SOMETIDOS A CONDICIONES DE ILUMINACIÓN VARIABLE Y SISTEMA

PARA LLEVAR A CABO DICHO PROCEDIMIENTO

La presente invención se refiere a un procedimiento de identificación de objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable y a un sistema para llevar a cabo dicho procedimiento, que permiten identificar objetos por captura de imágenes con cámaras en condiciones de iluminación fuertemente variables .

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Son conocidos los procedimientos de identificación de objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes por al menos una cámara . En condiciones de iluminación variable, una buena calidad de imagen se obtiene adaptando convenientemente los parámetros del objetivo, como son la abertura del objetivo y/o el tiempo de exposición. Habitualmente, en cámaras de tipo CCD el objetivo permanece siempre abierto, realizándose el control de la exposición por control del tiempo de lectura y refresco de los pixeles de la cámara.

Sin embargo, cuando el objeto a identificar está en movimiento, por ejemplo matriculas de vehículos o bien rostros de personas, esta adaptación puede no ser lo suficientemente rápida para capturar a tiempo el objeto a identificar .

Una solución conocida consiste en determinar de manera automática los mejores parámetros para la captura en función de medidas de luminosidad de la escena que capturan. Este método, ampliamente aceptado por la industria fotográfica, tiene limitaciones cuando se trata de analizar las imágenes de forma automática en los llamados sistemas de visión artificial. En esos casos, los parámetros óptimos para la captura de una imagen de la escena no son necesariamente útiles para el análisis de la imagen.

En concreto, no son adecuados cuando los objetos o regiones de interés para la aplicación tienen unas condiciones de luminosidad muy diferentes de la luminosidad media de la escena.

Aunque existen aproximaciones tecnológicas orientadas a producir sensores de imagen con rango dinámico amplio, su objetivo es normalmente obtener la mejor imagen de la escena y no consiguen mostrar con calidad los objetos de interés en todas las situaciones.

La luminosidad ambiental es insuficiente para determinar el tiempo de exposición de la escena óptima para un objeto puesto que depende de los siguientes parámetros :

-La luminosidad ambiental de la escena , la cual depende de las fuentes de luz y de las reflexiones en otros elementos de la escena,

-La posición de la fuente de luz, por ejemplo, la posición del sol y/o

-El índice de reflectividad del objeto, la cual es muy diferente en un objeto oscuro y mate que en un objeto claro y brillante.

Se han propuesto diversas soluciones para dar solución a este inconveniente, las cuales consisten en general en aplicar un procedimiento que comprende las etapas de: realizar una predicción de condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes obtenidas, - adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara a dichas condiciones de iluminación predichas,

- obtener mediante la cámara al menos una imagen del objeto reflectante, para posteriormente tratarlas con la finalidad de identificar el objeto buscado.

En general, si los requisitos de velocidad de respuesta del sistema, es decir la captura y tratamiento de imágenes, lo permite, se hace una hipótesis de rango de iluminación, para realizar múltiples tomas de imagen con diferentes tiempos de exposición, para luego seleccionar de forma automática las que ofrecen más información sobre el objeto a identificar. Sin embargo, las nuevas aplicaciones, en especial en exteriores, suponen un reto debido a las variaciones extremas de la reflexión de la luz del Sol sobre objetos que se mueven a gran velocidad, que van desde la oscuridad total de noche en carreteras interurbanas hasta una radiación muy intensa en verano al mediodía.

Además, esta variabilidad de la luz queda localizada de modo que es prácticamente imposible ajustar correctamente los parámetros de la cámara para una medida media de la iluminación. Como solución, se han propuesto soluciones basadas en sensores inteligentes que intentan anticipar las condiciones de reflexión de la luz sobre las matrículas, o bien sistemas basados en la utilización de un sensor de luz ambiental. Estos sistemas de predicción se pueden completar con sistemas de multi-exposición, que emplean cámaras de capturas de imágenes a alta velocidad.

