RU2398240C1 - Method of measuring speed of extended objects - Google Patents
Method of measuring speed of extended objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2398240C1 RU2398240C1 RU2009112710/28A RU2009112710A RU2398240C1 RU 2398240 C1 RU2398240 C1 RU 2398240C1 RU 2009112710/28 A RU2009112710/28 A RU 2009112710/28A RU 2009112710 A RU2009112710 A RU 2009112710A RU 2398240 C1 RU2398240 C1 RU 2398240C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- rectangular region
- region
- frame
- histogram
- rectangular
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Image Analysis (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области цифровой измерительной техники.The invention relates to the field of digital measurement technology.
Известны способ и устройство /1/ для измерения скорости движения протяженных объектов. В основе одного из способов и реализованного на его основе устройства лежит непрерывное излучение СВЧ-сигнала, прием отраженного от объекта сигнала и его последующая обработка после гомодинного преобразования. Затем осуществляется обработка выборок сигнала с помощью дискретного преобразования Фурье с использованием алгоритма Герцеля, при этом в промежутках между выборками определяют значение промежуточного преобразования выборки сигнала, основная часть вычислений производится в промежутках между выборками, применяют весовую обработку входных данных, суммирование входных данных с наложением во времени, "скачущее" дискретное преобразование Фурье.A known method and device / 1 / for measuring the speed of movement of extended objects. One of the methods and the device implemented on its basis is based on the continuous emission of a microwave signal, the reception of a signal reflected from an object and its subsequent processing after a homodyne conversion. Then the signal samples are processed using the discrete Fourier transform using the Goertzel algorithm, while in the intervals between the samples the value of the intermediate signal sample conversion is determined, the bulk of the calculations are performed between the samples, the input data are weighted, the input data are summed over time , "hopping" discrete Fourier transform.
Недостатком является низкая функциональная возможность, поскольку измеритель обязательно должен устанавливаться вдоль оси движения объекта и при наличии многих объектов необходимо использовать много измерителей.The disadvantage is the low functionality, since the meter must be installed along the axis of movement of the object and in the presence of many objects it is necessary to use many meters.
Так же известен способ /2/ осуществления в реальном масштабе времени идентификации и локализации зоны с относительным перемещением в сцене, наблюдаемой системой наблюдения с выходным сигналом, состоящим из цифрового видеосигнала, содержащего последовательность соответствующих кадров, каждый из которых состоит из последовательности строк, каждая из которых состоит из последовательности элементов изображения, и для определения скорости и ориентированного направления перемещения, производится выполнение следующей последовательности операций над цифровым выходным видеосигналом: обработку сглаживания указанного цифрового выходного видеосигнала с использованием цифровой постоянной времени, численное значение которой может изменяться независимо для каждого элемента изображения выходного сигнала, запоминание, с одной стороны, кадра выходного сигнала после сглаживания и, с другой стороны, постоянной времени сглаживания, связанной с указанным кадром, временную обработку для каждого положения элемента изображения, заключающуюся в определении, во-первых, наличия и, во-вторых, амплитуды значимого изменения в амплитуде сигнала элемента изображения между текущим кадром и непосредственно предыдущим сглаженным и запомненным кадром, и в генерировании двух цифровых сигналов, при этом первый сигнал является двоичным, или однобитовым, сигналом с двумя возможными значениями, одно из которых представляет наличие, а другое представляет отсутствие значимого изменения между двумя последовательными кадрами, причем значение указанного двоичного сигнала изменяет запомненное значение указанной постоянной времени, чтобы уменьшить его, если указанный сигнал представляет значимое изменение, и чтобы увеличить его, если указанный сигнал не представляет такого изменения, при этом уменьшение или увеличение осуществляются количественно, тогда как второй цифровой сигнал, т.е. сигнал амплитуды, является многобитовым сигналом с ограниченным числом битов, количественно определяющих амплитуду этого изменения, и пространственную обработку, состоящую из следующих этапов для каждого кадра цифрового выходного видеосигнала: распределяют только значения части элементов изображения в кадре в заданный момент наблюдения (части, которую сканируют по матрице в течение длительности кадра), во-первых, указанного двоичного сигнала, а во-вторых, указанного цифрового сигнала амплитуды, в матрицу с числом рядов и столбцов, которое мало по сравнению с числом строк и числом элементов изображения в строке в видеосигнале, соответственно, чтобы охарактеризовать значения элементов изображения, определяют в этом двойном мгновенном матричном представлении конкретную зону, в которой указанный двоичный сигнал имеет искомое значение, представляющее наличие или отсутствие значимого изменения, а указанный цифровой сигнал амплитуды изменяется или не изменяется на значимую величину для соседних элементов изображения в матрице вдоль ориентированного направления, начиная с исходного элемента изображения, в той же самой части кадра, и поэтому в тот же самый момент наблюдения, и генерируют сигналы, представляющие наличие и локализацию зоны с относительным перемещением и относительную межкадровую скорость, и ориентированное направление этого перемещения, если оно есть, относительно окружающей ее среды, исходя из мгновенного матричного распределения упомянутых двух цифровых сигналов - двоичного сигнала и сигнала амплитуды.Also known is a method / 2 / for real-time identification and localization of a zone with relative movement in a scene observed by a surveillance system with an output signal consisting of a digital video signal containing a sequence of corresponding frames, each of which consists