \bullet
- Módulo captador de imagen (MCI). Se trata de un sensor de imágenes con tecnología CMOS o CCD. La tecnología preferida es la CMOS porque permite integrar en el mismo chip los otros elementos.
- \bullet
- Módulo localizador de objetos (MLO). Se trata de un procesador optimizado para la detección a alta velocidad de los objetos de interés en las imágenes capturadas.
- \bullet
- Módulo transmisor de imágenes (MTI). Se trata de un procesador capaz de transmitir las imágenes de los objetos detectados indicando su posición en el campo de visión del sensor de imagen.
- \bullet
- Módulo localizador de posición (MLP). Se trata de un elemento GPS capaz de determinar con precisión la posición geográfica en la que se encuentra el sistema y la hora exacta. Es un módulo opcional que permite reducir el tiempo de búsqueda de los objetos al tener un grado de libertad menos.
- \bullet
- Módulo localizador de orientación (MLO). se trata de una brújula electrónica con capacidad para localizar la orientación y comunicarla al módulo captador de imagen. Se combina con el anterior módulo para reducir el tiempo de búsqueda de los objetos.
- \bullet
- Unidad de control de coordinación de los demás módulos.
Tal como ya se ha mencionado, y expresado con
otras palabras, el procedimiento de la invención es iterativo y
consiste en capturar múltiples imágenes y buscar en ellas los
objetos de interés para una aplicación. Se realiza de forma cíclica
las siguientes cinco operaciones:
1. Medir la luminosidad ambiental media con el
módulo sensor de imagen, en la realización que dispone de este.
2. Calcular la posición del sol en función de la
latitud dada por el módulo localizador de la posición del sistema
(el GPS) y el módulo localizador de la orientación del sistema (la
brújula), y teniendo en cuanta la hora.
3. Determinar un conjunto de tiempos de
exposición que permita cubrir los diferentes niveles de
reflectividad del objeto de interés.
4. Sumar a los tiempos de exposición del
conjunto anterior una cantidad en función de la influencia del
sol.
5. Para cada tiempo de exposición candidato de
la anterior lista, realizar las siguientes acciones:
- a.
- Capturar una imagen con el tiempo de exposición candidato.
- b.
- Buscar los objetos en la imagen con un método de localización de patrones implementado a alta velocidad en el módulo localizador de objetos.
- c.
- Transmitir las regiones de la imagen que contienen el objeto y su posición en el área de visión de la cámara (posición X,Y en la imagen original).
Finalmente, aunque se haya descrito la
aplicación del procedimiento y del sistema de la invención a la
identificación de matrículas, el experto en la materia podrá
concebir su utilización en cualquier otra aplicación de
reconocimiento/identificación de objetos que se desplazan a partir
de captura de imágenes con una o varias cámaras en condiciones de
iluminación fuertemente variable.
Claims (17)
1. Procedimiento de identificación de objetos
reflectantes (1) sometidos a condiciones de iluminación variable por
captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos
reflectantes (1) por al menos una cámara (2), que comprende las
etapas de:
- realizar una predicción de condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
obtenidas,
- adaptar el tiempo de exposición y/o la
abertura de la cámara (2) a dichas condiciones de iluminación
predichas,
- obtener mediante la cámara (2) al menos una
imagen del objeto reflectante,
caracterizado por el hecho de que dicha
predicción de las condiciones de iluminación susceptibles de afectar
a la calidad de las imágenes obtenidas comprende las subetapas
de,
- determinar el acimut (Az) de la dirección del
objetivo de la cámara (2),
- determinar la posición geográfica de la cámara
(2),
- determinar la hora universal,
y a partir de dicha orientación (Az) del
objetivo de la cámara (2), de la posición geográfica de la cámara
(2) y de la hora universal, realizar una predicción de la radiación
solar reflejada por dicho objeto en la dirección del objetivo de la
cámara (2) y adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la
cámara (2) a dichas condiciones de iluminación predichas con vistas
a identificar dicho objeto reflectante (1).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación
anterior, en el que además de determinar el acimut (Az) de la
dirección del objetivo de la cámara (2), también se obtiene su
inclinación con respecto al plano horizontal.
3. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que además se realiza una
predicción de la orientación de la o de las superficies reflectantes
del objeto.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que además se realiza previamente
una hipótesis sobre el índice de reflexión de la o de las
superficies reflectantes del objeto reflectante (1).
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicho objeto reflectante es
la matrícula de un vehículo o cualquier otro objeto susceptible de
ser identificado por obtención y tratamiento de imágenes.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que previamente a las mencionadas
subetapas se realiza una medición de la luminosidad ambiental
media.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que posteriormente a partir de la
predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto se
determina un conjunto de tiempos de exposición que permite cubrir
los diferentes niveles de reflectividad del objeto.
8. Procedimiento según la reivindicación
anterior, en el que a continuación se realiza la captura de una
imagen para cada tiempo de dicho conjunto de tiempos.
9. Procedimiento según la reivindicación
anterior, en el que a continuación se busca en la imagen el objeto,
realizándose esta subetapa con un proceso de localización de
patrones.
10. Procedimiento según la reivindicación
anterior, en el que a continuación se transmiten las regiones de la
imagen que contienen el objeto y su posición en el área de visión de
la cámara.
11. Sistema de identificación de objetos
reflectantes (1) sometidos a condiciones de iluminación variable por
captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos
reflectantes (1) por al menos una cámara (2), que comprende medios
para predecir condiciones de iluminación susceptibles de afectar a
la calidad de las imágenes, comprendiendo dicha cámara medios de
adaptación del tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara
(2) a las condiciones de iluminación predichas, caracterizado
por el hecho de que dichos medios para predecir condiciones de
iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes
comprenden medios para determinar el acimut (Az) de la dirección del
objetivo de la cámara (2), medios para determinar la posición
geográfica de la cámara (2), medios para determinar la hora
universal, los cuales permiten realizar una predicción de la
radiación solar reflejada por dicho objeto reflectante (1) en la
dirección del objetivo de la cámara (2) y por lo tanto acotar el
tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara (2) para
adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación
predichas.
12. Sistema según cualquiera de las dos
reivindicaciones anteriores, en el que los medios para determinar el
acimut (Az) son una brújula integrada en el sistema o bien una
entrada que permite introducir dicho acimut (Az).
13. Sistema según la reivindicación anterior, en
el que los medios para determinar la posición geográfica de la
cámara (2) son un GPS integrado o bien una entrada que permite
introducir dicha posición geográfica.
14. Sistema según la reivindicación anterior,
que comprende medios para determinar la inclinación con respecto al
plano horizontal del eje de visión de la cámara.
15. Sistema según cualquiera de las cuatro
reivindicaciones anteriores, que comprende un módulo sensor de la
iluminación ambiental.
16. Sistema según las reivindicaciones 12 y 13,
en el que la brújula y el GPS están integrados en una misma placa
electrónica o chip provisto de una entrada para las señales
provenientes de la cámara, de una salida de control del tiempo de
exposición y/o de la abertura de la cámara (2) y que está
configurado para realizar dichas predicciones.
17. Sistema según la reivindicación anterior, en
el que dicho chip está implementado con tecnología CMOS.
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