En estos sistemas, ya desarrollados por el solicitante, se dispone de un dispositivo FPGA conectado a una cámara de megapíxeles de alta velocidad. La combinación de estos dos elementos permite la adquisición y el análisis de un elevado número de imágenes, del orden de mil, para grupos de, por ejemplo, cuatro tiempos de exposición . Este enfoque con multi-exposición permite disponer de un elevado número de imágenes de una misma escena con diferentes parámetros de exposición, de entre las cuales se escogen las mejores muestras desde el punto de vista de la identificación del objeto. Esta técnica de multi-exposición se puede combinar con las técnicas de predicción antes mencionadas, para acotar los parámetros de la cámara, y por ejemplo seleccionar un grupo de tiempos de exposición y aumentar las probabilidades de obtener imágenes de calidad con vistas a identificar el objeto.

Ahora bien, a pesar de esta selección previa de rangos, el solicitante ha podido comprobar que con la tecnología disponible, la identificación del máximo número de objetos aún no es óptima, y por lo tanto considera necesario mejorar los siguientes actuales.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para ello, la presente invención propone con la presente invención solucionar el problema capturando a alta velocidad múltiples imágenes con diferentes tiempos de exposición y buscando los objetos en todas ellas mediante algoritmos de análisis de imagen, para finalmente construir una nueva imagen en la que todos los objetos de interés son visibles de forma óptima para la aplicación.

Concretamente, la invención alcanza los objetivos propuestos mediante un procedimiento de identificación de objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes por al menos una cámara, que comprende las etapas de:

- realizar una predicción de condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes obtenidas, - adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara a dichas condiciones de iluminación predichas,

- obtener mediante la cámara al menos una imagen del objeto reflectante, que se caracteriza por el hecho de que dicha predicción de las condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes obtenidas comprende las subetapas de,

-determinar el acimut de la dirección del objetivo de la cámara,

-determinar la posición geográfica de la cámara, -determinar la hora universal, y a partir de dicha orientación del objetivo de la cámara, de la posición geográfica de la cámara y de la hora universal, realizar una predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto en la dirección del objetivo de la cámara y adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara a dichas condiciones de iluminación predichas con vistas a identificar dicho objeto reflectante.

Con este procedimiento, se logra acotar en un rango mucho menor que con las técnicas conocidas, los parámetros de abertura del diafragma del objetivo y/o el tiempo de exposición que permitirán realizar imágenes con suficiente calidad desde el punto de vista de la identificación del objeto en cuestión.

Además, el dispositivo puede implementarse, como se verá más abajo en un dispositivo compacto, y con requerimientos de cálculo mínimos, puesto que la predicción del efecto de la reflexión sobre las imágenes captadas por la cámara se realiza con cálculos sencillos de óptica.

Según otras características opcionales del procedimiento de la invención, en este: - también se obtiene su inclinación (•) con respecto al plano horizontal.

-se realiza una predicción de la orientación de la o de las superficies reflectantes del objeto.

-se realiza previamente una hipótesis sobre el índice de reflexión de la o de las superficies reflectantes del objeto reflectante.

Estas etapas tiene una aplicación especial, aunque no limitativa, para la identificación de matrículas de vehículos en movimiento relativo con respecto a la cámara, o cualquier otro objeto susceptible de ser identificado por obtención y tratamiento de imágenes, como puede ser la identificación de rostros.

Además, debido a las posibilidades de ajustar en tiempo real los parámetros de posición, de orientación y de inclinación de la cámara, esta puede ser también montada en soportes móviles, ya sea en desplazamiento o en rotación .

Asimismo, el procedimiento puede completarse con las siguientes etapas opcionales: - previamente a las mencionadas subetapas se realiza una medición de la luminosidad ambiental media.

- posteriormente alas etapas mencionadas, a partir de la predicción de la radiación solar reflejada por el objeto se determina un conjunto de tiempos de exposición que permite cubrir los diferentes niveles de reflectividad del objeto, es decir se realiza una multiexposición . Obviamente, el procedimiento también se puede aplicar para una única toma.

