物体追迹光学系统及方法.pdf

本发明公开了一种物体追迹光学系统及方法。所述物体追迹光学系统包括：图像采集装置，用于采集背景以及背景中物体的光学图像；辅助光源，用于向所述背景、物体或背景和物体发射光线，使所述背景和物体之间产生反差对比；其中，所述图像采集装置用于根据所述反差对比识别并反馈所述物体在背景中的位置。本发明方法简单、并且能够大幅提高被侦测物识别率。

1.  一种物体追迹光学系统，其特征在于，包括：
图像采集装置，用于采集背景以及背景中物体的光学图像；
辅助光源，用于向所述背景、物体或背景和物体发射光线，使所述背景和物体之间产生反差对比；
其中，所述图像采集装置用于根据所述反差对比识别并反馈所述物体在背景中的位置。

2.  根据权利要求1所述的物体追迹光学系统，其特征在于：所述辅助光源是平面光源，并且位于所述背景中，对应所述物体运动轨迹设置。

3.  根据权利要求1所述的物体追迹光学系统，其特征在于，包括：
连接所述图像采集装置的反差判断单元，用于判断所述图像采集装置所采集的光学图像中的物体与背景之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于根据所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。

4.  根据权利要求1至3任一项所述的物体追迹光学系统，其特征在于，所述辅助光源的光谱是全光谱、可见光区域、不可见光区域或全光谱中的任意预定区域。

5.  根据权利要求1至3任一项所述的物体追迹光学系统，其特征在于，所述背景的光学特性为：
自身发光，包括对所述辅助光源的照射产生发亮、本身自发光、或反射外来环境光；或
自身不发光，包括对所述辅助光源的照射不产生反应或对外来环境光的照射不产生反应。

6.  根据权利要求1至3任一项所述的物体追迹光学系统，其特征在于，所述物体的光学特性为：自身发光、对光源反射、表面光反射率弱或吸收光能。

7.  一种物体追迹光学方法，其特征在于，包括：
调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度，使所述背景和物体之间产生反差对比；
采集所述背景以及背景中物体的反射光以形成光学图像；
根据所述光学图像中的反差对比识别出所述物体在背景中的位置。

8.  根据权利要求7所述的物体追迹光学方法，其特征在于：所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：采用辅助光源向所述背景、物体或背景和物体发射光线，以调整所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度。

9.  根据权利要求7所述的物体追迹光学方法，其特征在于：所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：将所述背景中的对应所述物体运动轨迹的区域设置为发光区域。

10.  根据权利要求7所述的物体追迹光学方法，其特征在于：所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：将所述背景中的对应所述物体运动轨迹的区域设置为不易发亮区域。

11.  根据权利要求7至9任一项所述的物体追迹光学方法，其特征在于：
在调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度、使所述背景和物体之间产生反差对比的步骤之前，判断前次所采集的光学图像中的物体与背景之间是否存在足够的反差对比，并在判断出不够反差对比时，进行所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤，直至判断出足够的反差对比时为止。

