RU2803031C1 - Method for measuring the speed of movement of extended objects - Google Patents
Method for measuring the speed of movement of extended objects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2803031C1 RU2803031C1 RU2023108974A RU2023108974A RU2803031C1 RU 2803031 C1 RU2803031 C1 RU 2803031C1 RU 2023108974 A RU2023108974 A RU 2023108974A RU 2023108974 A RU2023108974 A RU 2023108974A RU 2803031 C1 RU2803031 C1 RU 2803031C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- histogram
- rectangular area
- frame
- area
- extended
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области цифровой измерительной техники.The invention relates to the field of digital measuring 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, дискретное преобразование Фурье.A known method and device [1] for measuring the speed of motion of extended objects. The basis of one of the methods and the device implemented on its basis is the continuous emission of a microwave signal, the reception of the signal reflected from the object and its subsequent processing after homodyne conversion. Then the signal samples are processed using a discrete Fourier transform using the Goertzel algorithm, while in the intervals between samples the value of the intermediate transformation of the signal sample is determined, the main part of the calculations is performed in the intervals between samples, weighting of the input data is applied, summation of the input data with overlapping in time , 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.
Также 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 from a sequence of pixels, and to determine the speed and oriented direction of movement, the following sequence of operations is performed on the digital output video signal: smoothing processing of the specified digital output video signal using a digital time constant, the numerical value of which can vary independently for each pixel of the output signal, storing , on the one hand, the frame of the output signal after smoothing and, on the other hand, the smoothing time constant associated with the specified frame, time processing for each position of the image element, consisting in determining, firstly, the presence and, secondly, the amplitude of a significant changes in the amplitude of the pixel signal between the current frame and the immediately previous smoothed and stored frame, and in generating two digital signals, the first signal being a binary, or single-bit, signal with two possible values, one representing presence and the other representing absence significant change between two successive frames, wherein the value of said binary signal modifies the stored value of said time constant to decrease it if said signal represents a significant change and to increase it if said signal does not represent such a change, wherein the decrease or increase is quantitative , whereas the second digital signal, i.e. amplitude signal, is a multi-bit signal with a limited number of bits quantifying the amplitude of this change, and spatial processing, consisting of the following steps for each frame of the digital output video signal: distributes only the values of the part of the image elements in the frame at a given moment of observation (the part that is scanned by matrix over the duration of a frame), firstly, said binary signal, and secondly, said digital amplitude signal, into a matrix with a number of rows and columns that is small compared to the number of rows and the number of pixels per row in the video signal, respectively to characterize the values of pixels, define in this dual instantaneous matrix representation a specific zone in which the specified binary signal has a desired value representing the presence or absence of a significant change, and the specified digital amplitude signal changes or does not change by a significant amount for adjacent pixels in matrix along an oriented direction, starting from the original image element, in the same part of the frame, and therefore at the same moment of observation, and generate signals representing the presence and localization of a zone with relative movement and the relative interframe speed and oriented direction of this movement, if it is, relative to its environment, based on the instantaneous matrix distribution of the two digital signals mentioned - the binary signal and the 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 error in measuring the parameters of a moving extended object, caused by vibration of the video camera caused by the movement of the object.
Также известен способ [3, 4] измерения параметров движения протяженных объектов, который включает в себя пороговую обработку текущего и предыдущего кадров, а также 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 ширины которой наибольшая. По ширине выбранной области вычисляется смещение протяженного объекта за время смены кадров.There is also a known method [3, 4] for 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 areas with the highest brightness are identified, which carry information about displacement of an extended object. Among such areas, the area is selected whose product of height and width is the largest. Based on the width of the selected area, the displacement of an extended object during the frame change is calculated.
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 processing the entire frame and the high error in measuring the parameters of an extended moving object due to vibration of the video camera caused by the moving object of measurement.
Также известен способ [5] 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.There is also a known method [5] for measuring the motion parameters of an extended object with a random distribution of brightness, based on projecting its image onto the screen of a radiation receiver, selecting a rectangular area in the image and converting image elements into electrical signals proportional to the brightness of the images in the selected area, additionally selecting a second rectangular area, the boundaries of which are oriented parallel to the boundaries of the first area, and receiving in each of the selected areas signals proportional to the average brightness values.
Недостатком данного способа является высокая погрешность измерения, обусловленная вибрацией камеры, вызванной движением объекта.The disadvantage of this method is the high measurement error caused by camera vibration caused by the movement of the object.
Также известен способ [6] измерения скорости движения протяженного объекта, основанный на проецировании его изображения на экран приемника излучения (видеокамеры) и преобразовании элементов изображения в электрические сигналы, когда на текущем кадре выделяется прямоугольная область, для которой рассчитывается гистограмма, получаемая путем суммирования уровней яркости пикселей каждого столбца шириной в один пиксель, на последующем кадре выделяется полоса, верхняя и нижняя граница которой соответствует выделенной прямоугольной области текущего кадра с аналогичными координатами верхней и нижней границы, для выделенной полосы также рассчитывается гистограмма, далее внутри выделенной полосы производится поиск правдоподобной эквивалентной прямоугольной области по значению наименьшей суммы квадратов разности между соответствующими элементами гистограмм выделенной прямоугольной области текущего кадра и последовательно анализируемых аналогичных областей выделенной полосы последующего кадра, элементы гистограмм представляют собой совокупность столбцов шириной в один пиксель, после чего строится расширенная прямоугольная область вокруг правдоподобной эквивалентной прямоугольной области, в ней выделяется массив аналогичных областей, для которых производится сравнение гистограммы выделенной прямоугольной области текущего кадра и гистограмм аналогичных прямоугольных областей, эквивалентных по размеру выделенной прямоугольной области, если среди эквивалентных прямоугольных областей расширенной прямоугольной области найдена такая прямоугольная область, величина сравнения элементов гистограммы которой меньше результата сравнения гистограммы правдоподобной эквивалентной области, то такая область в свою очередь будет считаться правдоподобной эквивалентной областью, для нее производится новый аналогичный цикл сравнения до тех пор, пока в последующем цикле результаты сравнения не будут иметь худшее совпадение, нежели чем в предыдущем цикле, после чего производится расчет смещения выделенной прямоугольной области относительно эквивалентной правдоподобной области, что соответствует значению смещения изображения протяженного объекта за период следования кадров, найденное значение смещения используется для расчета скорости движения протяженного объекта.There is also a known method [6] for measuring the speed of movement of an extended object, based on projecting its image onto the screen of a radiation receiver (video camera) and converting image elements into electrical signals, when a rectangular area is selected on the current frame, for which a histogram is calculated, obtained by summing the brightness levels pixels of each column one pixel wide, a strip is selected on the next frame, the upper and lower boundaries of which correspond to a selected rectangular area of the current frame with similar coordinates of the upper and lower boundaries, a histogram is also calculated for the selected strip, then a plausible equivalent rectangular area is searched within the selected strip based on the value of the least sum of squares of the difference between the corresponding elements of the histograms of the selected rectangular area of the current frame and sequentially analyzed similar areas of the selected strip of the subsequent frame, the histogram elements represent a set of columns one pixel wide, after which an expanded rectangular area is constructed around a plausible equivalent rectangular area in which an array of similar areas is selected for which the histogram of the selected rectangular area of the current frame is compared with the histograms of similar rectangular areas equivalent in size to the selected rectangular area, if among the equivalent rectangular areas of the extended rectangular area a rectangular area is found whose comparison value of histogram elements is less than the result of the histogram comparison plausible equivalent region, then such an area in turn will be considered a plausible equivalent region, a new similar comparison cycle is performed for it until in the next cycle the comparison results have a worse match than in the previous cycle, after which the offset is calculated selected rectangular area relative to the equivalent plausible area, which corresponds to the displacement value of the image of an extended object during the period of succession of frames, the found displacement value is used to calculate the speed of movement of the extended object.
