監(jiān)控與檢查系統(tǒng)中的視頻解碼器基本原理介紹

　　機(jī)器人可以尋找特定距離和有限范圍內(nèi)的目標(biāo)。在一些應(yīng)用中可以使用超聲波;但如果物體表面會(huì)吸收超聲波或目標(biāo)在玻璃后面，可以使用視頻。攝像頭焦距設(shè)定在鄰近物體上。在近距離范圍內(nèi)的物體會(huì)有清晰的邊緣，而范圍之外的背景物只有模糊的邊緣(圖3)。

　　圖3：焦距——窄的景深。

　　邊緣檢測(cè)可以用來分辨目標(biāo)距離范圍內(nèi)的物體，因?yàn)樗鼈兪俏ㄒ痪哂星逦吘壍奈矬w。背景中的物體將足夠模糊，不能通過邊緣檢測(cè)測(cè)試。這種邊緣檢測(cè)處理將產(chǎn)生一個(gè)二元位圖，其中1表示檢測(cè)到一個(gè)邊緣，0表示沒有檢測(cè)到邊緣。每個(gè)檢測(cè)到的邊緣像素的位置(x,y)可以代入公式1近似算出被隔離物體的中點(diǎn)：

　　(1)

　　其中 xn是邊緣像素n的x軸位置，yn 是邊緣像素n的y軸位置，N是檢測(cè)到的邊緣像素的數(shù)量。

　　一旦物體位置及其邊緣已知，我們就可以試著進(jìn)行跟蹤。關(guān)鍵是從圖片中正確提取物體，將它的邊緣轉(zhuǎn)換成輪廓，然后用來判斷物體是否在朝攝像頭移動(dòng)，方法是檢查像素距物體中心的平均距離以便判斷物體尺寸是否在改變，如公式2所示：

　　(2)

　　N是FRAME幀中的邊緣像素?cái)?shù)量，M是FRAME-1幀中的邊緣像素?cái)?shù)量。聚焦橫軸可以得到公式3：

　　(3)

　　當(dāng)物體朝攝像頭移動(dòng)時(shí)(像素從物體中心向外擴(kuò)展)，這個(gè)公式的值是正的。負(fù)值意味著物體正在遠(yuǎn)離攝像頭，如圖4所示。

　　圖4：移動(dòng)中物體的幀變化。

　　請(qǐng)注意，物體必須在攝像頭焦距范圍內(nèi)。通過修改算法我們可以主動(dòng)改變焦距以掃描更大的面積。一旦檢測(cè)到物體就可以進(jìn)行分段、處理和跟蹤。

　　隨著視頻復(fù)雜度的增加，跟蹤物體將變得更加困難，特別是有紋理的物體以及由于移動(dòng)速度過快而失去銳度的物體。Jianbo Shi所著的“Good Features to Track”一文介紹了一些跟蹤算法。當(dāng)物體失去銳度時(shí)，邊緣檢測(cè)將會(huì)失敗。在這種情況下使用復(fù)數(shù)相關(guān)技術(shù)(如模塊匹配)——用來估算運(yùn)動(dòng)——或采用Yao Wang、Jörn Ostermann和Ya-Qin Zhang三人合著的“Video Processing and Communications”一書中詳細(xì)介紹的其它方法仍可以完成跟蹤。

　　由于攝像頭提供的是連續(xù)的數(shù)據(jù)流，因此可以通過跟蹤物體判斷它的加速度和其它參數(shù)。然而，必須使用高質(zhì)量的視頻序列才能獲得良好的視頻分析結(jié)果。當(dāng)通過分析相鄰像素檢測(cè)邊緣時(shí)，逐行掃描視頻要比低質(zhì)量的隔行PAL或NTSC信號(hào)具有更好的分辨率。ADV7401 和ADV7403 視頻解碼器可以接受各種視頻標(biāo)準(zhǔn)，包括逐行模式。這兩款器件能夠數(shù)字化處理高達(dá)140MHz的視頻信號(hào)，并且能夠處理標(biāo)清、增強(qiáng)清晰度和高清分量信號(hào)、CVBS和圖形。另外，它們還支持非標(biāo)準(zhǔn)視頻模式，允許使用不太流行的標(biāo)準(zhǔn)，比如STANAG。靈活的像素輸出總線允許處理4:2:2、4:4:4 YcbCr或4:4:4 RGB格式的數(shù)據(jù)。非標(biāo)準(zhǔn)視頻格式可以通過過采樣或欠采樣達(dá)到特定的水平寬度，詳見應(yīng)用筆記 AN-0978, “Component Processor Nonstandard Video Formats”。

　　圖5所示的內(nèi)置色彩空間轉(zhuǎn)換器(CSC)可以轉(zhuǎn)換彩色空間以滿足用戶要求(公式4，其中A1… A4，B1… B4，C1… C4都是可調(diào)整的CSC參數(shù))。YPrPb或RGB輸入信號(hào)可以用可配置矩陣轉(zhuǎn)換功能轉(zhuǎn)換成其它格式。例如，將RGB轉(zhuǎn)換成YCbCr允許丟棄色度信息(Cb,Cr)，通過使用單色圖片可簡(jiǎn)化邊緣檢測(cè)。

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