物体追迹光学系统及方法
技术领域
本发明涉及光学技术领域，尤其涉及一种物体追迹光学系统及方法。
背景技术
目前，用于光学图像识别的技术主要是图像数据获取后的目标识别，比如人脸检测系统，一个完整的人脸识别系统的操作过程为：人脸检测及定位、人脸特征提取、比对和识别人脸。类似的技术可见2009年4月8日公开的中国发明专利申请第200780010288.9号所描述的摄像机及图像处理程序。
而在安防领域的摄像机，则利用辅助光源如红外灯来照亮被摄物体，使摄像机能够“看到”黑暗环境下的被摄物，以便进行摄像。这样的技术可参见2008年10月15日公开的中国实用新型专利第200720199349.8号所描述的用于安防系统的带无线可控辅助光源的摄像机。所述摄像机包括有辅助光源系统，辅助光源系统包括顺序电连接的红外或白光LED组、红外或白光LED驱动电路和延时开关电路。该摄像机安装于安防系统中与带无线发射装置的红外入侵探测器相匹配使用，可根据其发出的实时无线控制信号开启和关闭辅助光源系统，这样既提供了安防系统必要的摄像辅助照明，同时在大部分无状况发生、不需要照明的时候可以关闭辅助照明。
前面所述的图像数据获取后目标识别技术的前提，是在拍摄得到的图像范围内使图像存在颜色差异，而后面所述的安防摄像机，则是使拍摄得到的图像不再一团漆黑，使摄像机在漆黑环境中仍能够“看到”被测物体。也就是说后者是前者能够实现的前提。但是，对于后者，当在红外线照射下的被摄物体与其背景不存在颜色差异或让摄像机“感觉”不到颜色差异时，会使摄像机失去安防作用，也让图像数据获取后的目标识别难以实现。
另外，现有摄像机内的图像信号触发技术易受外界环境干扰，通常只能侦测较大的目标物，难以侦测较小的目标物。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种方法简单、并且能够大幅提高被侦测物识别率的物体追迹光学系统及方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种物体追迹光学系统，包括：图像采集装置，用于采集背景以及背景中物体的光学图像；辅助光源，用于向所述背景、物体或背景和物体发射光线，使所述背景和物体之间产生反差对比；其中，所述图像采集装置用于根据所述反差对比识别并反馈所述物体在背景中的位置。
其中，所述辅助光源是平面光源，并且位于所述背景中，对应所述物体运动轨迹设置。
其中，包括：连接所述图像采集装置的反差判断单元，用于判断所述图像采集装置所采集的光学图像中的物体与背景之间是否存在足够的反差对比；连接所述反差判断单元和辅助光源的对比控制单元，用于根据所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
其中，所述辅助光源的光谱是全光谱、可见光区域、不可见光区域或全光谱中的任意预定区域。
其中，所述背景的光学特性为：自身发光，包括对所述辅助光源的照射产生发亮、本身自发光、或反射外来环境光；或自身不发光，包括对所述辅助光源的照射不产生反应或对外来环境光的照射不产生反应。
其中，所述物体的光学特性为：自身发光、对反射、表面光反射率弱或吸收光能。
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种物体光学追迹方法，包括：调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度，使所述背景和物体之间产生反差对比；采集所述背景以及背景中物体的反射光以形成光学图像；根据所述光学图像中的反差对比识别出所述物体在背景中的位置。
其中，所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：采用辅助光源向所述背景、物体或背景和物体发射光线，以调整所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度。
其中，所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：将所述背景中的对应所述物体运动轨迹的区域设置为发光区域或不易发亮区域。
其中，在调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度、使所述背景和物体之间产生反差对比的步骤之前，判断前次所采集的光学图像中的物体与背景之间是否存在足够的反差对比，并在判断出不够反差对比时，进行所述调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度的步骤，直至判断出足够的反差对比时为止。
本发明的有益效果是：区别于现有技术摄像时易受外界环境干扰、背景与被摄物体反差不足以在背景中识别被摄物体而导致难以侦测出目标物的情况，本发明首次提出在拍摄图像前就使背景与被摄物体产生足够反差对比的思路，并巧妙地通过调整背景或背景中物体的反射光光谱或反射光强度，使所述背景和物体之间产生反差对比，使得图像在进入摄像机之前就已经做好图像追迹、识别的前期处理，根绝由于外界环境干扰而导致被摄物体与背景难以在光学上进行区别的问题；并且，不需要或尽量减少在拍摄后利用复杂的硬件、软件进行的前期处理，从而大幅提高被侦测物识别率，简单地识别出所述物体在背景中的位置。
附图说明
图1是本发明物体追迹光学系统实施例一的示意图；
图2是本发明物体追迹光学系统实施例二的示意图；
图3是本发明物体追迹光学系统实施例三的示意图；
图4是本发明物体追迹光学系统实施例四的示意图；
图5是本发明物体追迹光学系统实施例五的示意图；
图6是本发明物体追迹光学系统实施例六的示意图；
图7是本发明物体追迹光学系统实施例七的示意图；
图8是本发明物体光学追迹方法实施例的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1，本发明物体30追迹光学系统实施例包括：
图像采集装置10，用于采集背景20以及背景20中物体30的光学图像；
