一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法，采用FPGA利用线阵CCD相邻两次扫描目标之间的像素存在相关性和上一行的待检测目标的统计特性，对多个目标提取当前行像素的像素特征和统计特性。本发明专利技术可实现对目标图像像素的有效统计和特征提取，具有实现简单、高效的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及线阵CCD非接触式测量方法领域，具体是一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法。
技术介绍
电荷耦合器件(LinearArrayChargeCoupledDevices)发展到今天，无论理论还是技术上，都取得了很大的进步。其中，线阵CCD在非接触测量领域取得了很多成熟的应用。例如，在线的光电检测系统、医疗电子仪器、光谱检测等方面的一维尺寸或位移的非接触式测量。线阵CCD由于其自扫描的特性，使其能够实现快速的动态测量，有着较高的效率，结合现场可编程逻辑器件FPGA，其应用前景更加宽阔。使用线阵CCD应用在光电分选系统中对非接触式目标进行像素统计和特征提取，有着独特的优势。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法，以实现非接触式目标图像像素统计。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法，其特征在于：采用线阵CCD相机采集目标图像，通过FPGA完成彩色线阵CCD的图像采集，得到线阵CCD的三路R/G/B图像；FPGA利用线阵CCD相邻两次扫描目标之间的像素存在相关性和上一行的待检测目标的统计特性，对多个目标提取当前行像素的像素特征和统计特性，包括以下步骤：(1)、FPGA针对线阵CCD进行像素级图像，设计特定多目标的分割算法，对目标进行二值处理后，再经过膨胀算法处理，消除目标内部空洞，得到膨胀后二值图像；(2)、相机检测起始状态无目标经过镜头，当检测到二值化的像素点时，记录此像素点在相机中位置Si；继续扫描，再次检测到无二值化像素点时，记录当前位置Ei；[Si,Ei]表示单个目标在线阵相机[0:D]中的位置，D表示所选用线阵相机的有效像元范围。目标位置存储器全部清零后，将初次扫描到的[Si,Ei]依次存储至目标位置存储器,目标位置存储器为深度为M的双端口RAM，其中Ei-Si存储至横轴存储器Xi；纵轴寄存器从0开始累加；继续扫描，直到当前行结束，此时目标位置存储器内部有m个有有效值，t个无效值，m+t＝M；(3)、目标位置存储器中存在有效值时，继续扫描下一行数据，当扫描到目标有效区域时，给出有效信号，并提取目标有效区域[Si,Ei]；依次读取上一行中目标位置存储器中的值，将当前提取的[Si,Ei]与读出[Si',Ei']的值进行比较，若绝对差在某个特定范围内的有效区间，则可认为，当前扫描目标与上一行存储的目标位置对应为同一目标；此时将[Si,Ei]代替[Si',Ei']重新写入目标位置存储器，对应目标的像素点统计为Ti＝Ti+Ei-Si；若读完所有目标位置存储器中有效的值，未找到有效区间，则认为是相机扫描到新目标，将[Si,Ei]写入到目标位置存储器中，新目标像素点统计开始Ti+1＝Ei-Si；此时位置存储器中有效值为m+1；比较[Si,Ei]与对应目标上一位置[Si',Ei']，求取目标横轴最大值Xi(max)，算法公式如下所示:其中：BS_count：像素点统计存储器，Ti：对应目标的像素点统计值，Ti+1：新来目标的像素统计值，Si：当前行目标在相机中的起始位置，Ei：当前行目标在相机中的结束位置，Si'：上一行目标在相机中的起始位置，Ei'：上一行目标在相机中的结束位置，Xi(max)：对应目标横轴最大值，Xi'-1(max)：对应目标横轴上一行统计最大值；(4)、目标的横轴和纵轴统计方法，在扫描到当前目标有效区域[Si,Ei]，比较Ei-Si和Ei'-Si'的大小，将较大值存储至对应目标横轴存储器Xi；对应目标纵轴寄存器中的值累加1，完成纵轴统计Yi；假设每次同时经过相机的目标个数为n，则线阵CCD每行完成扫描之后，FPGA内部需要完成的统计量包括[X1,X2…Xn],[Y1,Y2,…Yn]，[T1,T2,…Tn]；(5)、各特征值根据线阵相机扫描和算法处理结果统计，保证所有统计值能在线实时统计；持续扫描，当扫描至相机内部无目标点时，算法处理所用到的寄存器及存储器清零处理，等待新的目标。