Недостатком данного способа является высокая погрешность измерения при наличии внешних помех (дождь, град, снег, метель), что обусловлено низкой информативностью гистограммы выделенной для анализа прямоугольной области вследствие монотонности изображения анализируемой области. В то же время соседние области изображения объекта могут быть более информативными и обеспечивать более высокую точность измерения.The disadvantage of this method is the high measurement error in the presence of external noise (rain, hail, snow, blizzard), which is due to the low information content of the histogram of the rectangular area selected for analysis due to the monotony of the image of the analyzed area. At the same time, adjacent areas of the object image can be more informative and provide higher measurement accuracy.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ [7] измерения скорости движения протяженного объекта, основанный на проецировании его изображения на экран приемника излучения (видеокамеры) и преобразовании элементов изображения в электрические сигналы, когда на текущем кадре выделяется прямоугольная область, для которой рассчитывается гистограмма, получаемая путем суммирования уровней яркости пикселей каждого столбца шириной в один пиксель, на последующем кадре выделяется полоса, верхняя и нижняя граница которой соответствуют выделенной прямоугольной области текущего кадра с аналогичными координатами верхней и нижней границы, для выделенной полосы также рассчитывается гистограмма, далее внутри выделенной полосы производится поиск правдоподобной эквивалентной прямоугольной области по значению наименьшей суммы квадратов разности между соответствующими элементами гистограмм выделенной прямоугольной области текущего кадра и последовательно анализируемых аналогичных областей выделенной полосы последующего кадра, элементы гистограмм представляют собой совокупность столбцов шириной в один пиксель, после чего строится расширенная прямоугольная область вокруг правдоподобной эквивалентной прямоугольной области, в ней выделяется массив аналогичных областей, для которых производится сравнение гистограммы выделенной прямоугольной области текущего кадра и гистограмм аналогичных прямоугольных областей, эквивалентных по размеру выделенной прямоугольной области, если среди эквивалентных прямоугольных областей расширенной прямоугольной области найдена такая прямоугольная область, величина сравнения элементов гистограммы которой меньше результата сравнения гистограммы правдоподобной эквивалентной области, то такая область в свою очередь будет считаться правдоподобной эквивалентной областью, для нее производится новый аналогичный цикл сравнения до тех пор, пока в последующем цикле результаты сравнения не будут иметь худшее совпадение, нежели чем в предыдущем цикле, после чего производится расчет смещения выделенной прямоугольной области относительно эквивалентной правдоподобной области, что соответствует значению смещения изображения протяженного объекта за период следования кадров, найденное значение смещения используется для расчета скорости движения протяженного объекта; с целью повышения точности измерения скорости движения протяженного объекта при наличии внешних помех и пониженной информативности вследствие монотонности изображения анализируемой области изображения протяженного объекта, проводится предварительная обработка нескольких анализируемых областей изображения, в к результате которой выбирается наиболее информативная область, которая осуществляется путем того, что на видеоизображении объекта предложено выделить несколько областей, для которых последовательно на дополнительно введенном предварительном этапе рассчитываются гистограммы уровней яркости и производится определение дисперсии гистограмм, область с наибольшей дисперсией гистограммы уровней яркости используется для измерения величины смещения изображения объекта за период следования кадров и расчета скорости движения протяженного объекта по формуле: V = K⋅Δs/τ, где K - постоянный коэффициент, Δs - смещение видеоизображения объекта, а τ - период следования кадров.The closest in technical essence to the proposed method is the method [7] of measuring the speed of movement of an extended object, based on projecting its image onto the screen of a radiation receiver (video camera) and converting image elements into electrical signals, when a rectangular area is selected on the current frame for which the calculation a histogram obtained by summing the brightness levels of the pixels of each column one pixel wide; on the next frame, a strip is selected, the upper and lower boundaries of which correspond to a selected rectangular area of the current frame with similar coordinates of the upper and lower boundaries; a histogram is also calculated for the selected strip, then inside the selected stripe, a search is made for a plausible equivalent rectangular area based on the value of the least sum of squares of the difference between the corresponding elements of the histograms of the selected rectangular area of the current frame and sequentially analyzed similar areas of the selected stripe of the subsequent frame; the histogram elements are a set of columns one pixel wide, after which an expanded rectangular area is constructed around plausible equivalent rectangular area, an array of similar areas is allocated in it, for which the histogram of the selected rectangular area of the current frame is compared with the histograms of similar rectangular areas equivalent in size to the selected rectangular area, if such a rectangular area is found among the equivalent rectangular areas of the extended rectangular area, the comparison value histogram elements of which are less than the result of comparing the histogram of a plausible equivalent area, then such an area in turn will be considered a plausible equivalent area, for which a new similar comparison cycle is performed until in the next cycle the comparison results have a worse match than in the previous one cycle, after which the displacement of the selected rectangular area relative to the equivalent plausible area is calculated, which corresponds to the displacement value of the image of an extended object over the period of succession of frames, the found displacement value is used to calculate the speed of movement of the extended object; In order to increase the accuracy of measuring the speed of movement of an extended object in the presence of external interference and reduced information content due to the monotony of the image of the analyzed area of the image of an extended object, preliminary processing of several analyzed areas of the image is carried out, as a result of which the most informative area is selected, which is carried out by the fact that in the video image object, it is proposed to select several areas for which sequentially, at an additionally introduced preliminary stage, histograms of brightness levels are calculated and the dispersion of the histograms is determined; the area with the greatest dispersion of the histogram of brightness levels is used to measure the amount of displacement of the object image over the period of consecutive frames and calculate the speed of movement of an extended object using the formula : V = K ⋅Δ s /τ, where K is a constant coefficient, Δ s is the displacement of the video image of the object, and τ is the frame repetition period.