of a sequence of lines, each of which consists of a sequence of image elements, and to determine the speed and oriented direction of movement, the following sequence is performed operations on a digital video output signal: smoothing processing of a specified digital video output signal using a digital time constant, the numerical value of which can be changed independently for each image element of the output signal, storing, on the one hand, the frame of the output signal after smoothing and, on the other hand, the time constant smoothing associated with the specified frame, temporary processing for each position of the image element, which consists in determining, firstly, the presence and, secondly second, the amplitudes of a significant change in the amplitude of the signal of the image element between the current frame and the immediately previous smoothed and stored frame, and in the generation of two digital signals, the first signal being a binary, or single-bit, signal with two possible values, one of which represents the presence of, and the other represents the absence of a significant change between two consecutive frames, and the value of the specified binary signal changes the stored value of the specified time constant To reduce it, if said signal is a significant change, and to enlarge it if said signal is not such a change, the increase or decrease made quantified, while the second digital signal, i.e., the amplitude signal is a multi-bit signal with a limited number of bits that quantitatively determine the amplitude of this change, and spatial processing, consisting of the following steps for each frame of the digital video output signal: only the values of part of the image elements in the frame at a given moment of observation (the part that is scanned by matrix for the duration of the frame), firstly, of the specified binary signal, and secondly, of the indicated digital amplitude signal, into a matrix with the number of rows and columns, In comparison with the number of lines and the number of image elements per line in a video signal, it is small, respectively, to characterize the values of image elements, in this double instant matrix representation, a specific area is defined in which the specified binary signal has the desired value representing the presence or absence of a significant change, and the indicated digital amplitude signal changes or does not change by a significant value for neighboring image elements in the matrix along an oriented direction, I’m from the original image element, in the same part of the frame, and therefore at the same moment of observation, they generate signals representing the presence and localization of the zone with relative displacement and relative interframe speed, and the oriented direction of this displacement, if any, with respect to its environment, based on the instantaneous matrix distribution of the above two digital signals - a binary signal and an amplitude signal.
Недостатком данного способа является высокая погрешность измерения параметров подвижного протяженного объекта, обусловленная вибрацией видеокамеры, вызванной движением объекта.The disadvantage of this method is the high measurement error of the parameters of a moving extended object, due to the vibration of the camera caused by the movement of the object.
Так же известен способ /3, 4/ измерения параметров движения протяженных объектов, который включает в себя пороговую обработку текущего и предыдущего кадров, а так же нахождение разности между уровнями яркости соответствующих пикселей каждого из кадров, после чего выявляются области с наибольшей яркостью, которые несут информацию о смещении протяженного объекта. Среди таких областей выбирается область, произведение высоты и шириной которой наибольшая. По ширине выбранной области вычисляется смещение протяженного объекта за время смены кадров.Also known is the method of / 3, 4 / measuring the motion parameters of extended objects, which includes threshold processing of the current and previous frames, as well as finding the difference between the brightness levels of the corresponding pixels of each frame, after which the areas with the highest brightness that carry information about the displacement of an extended object. Among such areas, a region is selected whose product is the greatest height and width. The width of the selected area is calculated displacement of an extended object during the frame change.
Недостатком данного способа является низкая производительность вычислений за счет обработки всего кадра и высокая погрешность измерения параметров протяженного подвижного объекта, обусловленная вибрацией видеокамеры, вызванной движущимся объектом измерения.The disadvantage of this method is the low computational performance due to the processing of the entire frame and the high measurement error of the parameters of an extended moving object, due to the vibration of the camera caused by the moving measurement object.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ измерения параметров движения протяженного объекта со случайным распределением яркостей, основанный на проецировании его изображения на экран приемника излучения, выделении в изображении прямоугольной области и преобразовании элементов изображения в электрические сигналы, пропорциональные яркости изображений в выделенной области, дополнительном выделении второй прямоугольной области, границы которой ориентированы параллельно границам первой области, и получении в каждой из выделенных областей сигналов, пропорциональных средним значениям яркости /5/.The closest in technical essence to the proposed method is a method for measuring the motion parameters of an extended object with a random distribution of brightness, based on the projection of its image on the screen of the radiation receiver, the selection in the image of a rectangular region and the conversion of image elements into electrical signals proportional to the brightness of the images in the selected region, additional selection of the second rectangular region, the boundaries of which are oriented parallel to the boundaries of the first region tee, and receiving in each of the selected regions of the signals proportional to the average brightness values / 5 /.