本专利技术可实现对目标图像像素的有效统计和特征提取，具有实现简单、高效的优点。附图说明图1为本专利技术的方法示意图。具体实施方式下面结合图1的方式示意图和所提出的统计方法具体应用，给出实施方式的详细描述。将该检测方法应用在颗粒状农产品的大小分级处理上，通过统计颗粒状农产品的大小和横轴、纵轴宽度，进而对农产品进行分级。农产品如花生、红枣等，通过履带传送批量传送至线阵相机镜头，高速线阵相机每次扫描多个颗粒状目标，完成对这些目标的统计。主要处理步骤按以下方式进行：1、农产品颗粒状谷物在成像过程中，实时二值处理，例如红枣这类谷物，所对应的二值化设计算法为：其中：BS_data：二值图像结果，R,G,B：采集图像的R/G/B像素值，γ，η：图像二值处理算法补偿参数，2、利用FPGA内部RAM，缓存三行，提取图像对应的3X3矩阵，在二值化完成后进行膨胀算法处理，消除二值分割引起的空洞。其算法描述为：a11,a12,…a33：3X3矩阵提取对应的像素值，Pi：算法处理数值寄存，P：图像膨胀化后对应像素结果。3、膨胀后二值图像，相机检测起始状态无目标经过镜头，当检测到二值化的像素点时，记录此像素点在相机中位置Si，继续扫描，再次检测到无二值化像素点时，记录当前位置Ei。[Si,Ei]表示单个目标在线阵相机[0:D]中的位置，D表示所选用线阵相机的有效像元范围。目标位置存储器全部清零后，将初次扫描到的[Si,Ei]依次存储至目标位置存储器,目标位置存储器为深度为M的双端口RAM。继续扫描，直到当前行结束。此时目标位置存储器内部有m个有有效值，t个无效值，m+t＝M。4、目标位置存储器中存在有效值时，继续扫描下一行数据，当扫描到目标有效区域时，给出有效信号，并提取目标有效区域[Si,Ei]。依次读取上一行中目标位置存储器中的值，将当前提取的[Si,Ei]与读出[Si',Ei']的值进行比较，若绝对差在某个特定范围内的有效区间，则可认为，当前扫描目标与上一行存储的目标位置对应为同一目标。此时将[Si,Ei]代替[Si',Ei']重新写入目标位置存储器，对应目标的像素点统计为Ti＝Ti+Ei-Si。若读完所有目标位置存储器中有效的值，未找到有效区间，则认为是相机扫描到新目标，将[Si,Ei]写入到目标位置存储器中，新目标像素点统计开始Ti+1＝Ei-Si。此时位置存储器中有效本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法，其特征在于：采用线阵CCD相机采集目标图像，通过FPGA完成彩色线阵CCD的图像采集，得到线阵CCD的三路R/G/B图像；FPGA利用线阵CCD相邻两次扫描目标之间的像素存在相关性和上一行的待检测目标的统计特性，对多个目标提取当前行像素的像素特征和统计特性，包括以下步骤：(1)、FPGA针对线阵CCD进行像素级图像，设计特定多目标的分割算法，对目标进行二值处理后，再经过膨胀算法处理，消除目标物内部空洞，得到膨胀后二值图像；(2)、相机检测起始状态无目标经过镜头，当检测到二值化的像素点时，记录此像素点在相机中位置Si；继续扫描，再次检测到无二值化像素点时，记录当前位置Ei；[Si,Ei]表示单个目标在线阵相机[0:D]中的位置，D表示所选用线阵相机的有效像元范围，目标位置存储器全部清零后，将初次扫描到的[Si,Ei]依次存储至目标位置存储器,目标位置存储器为深度为M的双端口RAM，其中Ei‑Si存储至横轴存储器Xi；纵轴寄存器从0开始累加；继续扫描，直到当前行结束，此时目标位置存储器内部有m个有有效值，t个无效值，m+t＝M；(3)、目标位