Недостатком данного способа является высокая погрешность оценки скорости протяженного объекта при выборе области, содержащей фрагмент фона, а не протяженного объекта, если дисперсия гистограммы уровней яркости для области с фоном выше, чем для области с протяженным объектом.The disadvantage of this method is the high error in estimating the speed of an extended object when choosing an area containing a fragment of the background rather than an extended object, if the dispersion of the brightness level histogram for the area with the background is higher than for the area with the extended object.
В основу предлагаемого изобретения поставлена задача повышения точности измерения (обеспечения низкой погрешности измерения) скорости движения протяженного объекта за счет выбора наиболее информативной области с протяженным объектом, а не с фоном. Примечание: эксперименты по измерению скорости вагонов (протяженных объектов) на сортировочной горке станции Кинель Куйбышевской железной дороги показали, что при использовании областей с фоном погрешность оценки скорости минимум на порядок выше, чем при использовании областей с протяженным объектом.The basis of the proposed invention is the task of increasing the measurement accuracy (ensuring low measurement error) of the speed of movement of an extended object by selecting the most informative area with an extended object, and not with the background. Note: experiments on measuring the speed of cars (extended objects) at the hump at the Kinel station of the Kuibyshev Railway showed that when using areas with a background, the error in estimating the speed is at least an order of magnitude higher than when using areas with an extended object.
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 video 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 object’s image on the video camera frame are known. The proposed method involves measuring the speed of movement of an extended object in real time.
Суть измерения скорости движения протяженного объекта сводится к следующему. За период следования кадров τ протяженный объект перемещается на расстояние S, а видеоизображение объекта смещается на Δs. При известном расстоянии до объекта, перемещение объекта будет:The essence of measuring the speed of movement of an extended object comes down to the following. During the frame period τ, the extended object moves a distance S , and the video image of the object shifts by Δs . Given a known distance to the object, the movement of the object will be:
где K - постоянный коэффициент.where K is a constant coefficient.
По известному смещению видеоизображения Δs можно однозначно определить перемещение S объекта, поскольку коэффициент K будет постоянным для заданной трассы движения объекта при известном расстоянии от видеокамеры до объекта. Скорость движения объекта составит:Based on the known displacement of the video image Δ s, it is possible to unambiguously determine the movement S of the object, since the coefficient K will be constant for a given path of the object’s movement at a known distance from the video camera to the object. The speed of the object will be:
Измерение скорости движения объекта сводится к измерению смещения Δs видеоизображения за известное время следования кадров τ.Measuring the speed of an object's movement is reduced to measuring the displacement Δ s of the video image over a known frame repetition time τ.
Для определения величины смещения Δs изображения протяженного объекта, например, железнодорожного вагона или другого подвижного объекта, за известное время τ следования кадров видеокамеры, на текущем i-ом кадре выделяется горизонтальная полоса по всей длине кадра, с количеством Х пикселей по длине кадра и высотой n пикселей (фиг. 1).To determine the amount of displacement Δ s of the image of an extended object, for example, a railway car or other moving object, for a known time τ of sequence of video camera frames, a horizontal strip is allocated on the current i -th frame along the entire length of the frame, with a number of X pixels along the frame length and height n pixels (Fig. 1).
В этой горизонтальной полосе выделяется прямоугольная область, размер которой составляет m×n, где n - высота прямоугольной области в пикселях, m - длина в пикселях (фиг. 2).In this horizontal stripe, a rectangular area is allocated, the size of which is m × n , where n is the height of the rectangular area in pixels, m is the length in pixels (Fig. 2).
Для выделенной полосы и области m×n рассчитывается гистограмма, получаемая путем суммирования уровней яркости пикселей каждого столбца шириной в один пиксель. Фиг. 3 отображает гистограмму выделенной области m×n на участке полосы примерно от 70 до 120 пикселей.For the selected stripe and m × n region, a histogram is calculated, obtained by summing the brightness levels of the pixels of each one-pixel wide column. Fig. 3 displays a histogram of an m × n selection over a stripe region from approximately 70 to 120 pixels.
На следующем i+1 кадре (фиг. 4) вновь выделяется полоса, верхняя и нижняя границы которой соответствуют выделенной прямоугольной области i-ого кадра с аналогичными координатами верхней и нижней границы, то есть выделяется горизонтальная полоса по всей длине кадра, с количеством Х пикселей по длине кадра, и высотой n пикселей.On the next i +1 frame (Fig. 4), a strip is again selected, the upper and lower boundaries of which correspond to the selected rectangular area of the i -th frame with similar coordinates of the upper and lower boundaries, that is, a horizontal strip is selected along the entire length of the frame, with the number of X pixels along the frame length, and n pixels high.
По всей длине выделенной полосы кадра i+1 также рассчитывается гистограмма суммирования уровней яркости пикселей каждого столбца шириной в один пиксель и высотой в m пикселей (фиг. 5).Over the entire length of the selected strip of frame i +1, a histogram of summing the brightness levels of the pixels of each column with a width of one pixel and a height of m pixels is also calculated (Fig. 5).
Внутри выделенной полосы формируется массив X-m+1 прямоугольных областей шириной m пикселей следующего i+1 кадра, каждая область массива смещена относительно друг друга на один пиксель вправо (фиг. 6).Inside the selected strip, an array Xm +1 of rectangular areas with a width of m pixels of the next i +1 frame is formed, each area of the array is shifted relative to each other by one pixel to the right (Fig. 6).
