專利名稱：基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域中的視頻深度指紋技術(shù)，尤其涉及一種基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法。
背景技術(shù)：
視頻監(jiān)控在當(dāng)今社會已廣泛使用，但是，目前主要為室內(nèi)或小區(qū)內(nèi)的近距離視頻 監(jiān)控。隨著技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控技術(shù)也逐漸成熟，并被應(yīng)用于海上資源管 理、海上緝毒反走私、海事搜救、邊海防監(jiān)控、交通監(jiān)控、核電站及石油倉儲基地等重要場所 的監(jiān)控，尤其是惡劣天氣環(huán)境下。我國許多城市正在積極推進(jìn)“平安城市”項(xiàng)目，國家正在大 范圍試點(diǎn)的“3111”工程?！?111”工程是公安部組織的旨在全國范圍內(nèi)全面推動(dòng)城市報(bào)警 與監(jiān)控建設(shè)的重大工程項(xiàng)目，主要目的是要在重要的城市設(shè)置各種視頻監(jiān)控點(diǎn)，讓城市“無 死角”，讓生活在這個(gè)城市的人們沒有安全之憂。視頻監(jiān)控點(diǎn)越來越多，已呈現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)化的 特點(diǎn)。隨著監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大和監(jiān)控視頻應(yīng)用的不斷深入，視頻數(shù)據(jù)海量增長，傳統(tǒng) 的視頻監(jiān)控系統(tǒng)缺乏智能化，圖像監(jiān)看和調(diào)閱需要占用很大的人力資源，成為制約充分發(fā) 揮監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)效能的瓶頸，因此，視頻監(jiān)控智能化成為視頻監(jiān)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。在智能視頻監(jiān)控中，目標(biāo)的特征尺寸信息在目標(biāo)分類以及非接觸式身份識別應(yīng)用 中具有重要意義。以人的身份識別應(yīng)用為例，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)主要是基于人臉的特征 來進(jìn)行人員身份識別，該方面的研究較為深入，已經(jīng)有較為成熟的專用人臉識別產(chǎn)品，但該 方法主要適用于近距離監(jiān)控目標(biāo)，且人臉的被動(dòng)識別受光線、分辨率、姿態(tài)等對識別率的影 響較大。針對此，人們提出了基于目標(biāo)步態(tài)的身份識別。步態(tài)與人臉是被認(rèn)為具有可感知 與非接觸等優(yōu)點(diǎn)的生物特征，是目前被認(rèn)為可以用于視覺監(jiān)控系統(tǒng)中的身份識別的兩個(gè)主 要生物特征，而步態(tài)識別則需要獲得目標(biāo)的身高信息。因此，目標(biāo)的身高信息在遠(yuǎn)距離智能 視頻監(jiān)控中的身份別中具有重要意義。但是，傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)很難獲取監(jiān)控目標(biāo)的特 征尺寸信息，主要是由于三維空間信息投影為二維影像，損失了大量三維空間信息，尤其是 空間深度信息的丟失，使得無法獲取目標(biāo)的距離，從而很難從傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)輸出的圖 像中獲得目標(biāo)的特征尺寸(如高度和寬度)。為獲取目標(biāo)的特征尺寸信息，人們提出了基于聚焦或離焦的單目視覺技術(shù)和雙目 視覺技術(shù)，以及利用特征參考物或攝像機(jī)標(biāo)定并結(jié)合圖像處理技術(shù)獲取目標(biāo)特征尺寸的方 法。單目視覺技術(shù)只采用一個(gè)攝像機(jī)，結(jié)構(gòu)簡單，但聚焦或離焦的方法獲取目標(biāo)距離信息， 導(dǎo)致操作性不強(qiáng)，不適于目前已廣泛架設(shè)的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；雙目視覺檢測方法原理類似人 的雙眼，利用雙目立體不一致性，用兩臺性能相同的攝像機(jī)，獲取同一景物的兩幅圖像，計(jì) 算同一空間點(diǎn)在兩幅圖像中的立體視差(空間被測點(diǎn)在兩臺攝像機(jī)像平面上成像點(diǎn)位置 的差異)，便可得該點(diǎn)的深度信息，但由于存在圖像立體匹配的問題，過于復(fù)雜，因此，其應(yīng) 用也受到了局限，且該兩種技術(shù)都需要對現(xiàn)有監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行重新布設(shè)，增加了成本。而其他的圖像處理技術(shù)，則需要在監(jiān)控場景中存在參考物(AntonioCriminisi et al. ,A new approach to botain height measurements from video,Proc. SPIE,Vol. 3576,227-238 (1999))，或通過對監(jiān)控場景設(shè)置參考點(diǎn)標(biāo)定攝像機(jī)后然后通過圖像處理獲取目標(biāo) 的特征尺寸(Joong Lee et al.，Effectiveheight measurement method of surveillance camera image，F(xiàn)orensic ScienceInternational，Vol. 177，17-23 (2007))，對于無參考物 的場景或者復(fù)雜場景都無法有效工作。鑒于此，本發(fā)明提出了獲取目標(biāo)特征尺寸信息的視頻深度指紋技術(shù)，該技術(shù)通過 對傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)賦予深度指紋來獲取目標(biāo)的特征尺寸信息，可在不增加現(xiàn)有視頻監(jiān)控 設(shè)備的硬件投入的前提下提高現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能性。