利用虛擬環境的傳感器布置和分析的製作方法
2023-09-22 15:51:30 1
專利名稱：利用虛擬環境的傳感器布置和分析的製作方法
技術領域：
本發明涉及利用虛擬環境的傳感器布置和分析。
背景技術：
視頻監視已作為大量應用的安全工具多年，並由於技術的新突破，安全相機比之前更有效。重要基礎設施，銀行，零售商店和無數其他終端用戶依賴於視頻監視提供的保護。在視頻監視領域，相機布置變得越來越複雜和昂貴。傳統上，二維樓層平面圖或基於地位級圖的自動相機布置方法已在某種程度上解決了該問題。通過評估二維平面圖上的相機覆蓋區域可簡化該問題。然而，這僅提供了一種大略方案，因為這些方法忽略了要監控的區域中設施的海拔或高度。例如，這種方法很難區別半牆(例如小臥室或書桌)或整牆的遮 擋，因此，在監視系統安裝前，使該大略方案可視化並對其進行評估從而給出精確方案以滿足視頻監視的要求是很有幫助的，特別是對重要基礎設施。在二維樓層平面圖被廣泛使用的同時，建築的三維幾何模型目前也可利用(例如，BIM模型)。採用三維模型，就可能採用幾何技術根據相機的平截頭體(frustum)計算表面目標(例如地板，牆，或圓柱)上的覆蓋區域。通常地，三維方法將三維多邊形作為覆蓋區域輸出並隨後高亮這些多邊形以可視化覆蓋區域。該方法可考慮3D環境中的遮擋效應和相機的海拔高度。然而遮擋區的計算是非常精深的。此外，為相機布置提供交互操作
是很困難的，例如相機的外在參數(位置，方位)和內在參數(視場，聚焦長度)的實時調
M
iF. O
圖IA和IB示出了陰影映射技術。圖2A和2B是不出了確定虛擬相機覆蓋面積的處理的流程圖。圖3示出了虛擬相機的遮擋效應顯示。圖4示出了虛擬相機所有可能的覆蓋區域。圖5不出了虛擬相機的覆蓋區和解析度約束。圖6不出了虛擬相機的覆蓋區和解析度。圖7A和7B示出了採用構件實現虛擬相機的搖攝和傾斜操作。圖8A和SB示出了虛擬相機的變焦。圖9示出了虛擬相機的監視區。圖10示出了虛擬相機的監視區和覆蓋區。圖IlA和IlB是利用虛擬環境確定傳感器布置的示例處理的流程圖。圖12示出了本申請的一個或多個實施例執行所依據的計算機處理器系統。
具體實施例方式在一個實施例中，一種對相機布置方案精確可視化並評估的方法，不僅避免由二維化方法引起的不準確，又避免了三維幾何計算引起的響應慢的問題。該方法不僅提供用於調整相機參數的相機覆蓋的實時交互可視化，還提供相機布置方案性能的精確評估。另夕卜，該方法不僅提供相機布置的直觀顯示，還提供相機布置性能的定量分析。在一個實施例中，建築、設施或其他區域的三維模型，以及傳感器參數，連同陰影映射技術一起使用，以將傳感器可檢測的區域部分可視化。本申請關注於視頻傳感設備的使用，但是也可使用其他傳感器例如雷達或毫米波(MMW)傳感器。此處公開的實施例有多個方面。第一，採用陰影映射技術(或相關技術)，可將三維環境中的區域覆蓋實時可視化。用戶可定製覆蓋區域或交疊區域的紋理(texture)。用戶還可以直接操控覆蓋區域的三維顯示中的虛擬相機。第二，可為可搖攝，傾斜和變焦的視頻傳感設備計算並顯示所有可能的三維覆蓋區域。同樣，可計算並顯示所選的保真度約束(例如，對一平方英尺區域要求至少50 X 50像素)。第三，可計算並顯示覆蓋區域不同位置的解析度，並且解析度可顯示為密度圖，彩色圖，或等高線圖。第四，用戶可在三維圖中定義監視區域，以及對視頻傳感設備的性能定量分析，例如覆蓋百分比，交疊區域，和視頻傳感設備不能覆蓋的區域。該信息可高亮以提醒用戶改進視頻傳感設備的布置。