Далее производится поиск правдоподобной прямоугольной области по значению наименьшей суммы квадратов разности между соответствующими элементами гистограмм выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра (фиг. 2) и последовательно анализируемыми областями выделенной полосы следующего (i+1)-ого кадра (фиг. 4, 6).Next, a search is made for a plausible rectangular area based on the value of the least sum of squares of the difference between the corresponding elements of the histograms of the selected rectangular area of the current i -th frame (Fig. 2) and the sequentially analyzed areas of the selected strip of the next ( i+ 1)-th frame (Fig. 4, 6) .
где Q (q) - сумма квадратов разности между соответствующими элементами гистограмм выделенной прямоугольной области текущего i-го кадра и последовательно анализируемыми областями выделенной полосы следующего (i+1)-ого кадра;where Q ( q ) is the sum of the squares of the difference between the corresponding elements of the histograms of the selected rectangular area of the current i -th frame and the sequentially analyzed areas of the selected strip of the next ( i +1)-th frame;
q - это номер анализируемой прямоугольной области. Номер q соответствует смещению прямоугольной области на (i+1)-ом кадре вдоль оси x относительно прямоугольной области на i-ом кадре (фиг. 7); q is the number of the rectangular area being analyzed. Number q corresponds to the displacement of the rectangular area on the ( i +1)th frame along the x axis relative to the rectangular area on the i -th frame (Fig. 7);
d - это номер столбца прямоугольной области (номер элемента в гистограмме); d is the column number of the rectangular area (the number of the element in the histogram);
w i (d) - сумма уровней яркости столбца d прямоугольной области i-ого кадра (значение гистограммы для элемента с номером d). w i ( d ) - the sum of the brightness levels of column d of the rectangular area of the i -th frame (the histogram value for element numbered d ).
Минимальное значение Q(q) соответствует прямоугольной области, которая по своим характеристикам наиболее похожа выделенной прямоугольной области на текущем i-м кадре. Такая прямоугольная область названа правдоподобной прямоугольной областью. Гистограмма правдоподобной прямоугольной области выделена на фиг. 5 вертикальными пунктирными линиями.The minimum value of Q ( q ) corresponds to the rectangular area, which in its characteristics is most similar to the selected rectangular area on the current i -th frame. Such a rectangular region is called a plausible rectangular region. The histogram of the plausible rectangular region is highlighted in FIG. 5 vertical dotted lines.
На фиг. 8 представлен график Q(q) для гистограмм i-го кадра и кадра i+1. Минимальное различие гистограммы i-го кадра и последовательно смещаемой гистограммы i+1 кадра соответствует искомому смещению Δs, т.е. наиболее точному совпадению сравниваемых гистограмм, при котором Q(q) будет минимально.In fig. Figure 8 shows a graph of Q ( q ) for histograms of the i -th frame and frame i +1. The minimum difference between the histogram of the i -th frame and the sequentially shifted histogram of i+ 1 frame corresponds to the desired shift Δ s , i.e. the most accurate match of the compared histograms, at which Q(q) will be minimal.
Таким образом, существует смещение (Δs) гистограмм текущего и следующего кадров относительно друг друга, когда различие гистограмм выделенной области текущего и прямоугольной области следующего кадров будет минимальным. Это значение соответствует относительному смещению Δs и будет характеризовать скорость движения объекта.Thus, there is a shift (Δ s ) of the histograms of the current and next frames relative to each other, when the difference between the histograms of the selected area of the current and the rectangular area of the next frame will be minimal. This value corresponds to the relative displacement Δ s and will characterize the speed of the object.
Из фиг. 8 следует, что смещение Δs составляет 12 пикселей.From fig. 8 it follows that the offset Δs is 12 pixels.
Современные цифровые видеокамеры характеризуются высоким разрешением съемки изображений, поэтому оценка смещения с точностью до одного пикселя в большинстве случаев является достаточной для измерения скорости движения.Modern digital video cameras are characterized by high-resolution images, so estimating displacement with an accuracy of one pixel is in most cases sufficient to measure movement speed.
Для повышения точности измерения скорости движения протяженного объекта при наличии внешних помех (дождь, град, снег, метель) и пониженной информативности анализируемой области протяженного объекта вследствие монотонности изображения в способе [7] измерения скорости предложено введение предварительного этапа, на котором на текущем кадре из нескольких областей изображения выбирается наиболее информативная область. Наиболее информативная область определяется по максимальной дисперсии гистограммы.To increase the accuracy of measuring the speed of movement of an extended object in the presence of external interference (rain, hail, snow, blizzard) and reduced information content of the analyzed area of an extended object due to the monotony of the image in the method [7] for measuring speed, it is proposed to introduce a preliminary stage, at which on the current frame of several image areas, the most informative area is selected. The most informative area is determined by the maximum variance of the histogram.
На фиг. 9 показано изображение протяженного объекта с двенадцатью областями. Для каждой области вычисляется гистограмма и дисперсия гистограммы. Области с монотонными изображениями, являющиеся малоинформативными для измерения скорости, характеризуются малой дисперсией и не используются для оценки смещения, а область № 7, являющаяся информативной для измерения скорости, характеризуется максимальной дисперсией и используется для измерения смещения Δs.In fig. Figure 9 shows an image of an extended object with twelve regions. For each region, the histogram and histogram variance are calculated. Areas with monotonic images, which are uninformative for measuring speed, are characterized by low dispersion and are not used to estimate displacement, and area No. 7, which is informative for measuring speed, is characterized by maximum dispersion and is used to measure displacement Δ s .