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的主要目的在于提出一種基于深度指 紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，以達(dá)到遠(yuǎn)距離目標(biāo)特征尺寸信息提取智能化 的目的。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下一種基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，該方法通過距離選 通成像技術(shù)獲取目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控場景感興趣區(qū)的多個(gè)切片圖像，將該多個(gè)切片圖 像進(jìn)行疊加獲得感興趣區(qū)的深度指紋，并將該深度指紋植入目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中；當(dāng)監(jiān)控 目標(biāo)出現(xiàn)在感興趣區(qū)時(shí)，將監(jiān)控目標(biāo)從背景中提取出來，然后與所述深度指紋進(jìn)行匹配，確 定監(jiān)控目標(biāo)足部特征線所隸屬的指紋紋線，該指紋紋線的空間距離信息為目標(biāo)的距離信 息；獲得目標(biāo)距離信息之后，依據(jù)透視投影模型下的三維空間與二維像平面間的映射關(guān)系， 從監(jiān)控圖像中以像素為單位的待測目標(biāo)特征線段長度反演出目標(biāo)的特征尺寸信息。上述方案中，所述目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是欲植入深度指紋的待架設(shè)或已架設(shè)的具有 固定監(jiān)控場景的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。上述方案中，所述監(jiān)控場景感興趣區(qū)是指相對整個(gè)監(jiān)控場景而言，人們感興趣的 重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域。在實(shí)際應(yīng)用中，人們往往僅對監(jiān)控場景的某局部區(qū)域感興趣而非整個(gè)監(jiān)控 場景，尤其是大視場監(jiān)控。對于固定架設(shè)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控區(qū)域通常是固定的，即輸 出圖像具有固定的場景。感興趣區(qū)可以是監(jiān)控區(qū)域的整體或者局部，僅當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在該感 興趣區(qū)域時(shí)，對其進(jìn)行信息的提取。上述方案中，所述距離選通成像技術(shù)是利用脈沖激光器作為照明光源，采用具有 選通門的面陣探測器作為成像器件，通過控制選通門和激光脈沖之間的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對觀察 區(qū)的切片成像；切片的位置R由成像器件選通門脈沖和激光脈沖間的延時(shí)τ確定
權(quán)利要求
1.一種基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其特征在于，該方法 通過距離選通成像技術(shù)獲取目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控場景感興趣區(qū)的多個(gè)切片圖像，將該 多個(gè)切片圖像進(jìn)行疊加獲得感興趣區(qū)的深度指紋，并將該深度指紋植入目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng) 中；當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)出現(xiàn)在感興趣區(qū)時(shí)，將監(jiān)控目標(biāo)從背景中提取出來，然后與所述深度指紋進(jìn) 行匹配，確定監(jiān)控目標(biāo)足部特征線所隸屬的指紋紋線，該指紋紋線的空間距離信息為目標(biāo) 的距離信息；獲得目標(biāo)距離信息之后，依據(jù)透視投影模型下的三維空間與二維像平面間的 映射關(guān)系，從監(jiān)控圖像中以像素為單位的待測目標(biāo)特征線段長度反演出目標(biāo)的特征尺寸信 肩、ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)是欲植入深度指紋的待架設(shè)或已架設(shè)的具有固定監(jiān)控場 景的傳統(tǒng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述監(jiān)控場景感興趣區(qū)是相對整個(gè)監(jiān)控場景而言，人們感興趣的重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域， 是監(jiān)控區(qū)域的整體或者局部，僅當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在該感興趣區(qū)域時(shí)，對其進(jìn)行信息的提取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述距離選通成像技術(shù)是利用脈沖激光器作為照明光源，采用具有選通門的面 陣探測器作為成像器件，通過控制選通門和激光脈沖之間的時(shí)序，實(shí)現(xiàn)對觀察區(qū)的切片成像；切片的位置R由成像器件選通門脈沖和激光脈沖間的延時(shí)τ確定⑴其中，c為光速，當(dāng)激光脈寬、遠(yuǎn)小于選通門寬tg時(shí)，圖像切片的空間厚度可根據(jù)測量 要求，由選通門寬tg確定，其大小為D = 0-^(2)2公式O)中給出了圖像的空間切片厚度，相應(yīng)地，在獲取圖像切片時(shí)，步進(jìn)延時(shí)的步長 大小等于選通門寬tg。