专利名称：使用偏振数据的实时图像检测的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及图像检测，更具体地，本发明涉及实时地检测偏振识别标记o背景技术在不同的角度吸收光波的偏振材料可以用于区分感兴趣的区域。例如，从Ait物体反射^Mt的舰常在偏振状态方面不同于自然物体的。因此，这样的 反射光可以用于检测偏振识别标己，例如，识别徽章。 一些现有技术會,读取偏 振的图像数据，然而不能同时实时地解释该数据的含义。发明内容通常， 一方面，本发明的特征在于一种实时检湖!)偏振识别标记的方法。该 方法包括提供具有多个像素的图像数据的帧，其中每个像素包括偏振光强度信 息，根据该偏振光^g信息确定旨像素的强度值，选择具有强度范围内的强度 值的第一部分像素，以及分析第一部分中具有容许范围内的相似角度的线偏振值 的像氣从而检测图像娜中的偏振识别标己。通常，另一方面，本发明的特征在于一种实,测偏振识别标记的方法。 该方fe^括J^共具有多个像素的图像数据的帧，其中^M象素包括偏振光3M信 息，根据该偏振光弓驢信息确定旨像素的强度值，选择具有强度范围内的强度 值的第1分像素，确定第一部分中的針像素的线偏振值的度数，从第一部分 中选择第二部分像素，，二部分具有线偏振的度数范围内的线偏振值的度数， 以及分析第二部分中具有容许范围内的相似角度的线偏振值的像素，从而检测图 像if^中的偏振识别iH己。通常，另一方面，本发明的特征在于一种用于实,测偏振识别标记的计算机禾旨产品。该计^m禾，产品包括具有记录在其上的计Mi可读禾i^ft码的
计^m可用介质，该计Ml可^im戈码具有用于确定具有多个像素的图像i^的弓m值的禾ii^f戈码，其中^t像素包括偏振光3驢信息，用 择具有 破范 围内的^g值的第1分像素的禾i^^码，以及用于分析第1分中具有容许范 围内的角度的线偏振值的像素，从而检测图像数据中的偏振识别+莉己的禾，代码。通常，另一方面，本发明的特征在于一种实0 测偏振识别标记的系统。 该系统包括用于接收具有多个像素的图像数据的帧的图像设备，其中旨像素包 括偏振光纟雖信息，以及用于根据该偏振光 破信息确定每个像素的强度值，选 择具有强度范围内的强度值的第一部分像素，以及分析第一部分中具有容许范围 内的相似角度的线偏振值的像素，从而检测图像数据中的偏振识别标己的图像处 理器。
通过参照附图对本发明的进一步说明，将更能充分地理解本发明的上述优点，其中图1示出了根据本发明的实施例实日 测偏振识别丰射己的系统； 图2示出了根据本发明的实施例实日愤测偏振识别^H己的方法； 图3示意性地示出了呈现出偏振识别f射己的图像；图4示意性地示出了根据本发明的实施例检测的具有偏振识别标己的图像; 图5示意性地示出了根据本发明的实施例选择的具有偏振识别标己的拣选 图像；以及图6示意性地示出了根据本发明的实施例的)l繊振识别标己高亮显示的图像。
具体实施方式
本发明的各种实施例涉及用于实时检测偏振识别标记的系统和方法。为了 那些目标，这里描述的原理定义了用于分析具有独 摘寺性的识别标己的图像 的方法。在一个实施例中，该M检测原理招顿3驢作为拣选标准及其对 视频流的实施操纵方面是独特的。其他实施例可以使用其他拣选标准。说明性实 施例分析图像数据的帧，删除未示出预先确定的偏振特征的区域并且可以进一步
增强感兴趣的区域。可以采用诸如这样的一种方錄安排偏振材料，艮P，开发一 种人眼无法察觉的编码机制。处理过的娜可以传送至懒出设备用于观察或记录。其他禾骄可以处理检测例程之iMt后的图像i^。图i示出了根据本发明的实施例用于实0 测偏振识别+莉己的系统。系统10包括捕获图像中的偏振识别t射己30的图像设备20以及分析从图像设备20接 收的图像,并且实0 测识别标己30的图像处理器40。处S31的图像数据可 以传送到输出设备50用于进一步处理舰示检测至啲识别丰斜己30。图像设备20 可以是具有能够捕 振光^^信息的滤光器或偏振器的视频设备或照相机。