Однако выбор наиболее информативной области по максимуму дисперсии гистограммы в ряде случаев приводит к выбору области, содержащей фрагмент фона, а не протяженного объекта. Использование областей с фрагментами фона приводит к высокой погрешности оценки смещения и скорости движения протяженного объекта. Это происходит из-за того, что для выбранной области с фоном на текущем кадре ищется похожая область на следующем кадре, которая в свою очередь также будет содержать фон. Таким образом, использование области с фоном будет определять смещение фона, а не протяженного объекта. То есть, область с фоном будет определять смещение фона. А искомое смещение протяженного объекта может быть оценено только по области с протяженным объектом, а не с фоном.However, choosing the most informative area based on the maximum dispersion of the histogram in some cases leads to the selection of an area containing a fragment of the background rather than an extended object. The use of areas with background fragments leads to a high error in estimating the displacement and speed of movement of an extended object. This happens because for the selected area with the background on the current frame, a similar area is searched for on the next frame, which in turn will also contain the background. Thus, using an area with a background will determine the offset of the background, not the extended object. That is, the area with the background will determine the offset of the background. And the desired displacement of an extended object can be estimated only from the area with the extended object, and not from the background.
Эксперименты по измерению скорости вагонов (протяженных объектов) на сортировочной горке станции Кинель Куйбышевской железной дороги показали, что при использовании областей с протяженным объектом погрешность измерения скорости составляет порядка 1% от реальной скорости движения вагона, в то время как при использовании областей с фоном погрешность оценки скорости минимум на порядок выше (10% и выше).Experiments on measuring the speed of cars (extended objects) at the hump at the Kinel station of the Kuibyshev Railway showed that when using areas with an extended object, the error in speed measurement is about 1% of the actual speed of the car, while when using areas with a background, the estimation error speeds are at least an order of magnitude higher (10% and higher).
На фиг. 10-13 показаны эти случаи.In fig. 10-13 show these cases.
На фиг. 10 в соответствии со способом [7] информативной областью является область №5 (определена по максимуму дисперсии, выделена желтым прямоугольником). Эта область содержит изображение фона, а не протяженного объекта. На фиг. 11 показан процесс оценки смещений по способу [7].In fig. 10, in accordance with the method [7], the informative area is area No. 5 (determined by the maximum dispersion, highlighted with a yellow rectangle). This area contains an image of the background rather than an extended object. In fig. Figure 11 shows the process of estimating displacements using the method [7].
На фиг. 11 показаны:In fig. 11 shown:
- гистограмма области №5 для текущего i-ого кадра;- histogram of area No. 5 for the current i -th frame;
- гистограмма выделенной полосы для следующего (i+1)-ого кадра;- histogram of the selected band for the next ( i+ 1)th frame;
- результат совмещения гистограмм, определяющих смещение Δs.- the result of combining histograms that determine the displacement Δ s .
Смещение протяженного объекта Δs оценивается неверно: реальное смещение равняется 24 пикселям (см. фиг. 15), в то время как оценка смещения по способу [7] равняется 5 пикселям (см. фиг. 11).The displacement of an extended object Δ s is estimated incorrectly: the real displacement is equal to 24 pixels (see Fig. 15), while the displacement estimate according to the method [7] is equal to 5 pixels (see Fig. 11).
Аналогичный результат показан на фиг. 12. В соответствии со способом [7] информативной областью является область №8 (определена по максимуму дисперсии, выделена желтым прямоугольником). Эта область содержит фрагмент фона, а не протяженного объекта. На фиг. 13 показан процесс оценки смещений по способу [7].A similar result is shown in Fig. 12. In accordance with the method [7], the informative area is area No. 8 (determined by the maximum dispersion, highlighted with a yellow rectangle). This area contains a fragment of the background, not an extended object. In fig. Figure 13 shows the process of estimating displacements using the method [7].
На фиг. 13 показаны:In fig. 13 shown:
- гистограмма области №8 для текущего i-ого кадра;- histogram of area No. 8 for the current i -th frame;
- гистограмма выделенной полосы для следующего (i+1)-ого кадра;- histogram of the selected band for the next ( i+ 1)th frame;
- результат совмещения гистограмм, определяющих смещение Δs.- the result of combining histograms that determine the displacement Δ s .
Смещение протяженного объекта Δs оценивается неверно: реальное смещение равняется 24 пикселям (см. фиг. 17), в то время как оценка смещения по способу [7] равняется 0 пикселей (см. фиг. 13).The displacement of an extended object Δ s is estimated incorrectly: the real displacement is 24 pixels (see Fig. 17), while the displacement estimate according to the method [7] is 0 pixels (see Fig. 13).
Из фиг. 11 и 13 видно, что после совмещения гистограмма выбранной областей не совпадает по форме с гистограммой выделенной полосы. Различие по форме позволяет определить коэффициент корреляции, который много меньше 1,0.From fig. 11 and 13 it is clear that after combining, the histogram of the selected areas does not coincide in shape with the histogram of the selected strip. The difference in shape allows us to determine the correlation coefficient, which is much less than 1.0.
На фиг. 11 коэффициент корреляции равен 0,809.In fig. 11 the correlation coefficient is 0.809.
На фиг. 13 коэффициент корреляции равен 0,664.In fig. 13 the correlation coefficient is 0.664.
Для повышения точности измерения (обеспечения низкой погрешности измерения) скорости протяженного объекта предлагается следующий способ.To increase the measurement accuracy (ensuring low measurement error) of the speed of an extended object, the following method is proposed.
Предложенный способ заключается во введении предварительного этапа, на котором выбирается наиболее информативная область кадра с протяженным объектом, а не с фоном.The proposed method consists of introducing a preliminary stage, at which the most informative area of the frame with an extended object, and not with the background, is selected.
Предварительный этап включает:The preliminary stage includes:
1. Расчет гистограммы для анализируемой прямоугольной области i-ого текущего кадра.1. Calculation of the histogram for the analyzed rectangular area of the i -th current frame.
2. Расчет дисперсии гистограммы анализируемой прямоугольной области i-ого текущего кадра.2. Calculation of the variance of the histogram of the analyzed rectangular area of the i -th current frame.
3. Выделение горизонтальной полосы на (i+1)-ом следующем кадре с координатами, соответствующими координатам прямоугольной области i-ого текущего кадра.3. Selecting a horizontal stripe on the ( i +1)th next frame with coordinates corresponding to the coordinates of the rectangular area of the i -th current frame.
4. Расчет гистограммы для горизонтальной полосы (i+1)-ого следующего кадра.4. Calculation of the histogram for the horizontal stripe of the ( i +1)th next frame.
5. Определение правдоподобной прямоугольной области и смещения Δs по формуле (3).5. Determination of a plausible rectangular area and displacement Δs using formula (3).