-a continuación de la fase anterior, se realiza la captura de una imagen para cada tiempo del mencionado conjunto de tiempos.

-luego se busca en la imagen el objeto, realizándose esta sub-etapa con un proceso de localización de patrones, y finalmente -se transmiten las regiones de la imagen que contienen el objeto y su posición en el área de visión de la cámara para su uso posterior según convenga.

Asimismo, la invención se refiere a un sistema que permite llevar a cabo el procedimiento de la invención, concretamente a un sistema de identificación de objetos reflectantes sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes por al menos una cámara, que comprende medios para predecir condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes, comprendiendo dicha cámara medios de adaptación del tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara a las condiciones de iluminación predichas, que se caracteriza por el hecho de que dichos medios para predecir condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes comprenden medios para determinar el acimut de la dirección del objetivo de la cámara, medios para determinar la posición geográfica de la cámara, medios para determinar la hora universal, los cuales permiten realizar una predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto reflectante en la dirección del objetivo de la cámara y por lo tanto acotar el tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara para adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación predichas.

El sistema puede incluir además las siguientes características, tomadas aisladamente o bien, según convenga, según todas las combinaciones técnicamente posibles : - medios para determinar el acimut son una brújula integrada en el sistema o bien una entrada que permite introducir dicho acimut.

-los medios para determinar la posición geográfica de la cámara son un GPS integrado o bien una entrada que permite introducir dicha posición geográfica.

- puede comprender medios para determinar la inclinación con respecto al plano horizontal del eje de visión de la cámara. puede comprender un módulo sensor de la iluminación ambiental.

- la brújula y el GPS están integrados en una misma placa electrónica o chip, preferentemente implementado en tecnología CMOS, provisto de una entrada para las señales provenientes de la cámara, de una salida de control del tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara y que está configurado para realizar dichas predicciones .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización del sistema de la invención.

La figura 1 es una vista en planta que ilustra los componentes básicos de la invención.

La figura 2 es un diagrama de bloques en el que se esquematiza la relación entre los bloques básicos que constituyen un sistema según la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA

Con referencia a la figura 1, la invención se refiere a un procedimiento de identificación de objetos reflectantes 1 sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes 1 por al menos una cámara 2, que comprende las etapas de: - realizar una predicción de condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes obtenidas,

- adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara 2 a dichas condiciones de iluminación predichas,

- obtener mediante la cámara al menos una imagen del objeto reflectante.

Estas etapas constituyen las características comunes de las soluciones del estado de la técnica, caracterizándose la presente invención por el hecho de que la predicción de las condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes obtenidas comprende las subetapas de,

-determinar el acimut Az de la dirección del objetivo de la cámara 2,

-determinar la posición geográfica de la cámara 2, -determinar la hora universal, y a partir de dicha orientación Az del objetivo de la cámara 2, de la posición geográfica de la cámara 2 y de la hora universal, realizar una predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto en la dirección del objetivo de la cámara 2 y adaptar el tiempo de exposición y/o la abertura de la cámara 2 a dichas condiciones de iluminación predichas con vistas a identificar dicho objeto reflectante 1.

Por lo tanto, se realiza una selección que no solamente tiene en cuenta principalmente el efecto que tendrá la reflexión sobre la cámara de la radiación incidente sobre el objeto. Obviamente, opcionalmente y cuando sea posible, se podrá realizar una predicción de la orientación de la o de las superficies reflectantes del objeto.

Asimismo, se ha comprobado que para la finalidad especifica para la lectura de matriculas, es suficiente con conocer la orientación de la cámara, pero en algunos casos también puede ser interesante obtener su inclinación

• con respecto al plano horizontal.

