一种图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置，包括采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照预设数据流动方向，根据图像尺寸和目标物体像素尺寸对图像数据流进行图像遍历，并分别计算在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；根据在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到图像数据流在图像遍历时的实际几何矩并输出，并从所有实际几何矩中，提取出目标物体对应的目标几何矩并输出。本发明专利技术提供一种纯硬件的解决方法，实现对图像数据流的遍历计算，并以流水线的方式输出每个遍历计算的实际几何矩，不占用CPU处理能力，并能保证计算精度和实时性。

【技术实现步骤摘要】
一种图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置
本专利技术涉及电子技术、图像处理及视觉跟踪
，尤其涉及一种图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置。
技术介绍
当一个已知物体在复杂背景中运动时，通常可以利用该物体二阶中心归一几何矩(以下简称几何矩)不变原理从复杂背景中搜索并跟踪到该物体。这种视觉图像跟踪方式在飞行器跟踪、车辆和行人跟踪领域中得到了大量应用。当前应用方式主要是通过读取一帧包含目标物体和背景的图像，通过软件编写程序完成行目标尺寸在整幅图像尺寸中遍历，遍历的过程中通过计算当前几何矩数值与模板比对，以判断是否为目标物体。然而，这种分析计算几何矩的方式需要消耗大量CPU资源进行，当视频图像帧率越高则需要CPU计算速度也越高，为实时处理带来计算瓶颈问题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置，提供纯硬件的解决方法，实现对图像数据流的遍历计算，并以流水线的方式输出每个遍历计算的几何矩数据，不占用CPU处理能力，可以运行在较高帧率的图像处理系统，并同时保证计算精度和实时性。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种图像中目标物体的几何矩的计算方法，包括以下步骤：步骤1：按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；步骤2：获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；步骤3：根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩并输出，并从所有实际几何矩中，提取出所述图像数据流中所述目标物体对应的目标几何矩并输出。依据本专利技术的另一方面，还提供了一种图像中目标物体的几何矩的计算装置，应用于本专利技术中的一种图像中目标物体的几何矩的计算装置方法中，包括集成电路板以及分别设置于所述集成电路板上的数据流输入电路、遍历计算电路、目标几何矩提取电路和输出电路；所述集成电路板，用于将所述数据流输入电路、所述遍历电路计算电路、所述目标几何矩提取电路和所述输出电路集成在一起；所述数据流输入电路，用于按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；所述遍历计算电路，用于获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；所述遍历计算电路，还用于根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩；所述目标几何矩提取电路，用于从所有实际几何矩中，提取出所述图像数据流中所述目标物体对应的目标几何矩；所述输出电路，用于输出所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩，还用于输出所述目标几何矩；所述集成电路板分别与所述数据流输入电路、所述遍历电路计算电路、所述目标几何矩提取电路和所述输出电路电连接，所述数据流输入电路依次通过所述遍历计算电路和所述目标几何矩提取电路与所述输出电路电连接，所述遍历计算电路与所述输出电路电连接。本专利技术的图像中目标物体的几何矩的计算方法和计算装置的有益效果是：通过数据流输入电路获取包含目标物体的图像对应的图像数据流，由于图像数据流是按照预设数据流动方向，一个一个的像素流入遍历计算电路的，因此当预先获取图像尺寸和目标物体像素尺寸后，遍历计算电路按照预设数据流动方向对图像数据流进行图像遍历，并计算每次图像遍历时的与该图像数据流中所含目标物体的几何矩相关的图像几何矩数据集；当得到每次图像遍历的图像几何矩数据集后，遍历计算电路还根据对应的图像遍历获得的图像几何矩数据集计算出该次图像遍历下的实际几何矩并通过输出电路实时输出；本专利技术提供了一种纯硬件(数字电路)的解决方法，实现对图像数据流的遍历计算，与传统的整幅图像遍历计算的方法不同，以流水线的方式输出每个遍历计算的几何矩数据(即实际几何矩)，不占用CPU处理能力，可以运行在较高帧率的图像处理系统，并同时保证计算精度和实时性；当实时输出每次遍历计算的实际几何矩后，可以利用预设的目标物体的模板数据，从这些实际几何矩中匹配并提取出目标物体对应的目标几何矩，再通过输出电路输出，可以实现对该图像数据流中目标物体的定位；由于图像数据流可以为静态图像的图像数据流，也可以为动态视频中一帧图像对应的图像数据流，当对视频中每一帧图像对应的图像数据流中的目标物体分别进行定位，可以实现对目标物体的动态视觉跟踪，在飞行器跟踪、车辆和行人跟踪领域中具有重要意义。附图说明图1为本专利技术实施例一中一种图像中目标物体的几何矩的计算方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例一中图像数据流与图像显示像素的关系图；图3为本专利技术实施例一中整个图像遍历的模型示意图；图4为本专利技术实施例一中横向遍历计算的模型示意图；图5至图7均为本专利技术实施例一中纵向遍历计算的模型示意图；图8、图9和图10分别为本专利技术实施例一中横向遍历时计算M00数据参数、M01数据参数和M02数据参数的电路图；图11和图12分别为本专利技术实施例一中纵向遍历时计算M10数据参数和M20数据参数的电路图；图13、图14和图15分别为本专利技术实施例一中纵向遍历时计算∑M′00数据参数、∑M′01数据参数和∑M′02数据参数的电路图；图16为本专利技术实施例一中计算实际几何距的电路图；图17为本专利技术实施例二中一种图像中目标物体的几何矩的计算装置的结构示意图；图18为本专利技术实施例二中遍历计算电路的结构示意图。附图中，各标号所代表的部件列表如下：1、集成电路板，2、数据流输入电路，3、遍历计算电路，4、目标几何矩提取电路，5、输出电路，31、横向遍历计算子电路，32、纵向遍历计算子电路，33、缓存器，34、第一加法器，35、第二加法器，36、第三处理器，37、实际几何矩计算子电路。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下面结合附图，对本专利技术进行说明。实施例一、如图1所示，一种图像中目标物体的几何矩的计算方法，包括以下步骤：S1：按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；S2：获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；S3：根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩并输出，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；/n步骤2：获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；/n步骤3：根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩并输出，并从所有实际几何矩中，提取出所述图像数据流中所述目标物体对应的目标几何矩并输出。/n