6. Вычисление коэффициента корреляции между гистограммой анализируемой прямоугольной области i-ого текущего кадра и гистограммой правдоподобной области (i+1)-ого следующего кадра по формуле (4).6. Calculation of the correlation coefficient between the histogram of the analyzed rectangular region of the i -th current frame and the histogram of the plausible region of the ( i +1)-th next frame using formula (4).
Обработка согласно п. 1-6 проводится для каждой прямоугольной области i-ого текущего кадра. А наиболее информативная область с протяженным объектом для оценки скорости движения выбирается по наибольшей дисперсии гистограммы анализируемой прямоугольной области (п. 2) и по коэффициенту корреляции (п. 6), превышающему порог.Processing according to paragraphs 1-6 is carried out for each rectangular area of the i -th current frame. And the most informative area with an extended object for estimating the speed of movement is selected based on the largest dispersion of the histogram of the analyzed rectangular area (item 2) and the correlation coefficient (item 6) exceeding the threshold.
Идея использования коэффициента корреляции для выбора наиболее информативной области с протяженным объектом для оценки скорости объекта заключается в следующем.The idea of using the correlation coefficient to select the most informative region with an extended object to estimate the object's speed is as follows.
Если анализируемая область i-ого кадра содержит фрагмент фона, то из-за того, что фон неподвижен, а протяженный объект движется, то правдоподобная область на (i+1)-ом кадре не будет похожа на анализируемую область i-ого кадра, так как часть области с фоном будет соответствовать смещению близкому к нулю (фон неподвижен), а часть области с подвижным объектом будет соответствовать смещению объекта. В результате на (i+1) кадре правдоподобная область не будет похожа по форме на анализируемую область i-ого кадра (см. фиг. 11 и 13).If the analyzed area of the i -th frame contains a fragment of the background, then due to the fact that the background is stationary and the extended object is moving, then the plausible area on the ( i +1)-th frame will not be similar to the analyzed area of the i -th frame, so as part of the area with the background will correspond to a displacement close to zero (the background is stationary), and part of the area with a moving object will correspond to the displacement of the object. As a result, on the ( i +1) frame, the plausible area will not be similar in shape to the analyzed area of the i -th frame (see Figs. 11 and 13).
Таким образом, «сходство» анализируемой области i-ого кадра и правдоподобной области (i+1) кадра означает, что анализируемая область i-ого кадра содержит протяженный объект, а «различие» означает, что анализируемая область i-ого кадра содержит фрагмент фона. А для определения «сходства»/«различия» по форме между гистограммой анализируемой прямоугольной области i-ого кадра и гистограммой правдоподобной области (i+1)-ого кадра используется коэффициент корреляции.Thus, the “similarity” of the analyzed region of the i -th frame and the plausible region of the i-th frame means that the analyzed region of the i -th frame contains an extended object, and the “difference” means that the analyzed region of the i -th frame contains a fragment of the background . And to determine the “similarity”/“difference” in shape between the histogram of the analyzed rectangular region of the i -th frame and the histogram of the plausible region of the ( i +1)-th frame, the correlation coefficient is used.
Для принятия решения о «сходстве» или «различии» гистограмм по коэффициенту корреляции используется порог.A threshold is used to decide whether histograms are “similar” or “different” based on the correlation coefficient.
Проведенные эксперименты на сортировочной горке станции Кинель Куйбышевской железной дороги показали, что:Experiments carried out at the hump at the Kinel station of the Kuibyshev Railway showed that:
- при использовании областей с протяженным объектом коэффициент корреляции не меньше 0,96;- when using areas with an extended object, the correlation coefficient is not less than 0.96;
- при использовании областей с фоном коэффициент корреляции не больше 0,88.- when using areas with a background, the correlation coefficient is no more than 0.88.
По этой причине в качестве значения на порог thrR для коэффициента корреляции было выбрано среднее значение thrR = (0,88+0,96)/2 = 0,92.For this reason, the average thrR value = (0.88+0.96)/2 = 0.92 was chosen as the thrR threshold value for the correlation coefficient.
Таким образом, если коэффициент корреляции больше, чем порог, то прямоугольная область текущего кадра является информативной, содержит протяженный объект и обеспечивает корректную оценку смещения Δs и скорости движения протяженного объекта, в противном случае прямоугольная область текущего кадра не является информативной, так как содержит изображение фона и не подходит для оценки смещения Δs.Thus, if the correlation coefficient is greater than the threshold, then the rectangular area of the current frame is informative, contains an extended object and provides a correct estimate of the displacement Δ s and the speed of movement of the extended object, otherwise the rectangular area of the current frame is not informative, since it contains an image background and is not suitable for estimating the displacement Δ s .
Коэффициент корреляции R между гистограммой анализируемой прямоугольной области текущего кадра и гистограммой правдоподобной области следующего кадра рассчитывается по формуле:The correlation coefficient R between the histogram of the analyzed rectangular region of the current frame and the histogram of the plausible region of the next frame is calculated by the formula:
где w i (d) - сумма уровней яркости столбца d прямоугольной области i-ого кадра (значение гистограммы для элемента с номером d);where w i ( d ) is the sum of the brightness levels of column d of the rectangular area of the i -th frame (the histogram value for element number d );
w i +1, q (d) - сумма уровней яркости столбца d прямоугольной области (i+1)-ого кадра для правдоподобной прямоугольной области, имеющей номер q; w i +1, q (d) - the sum of the brightness levels of the columnd rectangular area (i+1)th frame for a plausible rectangular area with numberq;
q - номер прямоугольной области, соответствующий правдоподобной прямоугольной области на (i+1)-ом кадре; q is the number of the rectangular area corresponding to the plausible rectangular area on the ( i +1)th frame;
d - номер столбца прямоугольной области (номер элемента в гистограмме); d - column number of the rectangular area (element number in the histogram);
m - количество элементов в гистограмме. m is the number of elements in the histogram.
Таким образом, отличием предложенного способа от способа [7] является то, что кроме расчета дисперсии гистограммы анализируемой прямоугольной области текущего кадра дополнительно рассчитывается коэффициент корреляции между гистограммой анализируемой прямоугольной области текущего кадра и гистограммой правдоподобной области следующего кадра для выбора информативной области с протяженным объектом для оценки смещения и скорости движения объекта.Thus, the difference between the proposed method and the method [7] is that in addition to calculating the variance of the histogram of the analyzed rectangular area of the current frame, the correlation coefficient between the histogram of the analyzed rectangular area of the current frame and the histogram of the plausible area of the next frame is additionally calculated to select an informative area with an extended object for evaluation displacement and speed of movement of the object.
