一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法

2023-06-22 01:30:06

專利名稱：一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法
技術領域：
本發明屬於視頻監控技術領域，特別涉及一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法。
背景技術：
在視頻監控研究領域中，運動目標在地面上的實時位置是異常行為檢測、攝像機協同等高層應用的有效輔助信息；由攝像機陣列捕獲到的目標圖像確定對應的目標地面位置是一項重要研究內容。到目前，大部分已投入實用的視頻監控系統採用單個固定攝像機監視模式，此條件下，現有的一類基於攝像機測量的定位方法，要求在安裝時精確測量出每臺攝像機的位置、角度等參數，根據圖像上目標相對光軸的偏移量定位目標。對裝備了大量攝像機的監控網絡，該方法在實際測量操作上有一定局限性，不僅測量不方便且難以進行精確測量。另一類定位方法使用雷射或紅外測距傳感器主動測量深度信息輔助定位，成本較高，難以大規模實用。許多應用場景，如廣場、街道，在一定範圍內的地面較平整，形狀近似為平面；目標位於地面上，具有目標約束在地平面的內在、不變的結構化特徵；而地平面和攝像機之間存在投影關係。利用此特點，可通過對攝像機網絡進行網絡劃分，使同一子網絡區域的攝像機對應同一定位地平面，測量區域基準點地理坐標以初步定位子網絡；對每個子區域的各攝像機，通過在地面設置多個參考點，測量出攝像機坐標系和地面坐標系的投影關係矩陣，進而將目標圖像坐標轉換為地面坐標，確定目標的地面位置。