系 统10能够检测静止的或移动的偏振识别丰射己30，戶诚静止的偏振识别^i己例如 是标牌，所述移动的偏振识别标记例如是具有标记的车辆或佩戴徽章的移动的 人。。偏振识别^H己30可以由任何偏振材料制作。图像处理器40倉巨够分析图像 娜并且实日微测识别^i己30。例如，每秒接收最高30帧娜的图像处理器能 够以仅仅延迟大约4帧的皿处理并检测识别丰射己30。图2示出了根据本发明的实施例实啦测偏振识别添己的方法100。在步骤 110，提供具有偏振光强度信息的图像数据。图像数据可以是以前拍摄的图像或 从流设，收的图像等等。例如，图像数据可以是从照相机 流直接处理的视 频图像。照相机可以4顿具有三个线偏振滤光器(诸如与摄影光轴成0°， 45邻 90。的滤光器)的 来捕获个别数据部分。例如，图像内的旨像素值可以包 含数值在0到255的RGB范围内的偏振光SM信息Io， k和U。可以用于皿 偏振光^Jt信息的其他结构对本领域内的普通技术人员^M而易见的。例如，一 个线偏振器可以在一个检测器前被旋转到三个角度位置或者三个单独的偏振元 件可以位于三个^^虫图像检测器上的不同方位。偏振光强度信息可以用于计算斯托克司(Stokes)向量。斯托克司向量是由 乔治斯托克司(George Stokes)开发的用于描述具有四个参量的偏振光。<formula>formula see original document page 8</formula>(1)S(T入射束的鹏 S，光被水平或垂直偏振的倾向S产线偏振45。的倾向 Sf光被圆偏振的倾向在说明性实施例中，对S3不作要求。在偏振测定中，斯托克司向量S由来自于检测器前的不同偏振分析器的数 据组成，如<formula>formula see original document page 9</formula>在上面的等式2中，&， A和/"分别是相对于照相机的垂直观察轴在水平 线偏振0°、垂直线偏振90°，和45。线偏振测量的光纟破。执行简单的替换，获 得下面的斯托克司向量(3)根据斯托克司向量，获得下面的线偏振的度数(DoLP)，线偏振的角度(e) 以及强度(I):
<formula>formula see original document page 9</formula>
(6)虽然以上获得的斯托克司向量使用图像 中的7>:平、垂直和45。线偏振分 量，但就本领域内的普通技术人员显而易见的是，可以!顿其他偏振光5艘信 息来计算该斯托克司向量。例如，可以用垂直线偏振器、+45°线偏振器以及右手 或左手圆偏振器来测量光以便计算斯托克司向量，而不JOT偏振滤光器。 斯托克司向量相应于所给物体上的入射光的角度而变化。线偏振材料上的 入射光将础具有与船合材料较为"一致"的3破的线偏振光。因此，偏振材料可以保持相似的强度值，从而允许^g用来区分材料。在步骤120，可以处理图像数据以便，鹏偏振光^^信息确定图像中旨像 素的5驢值。在步骤130，可以指定〗雖范围，以便该3驢可以用作拣^flJ除 不想要的图像数据的标准。例如，用户可以根据所使用的识别标己材料来指定强 度范围。例如，可以选择范围从大约4%到大约98%的^雖。在步骤140，册lj除超过希望的纟雖级别或在指定范围之外的区域。例如，可以删除具有较小强度信 息的 ，例如，在0-255的RGB范围中从O到大约15的值。剩下的图像 可以用Ti十算斯托克司向量(So， S,和S2)，根据偏振光弓M信息获得DoLP值 和域获得e值。在步骤150，可以进一步处理指定强度范围内的图像数据，以便确定图像中 戶，像素的DoLP值。在步骤160，可以指定值的线偏振的度数范围。例如，用 户可以根据所4顿的识别标己材料来指定线偏振的度数范围，因为材料可會程现 不同的偏振特性。例如，可以选择0.3到1.0范围的线偏振的度数。在步骤170， 可以删除超过希望的DoLP级别或在指定范围之外的区域。在一个实施例中，可 以合并步骤130和步骤160，并且可以删除没有落入戶，强度范围和DoLP范围 的W。在册l滁或拣选了在指定标准之外的区域之后，分析以下区域或点的剩余数 据，该区域或点保持指定l^容许量内的相似e值(步骤180)。