Недостатком данного способа является высокая погрешность измерения, обусловленная вибрацией камеры, вызванной движением объекта.The disadvantage of this method is the high measurement error due to the vibration of the camera caused by the movement of the object.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения точности измерения параметров движения протяженного объекта при наличии вибрации видеокамеры, вызванной движением объекта, параметры которого измеряются.The basis of the invention is the task of increasing the accuracy of measuring the motion parameters of an extended object in the presence of vibration of the camera caused by the movement of the object, the parameters of which are measured.
Оптическая ось видеокамеры устанавливается перпендикулярно направлению движения объекта. Направление движения объекта, его начало, положение изображения объекта на кадре видеокамеры - известны. Предлагаемый способ предусматривает измерение скорости движения протяженного объекта в реальном масштабе времени.The optical axis of the camera is set perpendicular to the direction of movement of the object. The direction of movement of the object, its beginning, the position of the image of the object on the frame of the video camera are known. The proposed method involves measuring the speed of an extended object in real time.
Для достижения поставленной цели на текущем i-м кадре осуществляется выделение горизонтальной полосы по всей длине кадра с количеством Х пикселей по длине кадра и высотой n пикселей. Полоса выделяется в области, где происходит отображение движения протяженного объекта. На горизонтальной полосе выделяется прямоугольная область, размер которой составляет m×n, где n - высота прямоугольной области в пикселях, m - длина в пикселях. На следующем кадре i+1 также выделяется горизонтальная полоса с координатами, соответствующими координатам полосы текущего i-го кадра. Для выделенной горизонтальной полосы кадра i+1 производится расчет гистограммы по следующему правилу: по всей длине полосы для каждого столбца шириной в один пиксель производится суммирование уровня яркости всех n пикселей. Для выделенной прямоугольной области размером m×n на i-м кадре также производится расчет гистограммы по правилу: для каждого из m столбцов шириной в один пиксель производится суммирование уровня яркости всех n пикселей.To achieve this goal, the current i-th frame is used to select a horizontal strip along the entire length of the frame with the number of X pixels along the length of the frame and a height of n pixels. The strip is highlighted in the area where the movement of the extended object is displayed. A rectangular region is selected on the horizontal strip, the size of which is m × n, where n is the height of the rectangular region in pixels, m is the length in pixels. On the next frame i + 1, a horizontal strip with coordinates corresponding to the coordinates of the strip of the current i-th frame is also highlighted. For the selected horizontal strip of the frame i + 1, the histogram is calculated according to the following rule: along the entire length of the strip for each column with a width of one pixel, the brightness level of all n pixels is summed. For the selected rectangular region of size m × n on the ith frame, the histogram is also calculated according to the rule: for each of m columns with a width of one pixel, the brightness level of all n pixels is summed.
Выделенная горизонтальная полоса на следующем i+1 кадре разбивается на Х-m аналогичных прямоугольных областей, размеры которых m×n аналогичны (равны) выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра. Эти области в дальнейшем называются аналогичными. Аналогичные области выделяются по всей длине выделенной горизонтальной полосы, начиная с нулевой координаты слева, двигаясь в правую сторону с шагом в один пиксель. Таким образом, координаты соседних аналогичных областей по горизонтальной оси отличаются на 1 пиксель, а ширина каждой области равна величине m. Набор этих областей образуют линейный массив q прямоугольных областей. Для каждой из аналогичных областей выделяется соответствующий участок гистограммы горизонтальной полосы следующего i+1 кадра.The selected horizontal strip on the next i + 1 frame is divided into X-m similar rectangular regions, the dimensions of which m × n are similar (equal) to the selected rectangular region of the current i-th frame. These areas are hereinafter referred to as similar. Similar areas are highlighted along the entire length of the selected horizontal strip, starting from the zero coordinate on the left, moving to the right side in increments of one pixel. Thus, the coordinates of neighboring similar regions along the horizontal axis differ by 1 pixel, and the width of each region is equal to m. A set of these regions form a linear array q of rectangular regions. For each of the similar areas, the corresponding section of the histogram of the horizontal strip of the next i + 1 frame is highlighted.