На фиг. 14-17 показаны кадры, аналогичные фиг. 10-13 соответственно, но для выбора области для расчета смещений был использован предложенный выше способ.In fig. 14-17 show frames similar to Figs. 10-13, respectively, but to select the area for calculating the displacements, the method proposed above was used.
Предложенный способ обеспечивает выбор на текущем кадре областей, содержащих изображение движущегося объекта, а не фона, что позволяет корректно оценивать смещение Δs и скорость движения протяженного объекта.The proposed method ensures the selection of areas in the current frame that contain the image of a moving object, and not the background, which makes it possible to correctly estimate the displacement Δ s and the speed of movement of an extended object.
Из фиг. 15 и 17 видно, что после совмещения гистограмма выбранной области совпадает по форме с гистограммой выделенной полосы. Сходство гистограмм по форме позволяет определить коэффициент корреляции, который близок к 1,0.From fig. 15 and 17 it can be seen that after alignment, the histogram of the selected area coincides in shape with the histogram of the selected strip. The similarity of the histograms in shape allows us to determine the correlation coefficient, which is close to 1.0.
На фиг. 15 коэффициент корреляции равен 0,998.In fig. 15 the correlation coefficient is 0.998.
На фиг. 17 коэффициент корреляции равен 0,997.In fig. 17 the correlation coefficient is 0.997.
В обоих случаях коэффициент корреляции больше порога thrR = 0,96, что позволяет выбрать информативную область с протяженным объектом для оценки смещения и скорости объекта (в соответствии с вышеописанным способом).In both cases, the correlation coefficient is greater than the threshold thrR = 0.96, which allows you to select an informative area with an extended object to estimate the displacement and speed of the object (in accordance with the method described above).
Введение дополнительного этапа выбора области (по сравнению с прототипом [7]) незначительно увеличивает время обработки, и удовлетворяет условиям работы в режиме реального времени.The introduction of an additional stage of selecting an area (compared to the prototype [7]) slightly increases the processing time and satisfies the conditions of real-time operation.
Дополнительный этап занимает менее 1% процессорного времени от общей процедуры оценки смещения на примере изображений, в которых прототип [7] не обеспечивал корректное измерение смещений и скорости протяженного объекта.The additional stage takes less than 1% of the processor time from the overall procedure for estimating displacement using images as an example, in which the prototype [7] did not provide correct measurement of displacement and velocity of an extended object.
На фиг. 18 представлен алгоритм работы автоматизированной системы измерения параметров движения протяженного объекта на базе предлагаемого способа.In fig. Figure 18 presents an algorithm for the operation of an automated system for measuring the motion parameters of an extended object based on the proposed method.
На фиг. 19 представлен возможный интерфейс программного обеспечения для измерения параметров движения протяженного объекта.In fig. 19 shows a possible software interface for measuring the motion parameters of an extended object.
Система включается в работу (блок № 2 на фиг. 18) после того, как объект войдет в зону контроля (блок № 1 на фиг. 18) и будет сформирован соответствующий сигнал управления существующей системой (например, АСУ сортировочной станции железнодорожного транспорта).The system is put into operation (block No. 2 in Fig. 18) after the object enters the control zone (block No. 1 in Fig. 18) and the corresponding control signal for the existing system (for example, the automatic control system of a railway marshalling yard) is generated.
Далее начинает производиться съемка видеокамерой (устройство регистрации) с последующей передачей данных по каналу связи на ЭВМ (блок № 4 на фиг. 18).Next, filming with a video camera (recording device) begins, followed by data transmission via a communication channel to the computer (block No. 4 in Fig. 18).
Принимая данные, вычислительная машина фиксирует информацию.By receiving data, the computer records the information.
Экспериментальные данные записываются в базу данных для последующего математического анализа с помощью разработанного прикладного программного обеспечения.Experimental data is recorded in a database for subsequent mathematical analysis using developed application software.
Из сформированного массива изображений текущий i-ый кадр и следующий (i+1)-ый кадр записываются в память для последующего анализа (блок № 5 на фиг. 15).From the generated image array, the current i -th frame and the next ( i +1) -th frame are recorded in memory for subsequent analysis (block No. 5 in Fig. 15).
Далее на текущем i-ом кадре выделяются прямоугольные области размером m×n, где n - высота прямоугольной области в пикселях, m - длина в пикселях (фиг. 9). Для каждой области рассчитывается гистограмма по правилу: для каждого из m столбцов шириной в один пиксель производиться суммирование уровня яркости всех n пикселей. На следующем (i+1)-ом кадре выделяется горизонтальная полоса с координатами, соответствующими координатам прямоугольной области текущего i-го кадра, и определяется правдоподобная прямоугольная область. Максимальное значении дисперсии гистограммы прямоугольной области на i-ом кадре и коэффициент корреляции между гистограммой прямоугольной области текущего i-ого кадра и гистограммой правдоподобной области следующего (i+1)-ого кадра, превышающий порог, определяет информативную область, смещение Δs и скорость протяженного объекта (блоки № 6-29 на фиг. 18).Next, on the current i -th frame, rectangular areas of size m × n are selected, where n is the height of the rectangular area in pixels, m is the length in pixels (Fig. 9). For each area, a histogram is calculated according to the rule: for each of the m columns one pixel wide, the brightness level of all n pixels is summed. On the next ( i +1)th frame, a horizontal strip is selected with coordinates corresponding to the coordinates of the rectangular area of the current i -th frame, and a plausible rectangular area is determined. The maximum value of the dispersion of the histogram of the rectangular area on the i -th frame and the correlation coefficient between the histogram of the rectangular area of the current i -th frame and the histogram of the plausible area of the next ( i +1)-th frame, exceeding the threshold, determines the informative area, the displacement Δ s and the speed of the extended object (blocks No. 6-29 in Fig. 18).