【技术特征摘要】
1.一种图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；
步骤2：获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；
步骤3：根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何矩并输出，并从所有实际几何矩中，提取出所述图像数据流中所述目标物体对应的目标几何矩并输出。


2.根据权利要求1所述的图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，在所述步骤2中，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历之前包括：
步骤21：根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸，得到所述图像数据流对应的单行横向遍历次数和单列纵向遍历次数；
步骤22：根据所述单行横向遍历次数和所述图像尺寸得到图像横向遍历次数，根据所述单行横向遍历次数和所述单列纵向遍历次数，得到图像纵向遍历次数；
在所述步骤21中还包括：
根据所述目标物体像素尺寸，得到横向遍历尺寸和纵向遍历尺寸。


3.根据权利要求2所述的图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，在所述步骤2中，图像遍历包括横向遍历和纵向遍历；图像几何矩数据集包括所述图像数据流在每次横向遍历时的图像宽度几何矩集合再经过对应的纵向遍历后得到的更新图像宽度几何矩集合，以及所述图像数据流在每次纵向遍历时的图像高度几何矩集合；
根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集具体包括：
步骤23：按照所述预设数据流动方向、所述横向遍历尺寸、所述单行横向遍历次数和所述图像横向遍历次数，对所述图像数据流逐次逐行进行横向遍历，并分别计算所述图像数据流的每行数据在每次横向遍历时的图像宽度几何矩集合，根据每行数据在所有横向遍历下的图像宽度几何矩集合得到每行数据一一对应的图像宽度几何矩总集，将所有图像宽度几何矩总集进行缓存；
步骤24：当所有横向遍历均完成后，按照所述预设数据流动方向、所述纵向遍历尺寸和所述图像纵向遍历次数，对所述图像数据流逐次进行纵向遍历，分别计算每个图像宽度几何矩集合在经过对应的纵向遍历后得到的更新图像宽度几何矩集合，将所有更新图像宽度几何矩集合进行缓存；利用所有图像宽度几何矩总集，分别计算所述图像数据流在每次纵向遍历时的图像高度几何矩集合。