Сравнение выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра и каждой аналогичной области горизонтальной полосы следующего i+1 кадра производится по следующему правилу: вычисляется сумма значений квадратов разности между элементами гистограммы выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра и соответствующими элементами гистограммы аналогичной прямоугольной области горизонтальной полосы следующего i+1 кадра:Comparison of the selected rectangular region of the current i-th frame and each similar region of the horizontal strip of the next i + 1 frame is performed according to the following rule: the sum of the squares of the difference between the histogram elements of the selected rectangular region of the current i-th frame and the corresponding histogram elements of the same rectangular region of the horizontal strip is calculated next i + 1 frame:
где f - номер столбца прямоугольной области шириной в один пиксель и высотой n пикселей;where f is the column number of the rectangular region with a width of one pixel and a height of n pixels;
h(f) - сумма уровня яркости пикселей в рамках столбца f;h (f) is the sum of the brightness level of pixels within the column f;
q - номер аналогичной прямоугольной области.q is the number of a similar rectangular region.
Минимальное значение массива Q(q) соответствует аналогичной прямоугольной области, которая по своим характеристикам наиболее правдоподобна выделенной прямоугольной области на текущем i-м кадре. Такая прямоугольная область называется правдоподобной эквивалентной областью.The minimum value of the array Q (q) corresponds to a similar rectangular region, which in its characteristics is most likely to be the selected rectangular region in the current ith frame. Such a rectangular region is called a plausible equivalent region.
Смещение изображения при наличии вибрации видеокамеры, вызванной движением объекта, в общем случае может составлять несколько пикселей. Поэтому вокруг правдоподобной эквивалентной области на следующем кадре i+1 выделяется расширенная прямоугольная область, высота которой равна n+2 пикселей (от n-1 до n+1 пикселей), а длина составляет m+2 пикселей (от m-1 до m+1 пикселей), тем самым получается расширенная прямоугольная область с центральным элементом, соответствующим найденной правдоподобной эквивалентной прямоугольной области. Кроме центрального элемента внутри расширенной прямоугольной области выделяется новый массив q из 8-ми аналогичных прямоугольных областей, смещенных на один пиксель относительно центрального элемента (влево, вправо, вверх, вниз). Для каждой из этих областей рассчитываются гистограмма и сумма значений квадратов разности, как описано выше. После этого вновь вычисляется минимальное значение массива Q(q). Если вновь найденное минимальное значение меньше ранее найденного минимального значения соответствующего правдоподобной эквивалентной области, то такая аналогичная область, в свою очередь, становится правдоподобной эквивалентной областью. После чего повторно выделяется расширенная прямоугольная область с высотой n+2 пикселей и длиной m+2 пикселей вокруг новой найденной правдоподобной эквивалентной прямоугольной области. Цикл повторяется до тех пор, пока вновь найденное минимальное значение не будет больше ранее найденного минимального значения правдоподобной эквивалентной прямоугольной области. Значение смещения изображения следующего i+1 кадра относительно текущего i-го, соответствующее минимальному значению Q(q), принимается за результат измерения смещения изображения в Δs пикселей.The displacement of the image in the presence of vibration of the camera caused by the movement of the object, in the General case, can be several pixels. Therefore, around the plausible equivalent region on the next frame i + 1, an expanded rectangular region is highlighted, whose height is n + 2 pixels (from n-1 to n + 1 pixels), and the length is m + 2 pixels (from m-1 to m + 1 pixels), thereby obtaining an expanded rectangular region with a central element corresponding to the found plausible equivalent rectangular region. In addition to the central element inside the expanded rectangular region, a new array q is selected from 8 similar rectangular regions shifted by one pixel relative to the central element (left, right, up, down). For each of these areas, the histogram and the sum of the squares of the difference are calculated, as described above. After that, the minimum value of the array Q (q) is again calculated. If the newly found minimum value is less than the previously found minimum value of the corresponding plausible equivalent region, then such a similar region, in turn, becomes a plausible equivalent region. After that, the expanded rectangular region with a height of n + 2 pixels and a length of m + 2 pixels around the new found plausible equivalent rectangular region is re-selected. The cycle is repeated until the newly found minimum value is greater than the previously found minimum value of a plausible equivalent rectangular area. The image offset value of the next i + 1 frame relative to the current i-th one, corresponding to the minimum value of Q (q), is taken as the result of measuring the image offset in Δs pixels.
За период следования кадров τ объект перемещается по горизонтали на расстояние S, а соответствующее объекту изображение смещается на Δs пикселей.During the sequence of frames τ, the object moves horizontally by a distance S, and the image corresponding to the object is shifted by Δs pixels.
