基于视频图像序列的目标运动轨迹提取技术

采集图像计算均值f(x,y)增加曝光时间减少曝光时间否否是(f(x,y)?a)??f(x,y)?a??是曝光时间调整结束 图2.3自动曝光流程图

首先对采集获得的图像计算灰度均值，根据图像灰度值与参考值的比较

f(x,y)?a??，其中a为预先设置的参考值，?为阈值。如果满足判断条件，则

曝光时间调整结束；反之，则对曝光时间进行相应地调整。当(f(x,y)?a)??时，减少曝光时间；反之，增加曝光时间。 ②机械辅助调节

由于相机的局限性和外界光线变化的随机性，有时仅仅依靠软件调节曝光量也无法达到较好的效果。此时可以通过安装光源和遮光罩尽量使得光线变化趋于均匀和稳定。光照自适应子系统的机辅助调节部分主要包括光源、可调节型遮光罩、套筒等辅助设备。

遮光罩相机套筒镜头

图2.4总体结构示意图

如上图所示，套筒固定在车体后方两车轮之间上，它也是整个机械辅助调节系统的主体装置，CCD相机装置在套筒的前端，如虚线所示部分。最外层是装置在套筒中部开放性的可调节性遮光罩。可调节型遮光罩安装在相机及辅助光源

的外围。遮光罩可以起到防止成像光、散射光以及干扰光进入镜头，某种程度上还可以为镜头遮挡风沙、雨水等。

镜头相机LED灯遮光罩

图2.5 LED灯圆环形光源

CCD相机和镜头在整个辅助性设备的中间位置，周围由数个LED灯组成环形光源，套在相机外围且将相机放置在圆环形光源的中心，并通过最外层的可调节性遮光罩使辅助光源的光线可以均匀的补充到相机视场。 2.2成像设备选型分析

摄像机是基于视频图像序列的目标运动轨迹提取系统中的重要部件。它的正确选取对后续的图像采集和目标运动轨迹测算具有重要的影响。下面主要研究分析相机的测量理论以及相机的选取依据。 2.2.1相机理论测量分辨率

相机位置L?xdL'Dl'l

图2.6 相机理想线性成像模型

根据图2.6，假设相机的焦距为d，物距为D，视场宽为L，视场中特征提取区域宽度为L'，L所对应的像宽为l，L'所对应的像宽为l'。

由相机理想线性成像模型得：

Ll?Ll''?Dd （2.2）

当相机随目标体向前运动?x时，同时保证图2.6中的特征区域在当前图像中仍存在，则相机的理想成像模型如图..所示。

LB'LAD相机位置Odl'A'B'l?x

图2.7相机向前平移后的理想成像模型

由上图可知，当位置沿着光轴垂直方向移动，不改变物体在相机焦平面上像的大小。则可以利用图2.6和图2.7进行对比分析，可以获得当相机前移时，特征区域在相机焦平面上的移动的像素数。

由图2.7可知，根据?ABO和?A'B'O的相似关系，可以求得特征区域在相机焦平面上移动的距离?l为：

?l?d?xD （2.3）

根据公式（2.2）、（2.3）可以为CCD相机和镜头的选择，提供一定的理论依据。 2.2.2成像设备选型

在分析了相机理论测量分辨率技术的基础上，根据实验时相机载体的运动速

度、物距以及相机成像速度等因素，确定相机的分辨率、成像范围、帧率等参数，进而实现摄像机的正确选取。 （1）CCD相机和镜头选择

相机距离地面的高度为100cm，采用16mm的镜头。假设车往前行走5cm，如果测量精度为厘米级，在图像上至少要反应5个像素的变化。根据公式（2.3）计算相机的分辨能力为0.8mm。而1/2尺寸16mm镜头的水平视场角为：22.2°，则水平方向视场大小为：392.4mm，相机水平方向的分辨率至少为491个像素。

为了保证后序车行轨迹提取的可行性，假设两帧图像之间存在1/3的重合区域，那么车在采集两帧图像的时间内车行驶距离为36.67cm。则如果要满足在50km/h的速度下，仍能很好地提取车辆行驶轨迹，则需在1s内采集53帧。

针对上述分析特选择维视的MV-VS030 FM / FC相机和维视的VS-1614M镜头，具体参数如表2.1和2.2所示：

表2.1 选择的工业相机的主要性能参数

性能类型 型号 最高分辨率 象素尺寸 传感器类型 参数 MV-VS030FM / FC 640×480 5.6*5.6μm 数字面阵CCD 1/4” 黑白 10位AD，8位输出 60fps 数字I/O触发接口 >46dB 帧曝光 性能类型 同步方式 输出方式 数据传输距离 可编程控制 镜头接口 供电要求 功耗 外形尺寸 净重 工作温度

参数 外触发或连续采集 IEEE 1394a 4.5米(加中继可达72米） 图像尺寸、亮度、增益、 帧率、曝光时间 CS口或C口 正常供电12V 2.4W 50.8×50.8×70(mm) 265g -10—45°C 光学尺寸 输出颜色 数据位数 帧率 I/O接口 信噪比 曝光方式 表2.2 相机镜头主要性能参数

性能类型 焦距 接口 水平视场 重量 16mm C 22°12′ 45g 参数 性能类型 相对孔径 尺寸 外形尺寸 最近物距 参数 1/1.4 1/2\Φ28*37.5 0.15m （2）千兆网卡选择

根据MV-VS030 FM / FC相机参数，每秒采集60帧，图像大小为640×480，位数为8位，则一秒所要进行的传输的字节数为：

n?640?480?60?8?147456000b?140.625Mb 为此，选用Intel PWLA8492MT千兆网卡。