發明內容
本發明的目的在於提供一種簡便有效的應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法；利用場景中目標位於地平面上的外在約束，將攝像機監控網絡劃分為規模較小的子網絡，建立子網絡局部地面坐標系，設置地面參考點，在子網絡內進行局部直接定位；利用各攝像機節點和地平面的投影關係，由目標圖像位置的觀測值計算出局部地面坐標，最後用子網絡的地理坐標和區域內的局部地面坐標表示目標的真實地面位置。為實現此目的，本發明提出的技術方案為一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，該方法通過劃分監控網絡和結合基於參考點的單攝像機定位方法實現地面目標定位，其步驟為步驟(1)將監控網絡劃分成具有統一地平面約束的子網絡；步驟( 設置定位子網絡的位置基準點，測量出其地理坐標；步驟C3)建立局部地面坐標系，設置地面參考點，測量攝像機坐標系與地面坐標系之間的轉換關係；步驟(4)根據步驟(3)的轉換關係，將單攝像機攝像頭圖像上的目標觀測位置轉換得到目標的局部地面坐標，使用區域地理坐標和局部地面坐標表示目標的真實地面位置；
其中，所述的基於參考點的單攝像機定位方法，是通過在監控場景地面上設定參 考點，利用測量到的參考點地面坐標和圖像坐標，計算出單攝像機坐標系與地面坐標系之 間的轉換關係矩陣；之後，將觀測到的目標圖像坐標轉換為地面坐標；當單攝像機固定吋， 投影變換矩陣是不變、唯一的，其參數可用不少於4個的ー組參考點測量得到。所述步驟(1)中，觀測攝像頭節點監視區域地面形狀分布，將位於同一地平面的 節點劃分到同一子網絡中；所述步驟O)中，對每個子網絡，在其區域地面上選擇一點作為子網絡的位置基 準點，利用衛星定位工具測量出其地理坐標，並作為局部地面坐標系下的定位參考點；所述步驟(3)中，以子網絡的區域地平面為x_y平面建立局部地面坐標系，步驟 (2)的定位參考點為局部地面坐標系原點，地面參考點的圖像坐標和地面坐標分別為U， y)和(X，Y)，兩者滿足投影變換關係，表達式如公式(1)，其中轉換矩陣如公式O)。對N個 地面參考點，得到一組測量方程，表達式如公式(3)，求解此方程得到轉換矩陣。
權利要求
1.一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，該方法通過劃分監控網絡和結合基於參考點的單攝像機定位方法實現地面目標定位，其特徵在於其步驟為步驟(1)將監控網絡劃分成具有統一地平面約束的子網絡；步驟( 設置定位子網絡的位置基準點，測量出其地理坐標；步驟C3)建立局部地面坐標系，設置地面參考點，測量單攝像機坐標系與地面坐標系之間的轉換關係；步驟⑷根據步驟⑶的轉換關係，將單攝像機圖像上的目標觀測位置轉換得到目標的局部地面坐標，使用區域地理坐標和局部地面坐標表示目標的真實地面位置；其中，所述的基於參考點的單攝像機定位方法，是通過在監控場景地面上設定參考點， 利用測量到的參考點地面坐標和圖像坐標，計算出單攝像機坐標系與地面坐標系之間的轉換關係矩陣；之後，將觀測到的目標圖像坐標轉換為地面坐標；當單攝像機固定時，投影變換矩陣是不變、唯一的，其參數可用不少於4個的一組參考點測量得到。
2.根據權利要求1所述的一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，其特徵在於所述步驟(1)中，觀測攝像頭節點監視區域地面形狀分布，將位於同一地平面的節點劃分到同一子網絡中。
3.根據權利要求1所述的一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，其特徵在於所述步驟O)中，對每個子網絡，在其區域地面上選擇一點作為子網絡的位置基準點，利用衛星定位工具測量出其地理坐標，並作為局部地面坐標系下的定位參考點。
4.根據權利要求1所述的一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，其特徵在於所述步驟(3)中，以子網絡的區域地平面為XY平面建立局部地面坐標系0-ΧΥ，步驟 (2)的定位參考點為局部地面坐標系原點0，地面參考點的圖像坐標和地面坐標分別為(X， y)和(X，Y)；設定世界坐標系Ow-XwYwZw WXwYw平面與地面坐標系相同，地面參考點的世界坐標為(Χ，Υ，0)，根據攝像機透視變換原理，可獲得圖像坐標(x，y)和地面坐標(X，Y)之間的投影變換關係，表達式如公式(1)，其中的各參數組成變換矩陣，如公式O)；對N個地面參考點，得到一組測量方程，表達式如公式(3)，求解此方程得到轉換矩陣，確定轉換關係；
5.根據權利要求1所述的一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，其特徵在於所述步驟中，觀測的目標圖像位置為目標與地面結合處的中心點的觀測值，受地平面約束；由步驟C3)轉換矩陣C和目標圖像位置觀測值(x，y)計算目標地面坐標(X，Y)， 表達式如公式；用步驟( 子網絡的地理坐標和計算出的目標局部地面坐標聯合表示目標的地面位置；r ν-Γ Γι^ 「廠-Γ ν (4)Qix-QiC32J-C 1"X"[C—-Cc^y-CYC-C^y _上式由公式(1)轉換得到陣元素值。(χ，y)為圖像坐標，(X，Y)為局部地面坐標，Ci,為轉換矩
全文摘要
本發明提供一種應用於視頻監控系統中的定位地面目標的方法，該方法利用地平面約束，將監控網絡劃分為規模較小的子網絡，對子網絡建立局部參考坐標系，設置地面參考點，利用各攝像機節點和地平面的投影關係，由目標圖像位置的觀測值計算出地面坐標。該方法無需精確測量攝像頭的角度、位置等參數；只依賴局部地平面約束，可用於大部分使用固定攝像頭的監控系統，尤其是廣場、街道等常見應用場景。
文檔編號G01C11/28GK102359780SQ20111032838
公開日2012年2月22日 申請日期2011年10月26日 優先權日2011年10月26日
發明者王建, 王智靈, 趙宇宙, 郭明瑋, 陳宗海 申請人:中國科學技術大學