Для определения смещения Δs изображения объекта необходимо:To determine the displacement Δs of the image of an object,
а) найти координаты левого нижнего угла выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра (xi, yi);a) find the coordinates of the lower left corner of the selected rectangular region of the current i-th frame (x i , y i );
б) найти координаты левого нижнего угла правдоподобной эквивалентной прямоугольной области следующего i+1 кадра (xi+1, yi+1);b) find the coordinates of the lower left corner of the plausible equivalent rectangular region of the next i + 1 frame (x i + 1 , y i + 1 );
в) найти корень квадратный из суммы квадратов разностей ординат и абсцисс соответственно:c) find the square root of the sum of the squares of the differences of the ordinates and abscissas, respectively:
Для определения физической скорости движения протяженного объекта используется формула:To determine the physical speed of an extended object, the formula is used:
где Δs - смещение изображения протяженного объекта за время смены кадров;where Δs is the image shift of an extended object during the frame change;
Fps - колличество кадров в секунду;Fps - number of frames per second;
Х - ширина кадра в пикселях;X - frame width in pixels;
k - коэффициент соотношения сторон кадра;k is the aspect ratio of the frame;
L - расстояние от объектива видеокамеры до протяженного объекта;L is the distance from the camera lens to an extended object;
α - угол обзора видеокамеры.α is the viewing angle of the camera.
На фиг.1 представлен текущий i-й кадр с выделенной горизонтальной полосой.Figure 1 shows the current i-th frame with a selected horizontal strip.
На фиг.2 представлен текущий i-й кадр с выделенной прямоугольной областью.Figure 2 presents the current i-th frame with a selected rectangular area.
На фиг.3 представлен следующий i+1 кадр с выделенной горизонтальной полосой.Figure 3 presents the next i + 1 frame with a highlighted horizontal strip.
На фиг.4 представлена гистограмма для полосы по всей длине Х кадра и высотой n пикселей для текущего i-го кадра, а также участок, соответствующий выделенной прямоугольной области шириной m пикселей.Figure 4 presents a histogram for a strip along the entire length of the X frame and a height of n pixels for the current i-th frame, as well as the section corresponding to the selected rectangular area with a width of m pixels.
На фиг.5 представлен участок гистограммы для следующего i-го кадра, соответствующий выделенной прямоугольной области шириной m пикселей.Figure 5 presents the plot of the histogram for the next i-th frame, corresponding to the selected rectangular area with a width of m pixels.
На фиг.6 представлена гистограмма для полосы по всей длине кадра X и высотой n пикселей для следующего i+1 кадра, а так же участок со штрихпунктирным выделением, соответствующий правдоподобной эквивалентной прямоугольной области шириной m пикселей.Figure 6 presents a histogram for a strip along the entire length of the frame X and a height of n pixels for the next i + 1 frame, as well as a section with dash-dotted lines corresponding to a plausible equivalent rectangular region with a width of m pixels.
На фиг.7 представлено выделение аналогичных прямоугольных областей, образующих линейный массив q.Figure 7 presents the selection of similar rectangular areas forming a linear array q.
На фиг.8 представлен участок гистограммы для следующего i+1-ого кадра, соответствующий правдоподобной эквивалентной прямоугольной области шириной m пикселей.On Fig presents a plot of the histogram for the next i + 1-st frame corresponding to a plausible equivalent rectangular region with a width of m pixels.
На фиг.9 представлена графическая зависимость, показывающая относительное смещение гистограмм в пикселях (ось абсцисс) и уровень совпадения гистограмм между собой (ось ординат).Figure 9 presents a graphical dependence showing the relative displacement of the histograms in pixels (abscissa axis) and the level of coincidence of the histograms with each other (ordinate axis).
На фиг.10 представлен следующий i+1 кадр с расширенной прямоугольной областью вокруг правдоподобной прямоугольной области.Figure 10 shows the next i + 1 frame with an extended rectangular region around a plausible rectangular region.
На фиг.11 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вверх и влево на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.11 shows a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, with an upward and leftward shift of 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.12 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением влево на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, with a left shift of 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.13 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вниз и влево на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, offset down and left by 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.14 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вверх на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, offset up 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.15 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вниз на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, with a downward shift of 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.16 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вверх и вправо на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, offset up and to the right by 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.17 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вправо на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, with a shift of 1 pixel to the right relative to the plausible equivalent region.
На фиг.18 представлена гистограмма аналогичной прямоугольной области, находящейся в расширенной прямоугольной области, со смещением вниз и вправо на 1 пиксель относительно правдоподобной эквивалентной области.On Fig presents a histogram of a similar rectangular region located in the expanded rectangular region, offset down and to the right by 1 pixel relative to the plausible equivalent region.