可以将具有指定，容许量内的相似e值的区域组合到一起并且为进一步的处理而选择该区 域。例如，对于具有9c/。的错误容许量的io度的名Xh的e值，可以将具有从 大约9.1度到大约10.9度的e值的 聚合成一组或箱。还可以分析具有相似e 值的点或像素，以便确定相互之间的距离是否在指定的距离范围之外。例如，可 以将具有相似e值的像素之间的距离选择为不大于相距5到6个像素。如果像素 之间的距离超过指定的范围，贝杯能将这些点分成一组。可以针对任意数量的e做分析娜并且相应于它们的相似e值和相互的 距离而聚合成一个或多个组或箱，齡组具有指定觀容许量内的相似e值。可 以进一步分析组内的繊，以便确定 是否^給指定的大小要求。例如，可以 在指定的大小范围内定义区域的大小(宽度和高度)劍艘检测的x^^所需的数
据的数量。例如，为了检测，可以选择宽度最小9个像素而高度最小6个像素的 鋭居。可以继续分组这样的区J^者丢弃这样的区域，该区敏皮分析并且被分组， 但是不构，于表示偏振识别标己或它的一部分的足够的数据。在步骤190，可以高亮显示组或箱中用作用于识别偏振识别标己的模板或代码鋼作两者的图像娜。例如，组或箱中具有相似e值的图像聽可以被分配 一个唯一、與虫的代码，诸如数字或符号。例如，图像可以具有用一个e值检测 的一个区域以及用不同的e值检领啲两个其他区域，在用一个e值检观啲一个区 域中，值"o"分配至挪个组，在用不同的e值检测的两个其他区域中，值"r 分配到所有那些组。可以定义鹏择识别膽所需的最小数量的码元。例如，根 据与具有那^fr征的x^m相应的代码的特征，可以进一步分析码元以获得数据内 容并且码元可以用于识别偏振识别标己。例如，可以^)^马元与偏織性和戶;fi只别 出的识别丰斜己的 库进行比较。例如，货物应当由卖主编码，而卖主的ID映 射到与用于识别产品的条码相似的编自。在一个实施例中，可以为组或箱中高亮显示的图像数据分配一种颜色，以便当观察图像时，检测区W^来更加显眼或突出。在步骤200，高亮区域、识别区域、或者两者可以覆盖在原始图像上用于图像的进一步处理，或者用于说明 检测例程的正确性。虽然上面已经讨论了选掛示准的各种范围，但就于本领域 内的普通技术人员显而易见的是，根据多种因素可以使用其他范围，所述因， 如4顿的偏振材料，^i己和应用禾將的大小。为了说明的目的，图3描述了两个人，^t人佩^包含具有不同偏擬寺 性的偏振识别材料的识别徽章。如图所示，当fflil诸如人目艮的图像设备观察时， 偏振识别标己与徽章的其他部分没有区别。如图4所示，已经检测到了偏振识别iH己，并且被高亮的检湖倒的区驢盖在原始图像上面。正方形表示由于,的相n处已经被分组或装箱到一起的 区域。齡徽章上的正方形具有共同的颜色，表示已经将这些区域聚集成具有相似e值的组或箱，例如， 一个徽章上的正方形是纟絶的而其他徽章上的是紫色的。 由于它们的e、 m^和大小与选擀示准相关，检测区鹏成偏振识别t射己，例 如，徽章。可以进一步分析高亮显示区域内的娜，以便M31i^ir征和为徽章 定义的特征来确定相应的徽章主人。图5说明了娜拣赵后的结果。根据选择 标准，已经拣选^ 余作为不感兴趣的 的选择的区域。图6仅示出了 的
部分，该部^^已纟别两种不同的颜色，紫色(左ii^标)和纟絶(右边所示)高魏示的检测区域。用任意传统的计Ml编程语言可以实现发明的各种实施例的至少一部分。例如，可以用面向过程的编程语言(例如，"c")，或者用面向，的编程语言(例如，"C抖")来实J條些实施例。发明的其他实施例可以被实现为预编程硬 件元件(例如，专用集成电路，FPGA以及数字信号处理器)，或其他相关的部 件。在一个实施例中，所公开的装置和方法可以被实现为计^a系统所使用的计^m禾聘产品。这种实现可以包括固化在有形的介质，诸如计^^几可读介质(例 如，磁盘，CD-ROM， ROM或石赠)，或舰调制解调器或其他接口设备，诸如M介质连接到网络的通信适配器，传送到计^m系统的一系歹附^m指令。 介质可以是有形介质(例如，光或才莫拟通信线路)或者用无线技术实现的介质(例如，WM，微波，红外线或其他传输技术)。