Asimismo, cuando se conozca aproximadamente el Índice de reflexión del objeto a identificar, se puede realizar previamente una hipótesis sobre un rango de índices de reflexión de la o de las superficies reflectantes del objeto reflectante 1, con la finalidad de acotar aún más los parámetros de la cámara que permiten lograr imágenes adecuada para identificarlo. Asimismo, la invención se refiere a un sistema de identificación de objetos reflectantes 1 sometidos a condiciones de iluminación variable por captura y tratamiento de imágenes obtenidas de dichos objetos reflectantes 1 por al menos una cámara 2, que comprende medios para predecir condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes, comprendiendo dicha cámara medios de adaptación del tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara 2 a las condiciones de iluminación predichas, que se caracteriza por el hecho de que dichos medios para predecir condiciones de iluminación susceptibles de afectar a la calidad de las imágenes comprenden medios para determinar el acimut Az de la dirección del objetivo de la cámara 2, medios para determinar la posición geográfica de la cámara 2, medios para determinar la hora universal, los cuales permiten realizar una predicción de la radiación solar reflejada por dicho objeto reflectante 1 en la dirección del objetivo de la cámara 2 y por lo tanto acotar el tiempo de exposición y/o de la abertura de la cámara 2 para adaptarla en tiempo real según las condiciones de iluminación predichas.

Tal como se aprecia en la figura 2, el sistema de captura de imágenes se compone de los siguientes elementos, combinados en un circuito electrónico compuesto de diferentes chips soldados en una placa electrónica, o bien integrados en un único chip, que es la opción preferida :

• Módulo captador de imagen (MCI) . Se trata de un sensor de imágenes con tecnología CMOS o CCD. La tecnología preferida es la CMOS porque permite integrar en el mismo chip los otros elementos.

• Módulo localizador de objetos (MLO) . Se trata de un procesador optimizado para la detección a alta velocidad de los objetos de interés en las imágenes capturadas .

• Módulo transmisor de imágenes (MTI) . Se trata de un procesador capaz de transmitir las imágenes de los objetos detectados indicando su posición en el campo de visión del sensor de imagen.

• Módulo localizador de posición (MLP) . Se trata de un elemento GPS capaz de determinar con precisión la posición geográfica en la que se encuentra el sistema y la hora exacta. Es un módulo opcional que permite reducir el tiempo de búsqueda de los objetos al tener un grado de libertad menos.

• Módulo localizador de orientación (MLO) . Se trata de una brújula electrónica con capacidad para localizar la orientación y comunicarla al módulo captador de imagen. Se combina con el anterior módulo para reducir el tiempo de búsqueda de los objetos.

• Unidad de control de coordinación de los demás módulos .

Tal como ya se ha mencionado, y expresado con otras palabras, el procedimiento de la invención es iterativo y consiste en capturar múltiples imágenes y buscar en ellas los objetos de interés para una aplicación. Se realiza de forma cíclica las siguientes cinco operaciones:

1. Medir la luminosidad ambiental media con el módulo sensor de imagen, en la realización que dispone de este.

2. Calcular la posición del sol en función de la latitud dada por el módulo localizador de la posición del sistema (el GPS) y el módulo localizador de la orientación del sistema (la brújula), y teniendo en cuanta la hora. 3. Determinar un conjunto de tiempos de exposición que permita cubrir los diferentes niveles de reflectividad del objeto de interés.

4. Sumar a los tiempos de exposición del conjunto anterior una cantidad en función de la influencia del sol. 5. Para cada tiempo de exposición candidato de la anterior lista, realizar las siguientes acciones: a. Capturar una imagen con el tiempo de exposición candidato. b. Buscar los objetos en la imagen con un método de localización de patrones implementado a alta velocidad en el módulo localizador de objetos. c. Transmitir las regiones de la imagen que contienen el objeto y su posición en el área de visión de la cámara (posición X, Y en la imagen original) . Finalmente, aunque se haya descrito la aplicación del procedimiento y del sistema de la invención a la identificación de matrículas, el experto en la materia podrá concebir su utilización en cualquier otra aplicación de reconocimiento/ identificación de objetos que se desplazan a partir de captura de imágenes con una o varias cámaras en condiciones de iluminación fuertemente variable .