На фиг.19 совмещены гистограммы прямоугольных областей текущего i-го кадра и эквивалентной правдоподобной прямоугольной области следующего i+1 кадра.On Fig combined histograms of rectangular regions of the current i-th frame and the equivalent plausible rectangular region of the next i + 1 frame.
На фиг.20 представлен алгоритм работы автоматизированной системы измерения параметров движения протяженного объекта на базе предлагаемого способа.On Fig presents the algorithm of the automated system for measuring the motion parameters of an extended object based on the proposed method.
На фиг.21 представлен возможный интерфейс программного обеспечения для измерения параметров движения протяженного объекта.On Fig presents a possible software interface for measuring motion parameters of an extended object.
Система включается в работу (блок №2 на фиг.20) после того, как объект войдет в зону контроля (блок №1 на фиг.20) и будет сформирован соответствующий сигнал управления существующей системой (например АСУ сортировочной станции железнодорожного транспорта). Далее начинает производиться съемка видеокамерой (устройство регистрации) с последующей передачей данных по каналу связи на ЭВМ (блок №4 на фиг.20). Принимая данные, вычислительная машина фиксирует информацию. Экспериментальные данные записываются в базу данных для последующего математического анализа с помощью разработанного прикладного программного обеспечения.The system is included in the operation (block No. 2 in FIG. 20) after the object enters the control zone (block No. 1 in FIG. 20) and a corresponding control signal is generated for the existing system (for example, the automated control system of the railway sorting station). Next, a video camera starts recording (recording device) with subsequent data transfer via a communication channel to a computer (block No. 4 in FIG. 20). Receiving data, the computer records information. The experimental data are recorded in a database for subsequent mathematical analysis using the developed application software.
Из сформированного массива изображений выбирается последовательность кадров для анализа (блок №5 на фиг.20). Далее на текущем i-м кадре осуществляется выделение полосы по всей длине кадра Х и высотой n пикселей (фиг.1).From the generated array of images, a sequence of frames for analysis is selected (block No. 5 in FIG. 20). Next, at the current i-th frame, a strip is allocated along the entire length of the frame X and a height of n pixels (Fig. 1).
В левой части горизонтальной полосы выделяется прямоугольная область размером m×n (блок №6 на фиг.20), где n - высота прямоугольной области в пикселях, m - длина в пикселях (фиг.2).In the left part of the horizontal strip, a rectangular region of size m × n is highlighted (block No. 6 in FIG. 20), where n is the height of the rectangular region in pixels, m is the length in pixels (FIG. 2).
Для выделенной полосы на текущем i-м кадре производится расчет гистограммы по правилу: для каждого из Х столбцов шириной в один пиксель производится суммирование уровня яркости всех n пикселей (фиг.4). На этой гистограмме выделяется часть, соответствующая прямоугольной области размером m×n (фиг.5, блок №7 на фиг.20). Эта часть расположена между вертикальными сплошными линиями на фиг.4.For the selected strip on the current i-th frame, the histogram is calculated according to the rule: for each of the X columns with a width of one pixel, the brightness level of all n pixels is summed (Fig. 4). On this histogram, the part corresponding to the rectangular region of size m × n is highlighted (Fig. 5, block No. 7 in Fig. 20). This part is located between the vertical solid lines in figure 4.
На следующем кадре i+1 также выделяется горизонтальная полоса с координатами, соответствующими координатам полосы текущего i-го кадра (фиг.3, блок №8 на фиг.20).On the next frame i + 1, a horizontal strip with coordinates corresponding to the strip coordinates of the current i-th frame is also highlighted (Fig. 3, block No. 8 in Fig. 20).
Для нее также производится расчет гистограммы по следующему правилу: по всей длине Х выделенной горизонтальной полосы для каждого столбца шириной в один пиксель производится суммирование уровня яркости всех n пикселей (фиг.6, блок №9 на фиг.20).For it, the histogram is also calculated according to the following rule: along the entire length X of the selected horizontal strip for each column with a width of one pixel, the brightness level of all n pixels is summed (Fig. 6, block No. 9 in Fig. 20).
В рамках выделенной горизонтальной полосы на следующем кадре i+1 выделяются аналогичные по размеру прямоугольные области. Набор этих областей образуют линейный массив q прямоугольных областей. Линейный массив состоит из q=Х-m элементов (фиг.7).Within the selected horizontal strip on the next frame i + 1, rectangular areas of similar size are highlighted. A set of these regions form a linear array q of rectangular regions. The linear array consists of q = X-m elements (Fig.7).
Для каждой аналогичной области выделяется соответствующий участок гистограммы, рассчитанной для выделенной горизонтальной полосы на следующем кадре i+1.For each similar region, the corresponding histogram section is calculated, calculated for the selected horizontal strip in the next frame i + 1.