第五，二維或三維圖像被輸出到輸出設備，這樣用戶可察看並研究該輸出，並隨後確定建築或設施中放置視頻傳感設備的位置從而以最小成本 得到最大覆蓋。陰影映射技術廣泛應用於實時渲染以提供高保真度陰影效果。在一個實施例中，陰影映射技術用於數據可視化中以實時顯示相機覆蓋區域。陰影映射被稱為二傳技術。在第一傳，從第一位置渲染場景，該第一位置通常稱為光源位置(沒有光和顏色)，並將每個像素的深度存入陰影圖。在第二傳，從第二位置渲染場景，該第二位置通常稱為目視位置，採用投影紋理技術從光源位置將該陰影圖投影到場景上。場景中的每個像素接收相對光源位置的深度值。在每個像素，所接收的深度值與片段相對光源的距離相比較。如果後者大，則該像素不是最接近光源的像素，它不能被光源照到。圖IA和IB示出了陰影映射和相關的深度比較的二傳技術。在圖IA中，點P在陰影中因為P的深度(Zb)大於陰影圖中記錄的深度(Za)。作為對比，在圖IB中，點P可被照到因為P的深度(Zb)等於陰影圖中的深度(Za)圖2A和2B示出了實施例的二傳陰影映射技術的應用。為了將預定紋理投影到場景以示出視頻傳感設備的覆蓋效果，投影覆蓋紋理到場景的處理添加到陰影映射中，陰影映射的光源定義為相機。參見圖2A，在210，場景由從相機視點渲染，在220，將深度值存入陰影圖中。在圖2B的第二階段，在230，場景從眼的視點渲染，在240陰影圖和覆蓋紋理從相機點投影。隨後，在250，對第二階段中渲染的每個像素，如果像素能夠從光源位置被照到(在該應用中它意味著該像素可從相機看到)，該像素將混合覆蓋紋理的顏色，該覆蓋紋理是基於相機的投影變換從相機位置投影的(260)。否則，該像素將留下初始顏色。圖3示出了由一個實施例確定的遮擋效應的示例。遮擋效應的顯示提供反饋給用戶從而用戶可評估視頻傳感設備的位置或方位是否合適。陰影映射技術可處理遮擋效應的問題。特別地，傳統的陰影映射效果渲染不能從給定光源點接收光的具有較深顏色的區域。然而，在一個實施例中，使用預定紋理給從相機可見的區域(310)渲染紋理，替代的，遮擋的區域(320)保持初始顏色。這為用戶提供了遮擋效應的清楚顯示。一實施例為所有覆蓋可能提供可搖攝，傾斜和變焦(PTZ)的視頻傳感設備。再一次地，採用PTZ視頻傳感設備，特定位置的視頻傳感設備的可能覆蓋區與光源在該位置可照到的區域相同。一實施例可計算和顯示場景中視頻傳感設備的覆蓋區。這在圖4中示出。區域410指示覆蓋區域，區域420指示不能由這個位置和方位的視頻傳感設備覆蓋的區域。視頻傳感設備的可能覆蓋對用戶是重要的反饋，它可示出特定定位和方位的視頻傳感設備是否可覆蓋預期的區域。如果不能，用戶可虛擬重新定位視頻傳感設備以確定不同的定位和方位是否將覆蓋預期的或要求的區域。還可考慮並顯示覆蓋區域中的保真度約束。通常地，監視系統中視頻傳感設備獲取的數據具有保真度約束。如果圖像太模糊不能識別則視頻數據是沒用的。識別視頻質量的一個關鍵參數是數據的解析度。解析度可由下式計算 分棒=像素數水y X焦距圖像寬度X相機距離通常，像素數和圖像寬度是固定的，因此，解析度主要是視頻傳感設備焦距和視頻傳感設備與觀察點之間的距離的函數。一般地，定義最小解析度以保證視頻數據的特定質量。為了示出滿足解析度要求的覆蓋區，將覆蓋區分為兩個不同部分。如圖5所示，區域510指可從視頻傳感設備的透視圖看到但不能滿足解析度要求的區域。區域520指可由視頻傳感設備以適合的解析度獲取數據的區域。在一些情況下，僅採用具有解析度約束的區域的顯示來優化相機布置方案對用戶來說是不夠的，因為他們想要得到更多信息來評估相機布置。為此，可採用彩色圖來得到解析度分布的更直觀的可視化效果。