4.根据权利要求3所述的图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，在所述步骤23中，图像宽度几何矩集合包括所述图像数据流的每行数据在每次横向遍历时的像素横向零阶几何矩、像素横向一阶几何矩和像素横向二阶几何矩；
在所述步骤24中，更新图像宽度几何矩集合包括更新像素横向零阶几何矩、更新像素横向一阶几何矩和更新像素横向二阶几何矩，其中，更新像素横向零阶几何矩为像素横向零阶几何矩在经过对应的纵向遍历后得到的，更新像素横向一阶几何矩为像素横向一阶几何矩在经过对应的纵向遍历后得到的，更新像素横向二阶几何矩为像素横向二阶几何矩在经过对应的纵向遍历后得到的；
图像高度几何矩集合包括所述图像数据流在每次纵向遍历时的像素纵向一阶几何矩和像素纵向二阶几何矩。


5.根据权利要求4所述的图像中目标物体的几何矩的计算方法，其特征在于，所述步骤3具体包括：
步骤31：根据所述图像数据流的每行数据所对应的所有更新像素横向零阶几何矩，得到所述图像数据流在对应的纵向遍历下的更新像素横向零阶几何矩之和；根据所述图像数据流的每行数据所对应的所有更新像素横向一阶几何矩，得到所述图像数据流在对应的纵向遍历下的更新像素横向一阶几何矩之和；根据所述图像数据流的每行数据所对应的所有更新像素横向二阶几何矩，得到所述图像数据流在对应的纵向遍历下的更新像素横向二阶几何矩之和；
步骤32：根据所述图像数据流在每次纵向遍历时的像素纵向一阶几何矩和像素纵向二阶几何矩，以及对应的纵向遍历下的更新像素横向零阶几何矩之和、更新像素横向一阶几何矩之和以及更新像素横向二阶几何矩之和，得到所述图像数据流在每次纵向遍历时的实际几何距并输出；
计算所述图像数据流在第j次纵向遍历时的实际几何距：



其中，Hj为所述图像数据流在第j次纵向遍历时的实际几何距，Aj和Bj分别为计算所述图像数据流在第j次纵向遍历时的实际几何距时第一中间参数和第二中间参数，M10j和M20j分别为第j次纵向遍历时的像素纵向一阶几何矩和像素纵向二阶几何矩，∑M′00j、∑M′01j和∑M′02j分别为第j次纵向遍历时的更新像素横向零阶几何矩之和、更新像素横向一阶几何矩之和以及更新像素横向二阶几何矩之和；
步骤33：从所述图像数据流在所有纵向遍历时的实际几何距中，提取所述目标物体对应的所述目标几何矩并输出。


6.一种图像中目标物体的几何矩的计算装置，应用于根据权利要求1至5所述的图像中目标物体的几何矩的计算方法中，其特征在于，包括集成电路板(1)以及分别设置于所述集成电路板(1)上的数据流输入电路(2)、遍历计算电路(3)、目标几何矩提取电路(4)和输出电路(5)；
所述集成电路板(1)，用于将所述数据流输入电路(2)、所述遍历电路计算电路(3)、所述目标几何矩提取电路(4)和所述输出电路(5)集成在一起；
所述数据流输入电路(2)，用于按照预设数据流动方向，采用硬件描述语言获取包含目标物体的图像对应的图像数据流；
所述遍历计算电路(3)，用于获取图像尺寸和目标物体像素尺寸，按照所述预设数据流动方向，根据所述图像尺寸和所述目标物体像素尺寸对所述图像数据流进行图像遍历，并分别计算所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集；
所述遍历计算电路(3)，还用于根据所述图像数据流在每次图像遍历时的图像几何矩数据集，分别计算得到所述图像数据流在每次图像遍历时的实际几何...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振，洪柱，肖志康，邹洋，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42