Сравнение выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра и каждой аналогичной прямоугольной области горизонтальной полосы следующего i+1 кадра производится по следующему правилу: вычисляется сумма значений квадратов разности между элементами гистограммы выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра и соответствующими элементами гистограммы аналогичной прямоугольной области горизонтальной полосы следующего i+1 кадра:The comparison of the selected rectangular region of the current i-th frame and each similar rectangular region of the horizontal strip of the next i + 1 frame is carried out according to the following rule: the sum of the squares of the difference between the histogram elements of the selected rectangular region of the current i-th frame and the corresponding histogram elements of a similar rectangular region of the horizontal bands of the next i + 1 frame:
Минимальное значение массива Q(q) соответствует эквивалентной прямоугольной области, гистограмма которой представлена на фиг.8. Гистограмма по уровню яркости соответствующих элементов наиболее правдоподобна выделенной прямоугольной области на текущем i-м кадре (фиг.8). На фиг.9 представлена графическая зависимость относительного смещения гистограмм от их уровня совпадения (блок №10 на фиг.20). Минимальное значение смещения на графике соответствует наибольшему совпадению сравниваемых гистограмм.The minimum value of the array Q (q) corresponds to the equivalent rectangular region, the histogram of which is shown in Fig. 8. The histogram in terms of the brightness level of the corresponding elements is most likely to be the selected rectangular region in the current i-th frame (Fig. 8). In Fig.9 presents a graphical dependence of the relative displacement of the histograms from their level of coincidence (block No. 10 in Fig.20). The minimum offset value on the graph corresponds to the greatest coincidence of the compared histograms.
Вокруг правдоподобной эквивалентной области на следующем кадре i+1 выделяется расширенная прямоугольная область, высота которой равна n+2 пикселей, а длина - m+2 пикселей (фиг.9, блок №11 на фиг.20). Внутри расширенной прямоугольной области выделяется новый массив q из 8-ми эквивалентных прямоугольных областей (блок №12 на фиг.20). Для каждой рассчитывается гистограмма (фиг.11-фиг.18, блок №13 на фиг.20) и сумма значений квадратов разности, как описано выше. После этого опять вычисляется минимальное значение массива Q(q). Если найденное минимальное значение меньше минимального значения соответствующего правдоподобной эквивалентной области, то повторно выделяется расширенная прямоугольная область с высотой n+2 пикселей и длиной m+2 пикселей вокруг новой найденной правдоподобной прямоугольной области (блок №14 на фиг.20). Цикл повторяется до тех пор, пока новое найденное минимальное значение не будет больше минимального значения правдоподобной прямоугольно области (блок №15 на фиг.20).Around the plausible equivalent region in the next frame i + 1, an expanded rectangular region is selected, the height of which is n + 2 pixels and the length is m + 2 pixels (Fig. 9, block No. 11 in Fig. 20). Inside the expanded rectangular region, a new array q is selected from 8 equivalent rectangular regions (block No. 12 in FIG. 20). For each, a histogram is calculated (Fig. 11-Fig. 18, block No. 13 in Fig. 20) and the sum of the squares of the difference, as described above. After that, the minimum value of the array Q (q) is again calculated. If the found minimum value is less than the minimum value of the corresponding plausible equivalent region, then the expanded rectangular region with a height of n + 2 pixels and a length of m + 2 pixels around the newly found plausible rectangular region is re-selected (block No. 14 in Fig. 20). The cycle is repeated until the new minimum value found is greater than the minimum value of the plausible rectangular area (block No. 15 in FIG. 20).
За период следования кадров τ объект перемещается по горизонтали на расстояние S, а соответствующее объекту изображение смещается на Δs пикселей (блок №16, №17 на фиг.20):During the sequence of frames τ, the object moves horizontally by a distance S, and the image corresponding to the object is shifted by Δs pixels (block No. 16, No. 17 in Fig. 20):
После того, как объект перемещается за пределы зоны управления (блок №18 на фиг.20), происходит выключения видеокамеры (фиг.20, блок №19).After the object moves outside the control zone (block No. 18 in Fig. 20), the camera turns off (Fig. 20, block No. 19).
На основе предложенного способа была разработана и испытана автоматизированная система измерения скорости движения протяженных объектов. Испытания проводились на сортировочной станции Кинель Куйбышевской железной дороги. Измерялась скорость движения отцепов (вагонов) на сортировочной горке. Интерфейс программы с реализованным способом представлен на фиг.21.Based on the proposed method, an automated system for measuring the speed of movement of extended objects was developed and tested. Tests were carried out at the Kinel sorting station of the Kuibyshev railway. Measured the speed of the trailers (cars) on the sorting slide. The program interface with the implemented method is presented in Fig.21.