该系列的计飾指令可以体现这里 在先描述的有关方法的所有或部分功能。例如，计^m可读禾Mi^f戈码可以包括用 于确定具有偏振光^^信息的图像数据的强度值、用 择具有强度范围内的强 度值的對居、以及用于分析具有容许范围内的线偏振值的角度的图像 从而检 测图像 中的偏振识别iH己附旨令。本领域的技术人员应当理解的是，可以用许多计算机结构或操作系统使用 的多种编程语言来编写该计對几指令。此外，该指令可以被存储到多种存储设备 中，诸如半导体、磁、光或其他存储设备，并且可以4顿任意通信技术传输该指 令，诸如光、红外线、微波麒他传输技术。在其它的方法中，该计，禾旨产品可以采取以下形式具有附加的印刷 或电子文件的(例如，压縮打包软件)，计^m系统(例如，系统ROM或石， 上)预加载的，或ffl3l网络(例如，因特网或万维网),AI艮务器或电子公告板分 发的可移动介质。当然，发明的某些实施例可以被实现为软件(例如，计#^几程 序产品)和硬件的组合。而发明的其他实施例可以被实现为完整的硬件或完整的 软件。虽然上面的讨论公开了发明的各种典型实施例，但是，对本领域的技术人 员显而易见的是，在不脱离发明的实际范围的情况下，可以进行变化和修改以获 得发明的一靴点。因此，其他实施例在所附权禾腰求的范围内。
权利要求
1、一种实时检测偏振识别标记的方法，包括提供具有多个像素的图像数据帧，其中每个像素包括偏振光强度信息；根据偏振光强度信息确定每个像素的强度值；选择具有强度范围内的强度值的第一部分像素；以及分析第一部分中具有容许范围内的相似角度的线偏振值的像素，从而检测图像数据中的偏振识别标记。
2、 根据权利要求1戶/M的方法，还包括确定第一部分中旨像素的线偏振值的度数；以及从第一部分选择第二部分像素，所述第二部分具有线偏振的度数范围内的 线偏振值的度数。
3、 根据权利要求1所述的方法，其中分IW骤包括将第一部分中的像素聚 集成一个或多个组，每个组具有相似角度的线偏振值。
4、 根据权利要求3戶脱的方法，其中分l欣骤包繊择相互之间具有距离 范围内的距离的像素聚集成一组。
5、 根据权利要求3戶腿的方法，其中分析步骤包繊择具有大小范围内的 大小的组。
6、 根据权利要求1所述的方法，其中偏振光〗艘信息包括关于图像设备的 垂直观察轴的水平线偏振、垂直线偏振和45。度线偏振信息。
7、 根据权利要求1戶，的方法，还包括 高亮显示偏振识别^i己；以及显示具有覆盖在图像数据上的高亮显示的偏振识别*射己的图像 帧。
8、 根据权利要求1戶，的方法，还包^i只别偏振识别^i己。
9、 根据权利要求8戶腿的方法，其中识别步骤包括将第一部分中的像素聚集成一个或多个组，每组具有相似角度的线偏振值;将所述一个或多个组与相应的码元关联；以及分析臓码元。
10、 根据权利要求9所述的方法，其中分析码元包括将戶;M码元与偏振特 性的 库进行比较。
11、 根据权利要求1戶腿的方法，其中从存储的视频图^m流视频图像 ^i共图像,帧。
12、 一种实0 测偏振识别丰彩己的方法，包括掛共具有多个像素的图像娜帧，其中針像素包括偏振光弓艘信息； 根据该偏振光5雖信息确定針像素的3驢值； 选择具有纟破范围内的3雖值的像素的第一部分； 确定第一部分中旨像素的线偏振值的度数；从第一部分中选择第二部分像素，该第二部分具有线偏振的度数范围内的 线偏振值的度数；以及分析第二部分中具有容许范围内的相似角度的线偏振值的像素，从而检测 图像i^中的偏振识别^H己。
13、 根据权利要求12所述的方法，其中分析步骤包括将第二部分中的像素 聚集成一个或多个组，^组具有线偏振值的相似角度。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中分析步骤包 離掛目互之间具有距 离范围内的距离的像素聚集成一组。
15、 根据权利要求13戶腿的方法，其中分析步骤包繊择具有大小范围内 的大小的组。
16、 根据权禾腰求12戶腿的方法，还包括 高亮显示偏振识别1莉己；以及显示具有鶴在图像,上的高亮显示的偏振识别硫的图像翻帧。