如圖6所示，投影到覆蓋區域的梯度色彩效果表示在所觀察區域和相機之間的距離的解析度梯度變化。例如，區域620將用暖色(例如紅色)來顯示，這意味著顯示的區域620具有高解析度並能滿足解析度約束。另外，區域610採用冷色(例如藍色)顯示，這意味著顯示的區域610可能具有低解析度，並且它不能滿足保真度要求。區域630示出了中間解析度的區域。因此，用戶應布置相機使得覆蓋區域用暖色渲染，從而指示可接受的保真度。在一個實施例中,可採用構件(widget),連同修改虛擬視頻傳感設備的參數。構件可提高修改相機布置配置的用戶的效率。這在三維環境中為用戶提供直觀感覺。搖攝和傾斜操作基於旋轉操作。因此，可採用雙環構件為用戶提供便利的操作方法。用戶可點擊環並拖拽環如同用戶在現實中旋轉環一樣。虛擬相機將通過根據環的姿態(attitude)旋轉進行響應。該特徵在圖7A和7B中示出為環構件710和720。變焦操作改變相機深度域(field)的值。為了實現變焦特徵，如圖8A和SB所示出的，採用可沿虛擬視頻傳感設備的方向拖拽的平面810，並且該平面與相機之間的距離表示深度域。如圖8A和8B所示。可為保真度約束考慮多個參數。在相機布置配置後，系統可輸出配置文件，配置文件包括相機的位置、搖攝、傾斜、變焦和所選的類型。這些參數可用於安裝相機和配置監視系統。實施例還可輸出具有虛擬相機的位置和方向的二維樓層平面圖。這為相機的安裝提供嚮導。一個或多個實施例評估一個或多個虛擬視頻傳感設備的覆蓋百分比。在之前的方法中，監視區域可通過在二維樓層平面圖上繪製多邊形或刷特殊顏色來設置。這是很方便的，但這種方法需要二維樓層平面圖的詳細信息，這些信息通常對於三維建築模型是不可用的。同樣，用於監視的高度信息並不包括在二維模型中。在目前的實施例中，用戶可在三維場景中直接繪製監視區域。例如，可採用具有彩色邊的多邊形來指示所期望的監視區域。如圖9中所示出的由多邊形周界920圈出的所期望監視區域910的輪廓。圖10示出了可通過四個視頻傳感設備1020的定位得到的覆蓋區域1010。實施例進一步計算了與所要求監視區域相比的覆蓋範圍。因此，當虛擬相機布置完成時，場景的透視圖可變成用戶設置監視區域時的透視圖。隨後可顯示相機的覆蓋區域。
覆蓋範圍可由下式計算
權利要求
1.一種方法，包括 將區域模型接收到計算機處理器中；(1105) 將表示虛擬傳感器布置的模型中的位置接收到計算機處理器中；(1105) 將虛擬傳感器的方位接收到計算機處理器中；(1105) 用計算機處理器根據虛擬傳感器的位置和方位生成區域的陰影圖；(1110) 使用陰影圖確定能夠由虛擬傳感器檢測的區域的一個或多個部分；(1115) 用計算機處理器確定根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域；(1120)以及將與根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域有關的信息發送到輸出設備(1125)。
2.根據權利要求I的方法，包括將與虛擬傳感器表不的傳感器有關的信息發送到輸出設備，該信息包括傳感器類型、傳感器定位、傳感器方位和傳感器成本中的一個或多個(1130)。
3.根據權利要求I的方法，包括用計算機處理器根據虛擬傳感器的位置和方位以及虛擬傳感器參數確定能夠由虛擬傳感器檢測的區域的解析度(1145)。
4.根據權利要求3的方法，其中虛擬傳感器表示視頻傳感設備，其中解析度根據水平方向視場中像素的數量、視頻傳感設備的焦距、圖像的寬度、從視頻傳感設備到視場中的點的距離確定(1150)。