За период следования кадров τ объект перемещается по горизонтали на расстояние S, а соответствующее объекту изображение смещается на Δs пикселей (блок № 28 на фиг. 18). Расчет скорости проводится по формуле:During the frame period τ, the object moves horizontally by a distance S , and the image corresponding to the object shifts by Δ s pixels (block No. 28 in Fig. 18). The speed is calculated using the formula:
После того, как объект перемещается за пределы зоны управления (блок № 30 на фиг. 18), происходит выключение видеокамеры (блок № 31, фиг. 18).After the object moves outside the control zone (block No. 30 in Fig. 18), the video camera is turned off (block No. 31, Fig. 18).
На основе предложенного способа была разработана и испытана автоматизированная система измерения скорости движения протяженных объектов. Испытания проводились на сортировочной станции Кинель Куйбышевской железной дороги при плохих погодных условиях - во время метели. Дополнительно введенный этап выбора области обеспечил корректное измерение скорости объекта за счет выбора наиболее информативной области кадра с протяженным объектом, а не с фоном.Based on the proposed method, an automated system for measuring the speed of movement of extended objects was developed and tested. The tests were carried out at the Kinel marshalling station of the Kuibyshev railway under bad weather conditions - during a snowstorm. The additionally introduced area selection stage ensured the correct measurement of the object's speed by selecting the most informative area of the frame with an extended object, and not with the background.
Предложенный способ измерения скорости движения протяженных объектов является реализуемым, так как введение дополнительного этапа выбора области (по сравнению с прототипом [7]) незначительно увеличивает время обработки сигналов (менее 1%) и удовлетворяет условиям работы в режиме реального времени.The proposed method for measuring the speed of motion of extended objects is feasible, since the introduction of an additional stage of selecting an area (compared to the prototype [7]) slightly increases the signal processing time (less than 1%) and satisfies the conditions of real-time operation.
Интерфейс программы с реализованным способом представлен на фиг. 19.The program interface with the implemented method is shown in Fig. 19.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
1. Патент №2229404, кл. B61L 17/00, 2004.1. Patent No. 2229404, class. B61L 17/00, 2004.
2. Патент №2216780, кл. G06T 7/20, 2003.2. Patent No. 2216780, class. G06T 7/20, 2003.
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 N.N., Kurinsky V.Yu. Method for measuring the speed of railway cars on a hump. // Infocommunication technologies, 2005. - T3. - No. 1. - pp. 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 at a hump // Computer Optics, 2005. No. 27. With. 185-188.
5. Патент № 753244, кл. G01C 23/00, 2006.5. Patent No. 753244, class. G01C 23/00, 2006.
6. Патент № 2398240, кл. G01P 3/36, 2010.6. Patent No. 2398240, class. G01P 3/36, 2010.
7. Патент № 2747041, кл. G01P 3/36, 2021.7. Patent No. 2747041, class. G01P 3/36, 2021.
8. Патент № 2578648, кл. F16F 15/02, F16F 7/00, 2006.8. Patent No. 2578648, class. F16F 15/02, F16F 7/00, 2006.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2803031C1 true RU2803031C1 (en) | 2023-09-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5771485A (en) * | 1995-04-19 | 1998-06-23 | International Business Machines Corporation | Apparatus and method for detecting a velocity of a moving object |
| SU753244A1 (en) * | 1979-02-14 | 2006-09-20 | Куйбышевский политехнический институт им. В.В. Куйбышева | A method for measuring the motion parameters of an extended object with a random distribution of brightness |
| RU2398240C1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method of measuring speed of extended objects |
| RU2419150C1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-05-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Method to process sequence of images to detect and follow air objects |
| US10397491B2 (en) * | 2014-12-29 | 2019-08-27 | Nuctech Company Limited | Photogrammetry system and photogrammetry method |
| 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 |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU753244A1 (en) * | 1979-02-14 | 2006-09-20 | Куйбышевский политехнический институт им. В.В. Куйбышева | A method for measuring the motion parameters of an extended object with a random distribution of brightness |
| US5771485A (en) * | 1995-04-19 | 1998-06-23 | International Business Machines Corporation | Apparatus and method for detecting a velocity of a moving object |
| RU2398240C1 (en) * | 2009-04-06 | 2010-08-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" | Method of measuring speed of extended objects |
| RU2419150C1 (en) * | 2010-03-10 | 2011-05-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Method to process sequence of images to detect and follow air objects |
| US10397491B2 (en) * | 2014-12-29 | 2019-08-27 | Nuctech Company Limited | Photogrammetry system and photogrammetry method |
| 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 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7463184B2 (en) | Object detection apparatus, object detection method, object detection program, and distance sensor | |
| CN107014294B (en) | Contact net geometric parameter detection method and system based on infrared image | |
| JP4429298B2 (en) | Object number detection device and object number detection method | |
| KR100224752B1 (en) | Target tracking method and apparatus | |
| CN107452015B (en) | Target tracking system with re-detection mechanism | |
| GB2320830A (en) | Rain tracking radar | |
| US4796187A (en) | Method for processing image data to select a target aimpoint | |
| CN112180375B (en) | Weather radar echo extrapolation method based on improved TrajGRU network | |
| EP2168079A1 (en) | Method and system for universal lane boundary detection | |
| JPH07505749A (en) | Method for estimating undesired global image instability in image sequences of digital video signals | |
| CN1130077C (en) | Motion compensation device and method matched by gradient mode | |
| JP4862816B2 (en) | Image correspondence point search device, distance measuring device and image motion detection device using the same | |
| US7502515B2 (en) | Method for detecting sub-pixel motion for optical navigation device | |
| RU2803031C1 (en) | Method for measuring the speed of movement of extended objects | |
| CN114549440A (en) | Method and device for detecting dynamic geometric parameters of contact network and electronic equipment | |
| US20110080480A1 (en) | Method of Detecting an Object in a Scene Comprising Artifacts | |
| CN102662169B (en) | Detection device, radar apparatus, detection method and detection program | |
| RU2747041C1 (en) | Method for measuring movement speed of extended objects | |
| JP4918615B2 (en) | Object number detection device and object number detection method | |
| JP3175914B2 (en) | Image encoding method and image encoding device | |
| CN110687548A (en) | Radar data processing system based on unmanned ship | |
| US20170214935A1 (en) | Method and device for processing a video sequence | |
| KR20060058703A (en) | Block artifacts detection | |
| JP4622264B2 (en) | Motion vector detection apparatus, motion vector detection method, and computer program | |
| RU2398240C1 (en) | Method of measuring speed of extended objects |