Источники информацииInformation sources
1. Авт. свид. №2229404, кл. В61L 17/00, 2000.1. Auth. testimonial. No. 2229404,
2. Авт. свид. №99103620, кл. G06T 7/20, 2001.2. Auth. testimonial. No. 99103620,
3. Васин Н.Н., Куринский В.Ю. Метод измерения скорости движения железнодорожных вагонов на сортировочной горке. // Инфокоммуникационные технологии, 2005. - Т3. - №1. - С.40-44.3. Vasin NN, Kurinsky V.Yu. Method for measuring the speed of movement of railway cars on a sorting slide. // Infocommunication technologies, 2005. - T3. - No. 1. - S. 40-44.
4. Васин Н.Н., Куринский В.Ю. Обработка видеосигналов для измерения скорости движения железнодорожных вагонов на сортировочной горке // Компьютерная оптика, 2005. №27. с.185-188.4. Vasin N.N., Kurinsky V.Yu. Processing of video signals for measuring the speed of movement of railway cars on a sorting slide // Computer Optics, 2005. No. 27. p. 185-188.
5. Авт. свид. №753244, кл. G01С 23/00, 2006.5. Auth. testimonial. No. 753244, class G01C 23/00, 2006.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009112710/28A RU2398240C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of measuring speed of extended objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2009112710/28A RU2398240C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of measuring speed of extended objects |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2398240C1 true RU2398240C1 (en) | 2010-08-27 |
Family
ID=42798869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2009112710/28A RU2398240C1 (en) | 2009-04-06 | 2009-04-06 | Method of measuring speed of extended objects |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2398240C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747041C1 (en) * | 2020-07-10 | 2021-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method for measuring movement speed of extended objects |
| RU2803031C1 (en) * | 2023-04-10 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method for measuring the speed of movement of extended objects |
-
2009
- 2009-04-06 RU RU2009112710/28A patent/RU2398240C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ВАСИН Н.Н. и др. Метод измерения скорости движения железнодорожных вагонов на сортировочной горке. Инфокоммуникационные технологии, 2005, т.3, №1, с.40-44. ВАСИН Н.Н. и др. Обработка видеосигналов для измерения скорости движения железнодорожных вагонов на сортировочной горке. Компьютерная оптика, 2005, №27, с.185-188. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2747041C1 (en) * | 2020-07-10 | 2021-04-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method for measuring movement speed of extended objects |
| RU2803031C1 (en) * | 2023-04-10 | 2023-09-05 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method for measuring the speed of movement of extended objects |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109477710B (en) | Reflectance map estimation for point-based structured light systems | |
| US10205896B2 (en) | Automatic lens flare detection and correction for light-field images | |
| US10803609B2 (en) | Image distance calculator and computer-readable, non-transitory storage medium storing image distance calculation program | |
| CN106663324A (en) | Systems and methods for image scanning | |
| CN104685513A (en) | Feature based high resolution motion estimation from low resolution images captured using an array source | |
| US20110267485A1 (en) | Range measurement using a coded aperture | |
| US20110267477A1 (en) | Range measurement using symmetric coded apertures | |
| CN110515092B (en) | Plane touch method based on laser radar | |
| US20210358133A1 (en) | Method and device for estimating background motion of infrared image sequences and storage medium | |
| Min et al. | Non-contact and real-time dynamic displacement monitoring using smartphone technologies | |
| CN109031333B (en) | Distance measuring method and device, storage medium, and electronic device | |
| CN117146739B (en) | Angle measurement verification method and system for optical sighting telescope | |
| RU2398240C1 (en) | Method of measuring speed of extended objects | |
| CN107392948B (en) | Image registration method of amplitude-division real-time polarization imaging system | |
| JP4918615B2 (en) | Object number detection device and object number detection method | |
| CN103105943B (en) | The method of accurate position photoelectric mouse displacement | |
| CN114066860B (en) | Ship image target positioning method based on multi-camera combined double-difference calculation | |
| RU2446471C1 (en) | Method for detecting moving objects and determining parameters thereof | |
| RU2747041C1 (en) | Method for measuring movement speed of extended objects | |
| RU2803031C1 (en) | Method for measuring the speed of movement of extended objects | |
| CN113030968B (en) | Method, device and storage medium for extracting DEM based on CSAR mode | |
| Lin et al. | An object reconstruction algorithm for moving vehicle detection based on three-frame differencing | |
| JP4674920B2 (en) | Object number detection device and object number detection method | |
| JP2019032291A (en) | Data correction device, data correction method and data correction program | |
| RU2461067C1 (en) | Method of detecting moving objects |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120407 |