辅助光源40，用于向所述背景20、物体30或背景20和物体30发射光线，使所述背景20和物体30之间产生反差对比；
其中，所述图像采集装置10用于根据所述反差对比识别并反馈所述物体30在背景20中的位置。
本实施例的关键是使所述背景20和物体30之间产生反差对比，只有在观测者眼中背景20和物体30之间产生足够的反差对比时，才能够识别、追迹到背景20中的物体30，进而方便进行后续的监控、处理。
显然，本发明首次提出在拍摄图像前就使背景20与被摄物体30产生足够反差对比的思路，并巧妙地通过调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度，使所述背景20和物体30之间产生反差对比，使得图像在进入摄像机之前就已经做好图像追迹、识别的前期处理，根绝由于外界环境干扰而导致被摄物体30与背景20难以在光学上进行区别的问题；并且，不需要或尽量减少在拍摄后利用复杂的硬件、软件进行的前期处理，从而低成本地大幅提高被侦测物识别率，简单地识别出所述物体30在背景20中的位置。
在另一个实施例中，辅助光源40背景20物体30所述辅助光源40是平面光源，并且位于所述背景20中，对应所述物体30运动轨迹设置，比如将背景20分为上下三个水平区域，将物体30所经过的中间区域调整为发光区域或不易发亮区域，使物体30在背景20中显现出来。所述发光区域可以是在背景20中增设辅助光源40发光而实现，也可以是提高、降低所述发光区域表面的光反射率，或改变反射光光谱，比如涂色，这种情况的辅助光源40则为环境光光源。由于只对背景20的部分区域进行调整，因此工程量不大，简单，成本低。所述的不易发亮区域，是指不主动发光外，还对入射光不产生反应或对外来环境光的照射不产生反应，即从外界看来不亮或相对物体30来说是较暗的情况。
一起参阅图2，在另一个实施例中，还可以进一步包括：
连接所述图像采集装置10的反差判断单元，用于判断所述图像采集装置10所采集的光学图像中的物体30与背景20之间是否存在足够的反差对比；
连接所述反差判断单元和辅助光源40的对比控制单元，用于根据所述反差判断单元判断出不够反差对比时，改变所述辅助光源40所发出光线的强度、角度或光线的光谱，直至所述反差判断单元判断出足够的反差对比时为止。
上述实施例由于可以自动根据当前物体30与背景20之间的反差情况自动控制辅助光源40进行物体30与背景20之间反差的再调整，因此能够全天候、高效地实现物体30与背景20之间的反差对比，具备非常宽广的商业前景，可广泛应用于赛事转播、安防监控、武器设计等领域。具体的实现方法可以有多种，比如设置多种颜色光的LED或激光辅助光源40，分别控制其中一种或以上LED或激光发光从而改变物体30和背景20的反射光光谱。
其中，所述辅助光源40的光谱可以是全光谱、可见光区域、不可见光区域或全光谱中的任意预定区域。
本发明中，所述背景20的光学特性可以为：
1)自身发光，包括对所述辅助光源40的照射产生发亮、本身自发光、或反射外来环境光，即从外界看来发亮的情况；或
2)自身不发光，包括对所述辅助光源40的照射不产生反应或对外来环境光的照射不产生反应，即从外界看来不亮的情况。
本发明中，所述物体30的光学特性可以为：
1)自身发光；
2)表面光反射率弱；或
3)吸收光能。
图3是上述实施例中调节背景20不发亮、物体30发亮的示意图，图4则是上述实施例中调节背景20发亮、物体30不发亮的示意图。
对于背景20不发亮而物体30发亮的实施例中，还可以分为至少以下两种：
1)背景20将入射的光线反射到图像采集装置10所在位置之外，使图像采集装置10采集不到背景20的反射光，如图5所示；
2)背景20表面为漫反射表面，对入射的光线进行漫反射，使背景20相对物体30较暗，如图6所示；
3)背景使用的材质对入射光的反应是比物体更吸光、反射率更弱使背景与物体让图像采集装置采集到的图像产生对比；
对于背景20发光而物体30不发光的实施例中，可以设计背景20为发光体，而设计物体30为吸光、反射率弱等，如图7所示。
一起参阅图8，本发明还提供一种物体30光学追迹方法实施例，包括步骤：
步骤501：调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度，使所述背景20和物体30之间产生反差对比；
步骤502：采集所述背景20以及背景20中物体30的反射光以形成光学图像；
步骤503：根据所述光学图像中的反差对比识别出所述物体30在背景20中的位置。
采用本发明方法，可以在摄像机、相机所拍摄的背景20和物体30之间产生足够的反差对比，使得图像在进入摄像机之前就已经做好图像追迹、识别的前期处理，不需要担心外界环境干扰，不需要或尽量减少在拍摄后利用复杂的硬件、软件进行的前期处理，从而低成本地大幅提高被侦测物识别率。
其中，所述调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：采用辅助光源40向所述背景20、物体30或背景20和物体30发射光线，以调整所述调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度。
其中，所述调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度的步骤包括：将所述背景20中的对应所述物体30运动轨迹的区域设置为发光区域。
在其他实施例中，还可以在调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度、使所述背景20和物体30之间产生反差对比的步骤之前，包括：
判断前次所采集的光学图像中的物体30与背景20之间是否存在足够的反差对比，并在判断出不够反差对比时，进行所述调整背景20或背景20中物体30的反射光光谱或反射光强度的步骤，直至判断出足够的反差对比时为止。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。