5.根據權利要求I的方法，包括用計算機處理器生成構件並將構件顯示在輸出設備上，構件與控制設備相關聯以允許用戶改變虛擬傳感器的方位(1160)。
6.根據權利要求I的方法，包括 使用計算機處理器選擇表示多個虛擬傳感器的多種布置的模型中的多個位置；和(1166) 使用計算機處理器確定多個虛擬傳感器的覆蓋百分比、多個虛擬傳感器的一個或多個交疊區域和沒有被多個虛擬傳感器中的任一個覆蓋的一個或多個區域其中之一或其中多個(1166)。
7.根據權利要求I的方法，包括根據與依據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型區域相關的信息在由模型表不的區域中安裝一個或多個傳感器(1168)。
8.一種非易失性計算機可讀介質，包括指令，當計算機處理器執行該指令時執行包括下述的方法 將區域模型接收到計算機處理器中；(1105) 將表示虛擬傳感器布置的模型中的位置接收到計算機處理器中；(1105) 將虛擬傳感器的方位接收到計算機處理器中；(1105) 用計算機處理器根據虛擬傳感器的位置和方位生成區域的陰影圖；(1110) 使用陰影圖確定能夠由虛擬傳感器檢測的區域的一個或多個部分；(1115) 用計算機處理器確定根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域；(1120)以及將與根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域有關的信息發送到輸出設備(1125)。
9.根據權利要求8的計算機可讀介質，包括用於下述的指令 選擇表示多個虛擬傳感器的多種布置的模型中的多個位置；和(1166)確定多個虛擬傳感器的覆蓋百分比、多個虛擬傳感器的一個或多個交疊區域和沒有被多個虛擬傳感器中的任一個覆蓋的一個或多個區域其中之一或其中多個(1166)。
10.一種系統,包括 一個或多個計算機處理器，配置為 將區域模型接收到計算機處理器中；(1105) 將表示虛擬傳感器布置的模型中的位置接收到計算機處理器中；(1105) 將虛擬傳感器的方位接收到計算機處理器中；(1105) 用計算機處理器根據虛擬傳感器的位置和方位生成區域的陰影圖；(1110) 使用陰影圖確定能夠由虛擬傳感器檢測的區域的一個或多個部分；(1115) 用計算機處理器確定根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域；(1120)以及將與根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域有關的信息發送到輸出設備(1125)。
全文摘要
一種採用虛擬環境進行傳感器布置和分析的方法，包括將區域模型、表示虛擬傳感器布置的模型中的位置、虛擬傳感器的方位接收到計算機處理器中。根據虛擬傳感器的位置和方位生成區域的陰影圖。使用陰影圖確定虛擬傳感器能夠檢測的區域的一個或多個部分。確定根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域。將與根據虛擬傳感器的位置和方位覆蓋的模型的區域有關的信息發送到輸出設備。
文檔編號H04N7/18GK102685394SQ20121007655
公開日2012年9月19日 申請日期2012年1月30日 優先權日2011年1月31日
發明者H·白, J·G·杜, T·普羅徹爾, 陳恩義 申請人:霍尼韋爾國際公司