17、 根据权利要求12戶皿的方法，还包^i只别偏振识别t射己。
18、 根据权利要求17戶/M的方法，其中识别步骤包括 将第二部分中的像素聚集成一个或多个组，每组具有相似角度的线偏振值; 将戶皿一个或多个组与相应的码元关联；以及分析臓码元。
19、 一种用于实曰愤测偏振识别标己的计穀几禾辨产品，该计飾禾辦产品包括具有记录在其上的计穀几可i對imt码的计ML可用介质，该计^m可读鹏t石驰括用于确定具有多个像素的图像数据的强度值的程序代码，其中^像素包 括偏振光弓驢信息；用，择具有强度范围内的强度值的第i分像素的程m戈码；以及用于分析第一部分中具有容许范围内的角度的线偏振值的像素，从而检测 图像f[^中的偏振识别标己的limt码。
20、 根据权利要求19所述的计 产品，其中计，可iifi^f戈码还 包括用于确定第一部分中旨像素的线偏振值的度数的li^[戈码；以及 用于从第一部分选择第二部分像素的程序代码，第二部分具有线偏振的度 数范围内的线偏振值的度数。
21、 根据权利要求19戶脱的计穀几禾歸产品，其中用于分析像素的计飾 可itfM)^[戈码还包括将第一部分中的像素聚誠一个或多个组，齡组具有线偏 振值的相似角度。
22、 根据权利要求21所述的计,禾，产品，其中用于分析像素的计算机 可读禾Mm邻马还包m择相互之间具有距离范围内的距离的像素聚集成一组。
23、 根据权利要求21戶服的计對几禾骄产品，其中用于分析像素的计飾 可读禾Si^f戈码还包M^择具有大小范围内的大小的组。
24、 根据权利要求19戶，的计算》几禾辨产品，其中计Ml可i^fM^[戈码还 包括用于高亮显示偏振识别^i己的程j^[戈码；以及用于显示具有覆盖在图像数据上的高亮显示的偏振识别标记的图像数据帧 的鹏鹏。
25、 根据权利要求19戶脱的计穀几禾骄产品，其中计^m可i穀骄代码还 包掛只别偏振识别硫。
26、 根据权利要求25戶脱的计^m禾歸产品，其中用于识别偏振识别^i己的计Ml可iifM^代码还包括用于将第二部分中的像素聚集成一个或多个组的程序代码，每组具有相似 角度的线偏H值；用于将戶，一个或多个组与相应的码元关联的程mt码；以及用于分析码元的翻鹏。
27、 一种实日，测偏振识别^H己的系统，包括 图像设备，用于接收具有多个像素的图像数据帧，其中^像素包括偏振光强度信息；以及图像处理器，用于根据偏振光强度信息确定每个像素的强度值，选择具有 强度范围内的3艘值的第一部分像素，以及分析第一部分中具有容许范围内的相 似角度的线偏振值的像素，从而检测图像,中的偏振识别新己。
28、 根据权利要求27戶腿的系统，其中图像处理器还确定第一部分中^像素的线偏振值的度数；以及从第一部分选择第二部分像素，第二部分具有线偏振的度数范围内的线偏 振值的度数。
29、 根据权利要求27戶腿的系统，其中的分析包摘每第一部分中的像素聚 集成一个或多个组，旨组具有相似角度的线偏振值。
30、 根据权利要求27所述的系统，其中的图像处理器还高亮显示偏振识别 新己，该系统还包括显示器，用于显示具有覆盖在图像数据上的高亮显示的偏振识别^H己的图 像,贞。
31、 根据权利要求27戶腿的系统，其中的图像处理器还识别偏振识别iH己。
32、 根据权利要求31戶服的系统，其中的识别包括将第一部分中的像素聚集成一个或多个组，每组具有相似角度的线偏^^值;将所述一个或多个组与相应的码元关联；以及分析臓码元。
全文摘要
本发明涉及一种实时检测偏振识别标记的系统和方法。提供具有多个像素的图像数据帧(110)，其中每个像素包括偏振光强度信息。根据偏振光强度信息确定每个像素的强度值(120)。选择具有强度范围内的强度值的第一部分像素(130，140)。分析第一部分中具有容许范围内的相似角度的线偏振值的像素(180)，从而检测图像数据中的偏振识别标记(190)。
文档编号G01J4/04GK101120359SQ200680003833
公开日2008年2月6日 申请日期2006年2月1日 优先权日2005年2月2日
发明者希莉亚·G·惠特克 申请人:因特格莱弗软件技术公司