置存储器中存在有效值时，继续扫描下一行数据，当扫描到目标有效区域时，给出有效信号，并提取目标有效区域[Si,Ei]；依次读取上一行中目标位置存储器中的值，将当前提取的[Si,Ei]与读出[S′i,E′i]的值进行比较，若绝对差在某个特定范围内的有效区间，则可认为，当前扫描目标与上一行存储的目标位置对应为同一目标；此时将[Si,Ei]代替[S′i,E′i]重新写入目标位置存储器，对应目标的像素点统计为Ti＝Ti+Ei‑Si；若读完所有目标位置存储器中有效的值，未找到有效区间，则认为是相机扫描到新目标，将[Si,Ei]写入到目标位置存储器中，新目标像素点统计开始Ti+1＝Ei‑Si；此时位置存储器中有效值为m+1；比较[Si,Ei]与对应目标上一位置[S′i,E′i]，求取目标横轴最大值Xi(max)，算法公式如下所示:Xi(max)=Ei-Si,|Ei-Si|>Xi-1(max)′Xi-1(max)′]]>(X′i‑1(max)为上一行比较结果)其中：BS_count：像素点统计存储器，Ti：对应目标的像素点统计值，Ti+1：新来目标的像素统计值，Si：当前行目标在相机中的起始位置，Ei：当前行目标在相机中的结束位置，S′i：上一行目标在相机中的起始位置，E′i：上一行目标在相机中的结束位置，Xi(max)：对应目标横轴最大值，X′i‑1(max)：对应目标横轴上一行统计最大值；(4)、目标的横轴和纵轴统计方法，在扫描到当前目标有效区域[Si,Ei]，比较Ei‑Si和E′i‑S′i的大小，将较大值存储至对应目标横轴存储器Xi；对应目标纵轴寄存器中的值累加1，完成纵轴统计Yi；假设每次同时经过相机的目标个数为n，则线阵CCD每行完成扫描之后，FPGA内部需要完成的统计量包括[X1,X2…Xn],[Y1,Y2,…Yn]，[T1,T2,…Tn]；(5)、各特征值根据线阵相机扫描和算法处理结果统计，保证所有统计值能在线实时统计；持续扫描，当扫描至相机内部无目标点时，算法处理所用到的寄存器及存储器清零处理，等待新的目标。...

【技术特征摘要】
1.一种基于彩色线阵CCD的多目标像素统计方法，其特征在于：采用线阵CCD相机采集
目标图像，通过FPGA完成彩色线阵CCD的图像采集，得到线阵CCD的三路R/G/B图像；FPGA利
用线阵CCD相邻两次扫描目标之间的像素存在相关性和上一行的待检测目标的统计特性，
对多个目标提取当前行像素的像素特征和统计特性，包括以下步骤：
(1)、FPGA针对线阵CCD进行像素级图像，设计特定多目标的分割算法，对目标进行二值
处理后，再经过膨胀算法处理，消除目标物内部空洞，得到膨胀后二值图像；
(2)、相机检测起始状态无目标经过镜头，当检测到二值化的像素点时，记录此像素点
在相机中位置Si；继续扫描，再次检测到无二值化像素点时，记录当前位置Ei；[Si,Ei]表示
单个目标在线阵相机[0:D]中的位置，D表示所选用线阵相机的有效像元范围，目标位置存
储器全部清零后，将初次扫描到的[Si,Ei]依次存储至目标位置存储器,目标位置存储器为
深度为M的双端口RAM，其中Ei-Si存储至横轴存储器Xi；纵轴寄存器从0开始累加；继续扫描，
直到当前行结束，此时目标位置存储器内部有m个有有效值，t个无效值，m+t＝M；
(3)、目标位置存储器中存在有效值时，继续扫描下一行数据，当扫描到目标有效区域
时，给出有效信号，并提取目标有效区域[Si,Ei]；依次读取上一行中目标位置存储器中的
值，将当前提取的[Si,Ei]与读出[S′i,E′i]的值进行比较，若绝对差在某个特定范围内的有
效区间，则可认为，当前扫描目标与上一行存储的目标位置对应为同一目标；此时将[Si,Ei]
代替[S′i,E′i]重新写入目标位置存储器，对应目标的像素点统计为Ti...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎文辉，齐美彬，许建平，胡龙飞，刘伟，罗晶，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34