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述深度指紋是將通過距離選通成像技術(shù)獲取的感興趣區(qū)的多個(gè)切片圖像以不 同灰度標(biāo)示不同距離后進(jìn)行圖像疊加，進(jìn)而獲得類似人手指紋的監(jiān)控場景感興趣區(qū)的深度 指紋，相應(yīng)地，每個(gè)圖像切片對應(yīng)一條深度指紋的紋線，該指紋紋線的距離信息r可由公式 ⑴和公式(2)給出r = R + ~(3)2不同作用距離下，成像像元對應(yīng)的空間分辨率是不同的，因此，每條指紋紋線具有不同 的空間分辨率，深度指紋圖像實(shí)際為多分辨圖像的集合。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目標(biāo)足部特征線是監(jiān)控圖像中目標(biāo)足部所對應(yīng)的由像素集構(gòu)成的線段，該 線段通過目標(biāo)的外接矩形確定；對于視頻監(jiān)控而言，所感興趣的目標(biāo)主要是動(dòng)態(tài)目標(biāo)人或 可移動(dòng)物品，而非固定的環(huán)境背景，這些目標(biāo)的特點(diǎn)是它們均與環(huán)境背景接觸，即目標(biāo)的足 部均與地面接觸；因此，可以將足部特征線作為匹配基元，采用局部匹配的方式匹配，通過
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述三維空間與二維像平面間的映射關(guān)系是指依據(jù)透視投影模型，以攝像機(jī)的 光心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以光軸為Z軸，建立攝像機(jī)坐標(biāo)系，相應(yīng)地在像面上建立圖像坐標(biāo)系，其 原點(diǎn)為攝像機(jī)光軸與成像平面的交點(diǎn)，χ與y軸分別平行于攝像機(jī)坐標(biāo)系的X與Y軸，是平 面直角坐標(biāo)系，則可獲得空間點(diǎn)與圖像點(diǎn)之間的對應(yīng)的映射關(guān)系= (4)UJ /UJ公式中X，Y和Z為目標(biāo)的三維空間坐標(biāo)，X和y為目標(biāo)在二維像平面圖像物理坐 標(biāo)，f為成像器件的焦距；公式(4)表明，X向和Y向的距離精度依賴于Z向的距離精度；由 于觀察景深距系統(tǒng)較遠(yuǎn)，對于(X，Y，Z)處目標(biāo)到系統(tǒng)的距離r= (X2+Y2+Z2)"2 Z，因此，可 認(rèn)為同一 Z平面上的各點(diǎn)到系統(tǒng)的距離相等，Z向距離由公式(3)確定；為了便于計(jì)算機(jī)處 理，在像平面建立計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系u-v，其坐標(biāo)(u，ν)是以像素為單位像面內(nèi)的坐標(biāo)，計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系的關(guān)系為 χi 0)/ \ u-u00 JjVv"v0 ,5公式(5)中，i和j分別為成像器件的χ和y向的像元分辨率，(Utl, v0)為圖像坐標(biāo)系 原點(diǎn)在計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目標(biāo)特征尺寸信息的反演是指監(jiān)控圖像中的目標(biāo)從背景中提取出來之后， 通過目標(biāo)足部特征線與深度指紋匹配確定目標(biāo)所隸屬的指紋紋線，隸屬紋線的距離信息即為目標(biāo)的距離信息，然后獲取監(jiān)控圖像中目標(biāo)的特征線段的特征向量 L由公式(4)vRj和(5)可得出與目標(biāo)特征線段對應(yīng)的目標(biāo)特征尺寸L為 L = j{[(uL~uR)i]2+[(vL-vR)j]2y/2(6)公式(6)中，(uL, vL)和(uK，vK)分別為計(jì)算機(jī)坐標(biāo)系中目標(biāo)特征線段左端點(diǎn)和右端端 點(diǎn)的坐標(biāo)；相應(yīng)地特征尺寸最大誤差為Lm^ai-^{[(n, -uR)if +[(ν,-ν,);]2}"2 (7)因此，在針對目標(biāo)監(jiān)控系統(tǒng)獲取感興趣區(qū)的深度指紋時(shí)，能夠根據(jù)測量要求由公式(7) 確定圖像切片厚度，即確定選通門寬tg。CN 102073863 A權(quán)禾丨J 要求書2/2頁分析目標(biāo)足部特征線所在的指紋紋線，確定目標(biāo)所隸屬的紋線；由于每條視頻指紋紋線為 像素集，因此，紋線匹配的目的就是確定目標(biāo)足部匹配基元所隸屬的紋線像素集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于深度指紋獲取遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控目標(biāo)特征尺寸的方法，通過距離選通成像技術(shù)獲取目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控場景感興趣區(qū)的多個(gè)切片圖像，將該多個(gè)切片圖像進(jìn)行疊加獲得感興趣區(qū)的深度指紋，并將該深度指紋植入目標(biāo)視頻監(jiān)控系統(tǒng)中；當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)出現(xiàn)在感興趣區(qū)時(shí)，將監(jiān)控目標(biāo)從背景中提取出來，與所述深度指紋進(jìn)行匹配，確定監(jiān)控目標(biāo)足部特征線所隸屬的指紋紋線，該指紋紋線的空間距離信息為目標(biāo)的距離信息；獲得目標(biāo)距離信息之后，依據(jù)透視投影模型下的三維空間與二維像平面間的映射關(guān)系，從監(jiān)控圖像中以像素為單位的待測目標(biāo)特征線段長度反演出目標(biāo)的特征尺寸信息。本發(fā)明解決了傳統(tǒng)遠(yuǎn)距離視頻監(jiān)控系統(tǒng)獲取目標(biāo)特征尺寸信息難的問題。
文檔編號G06K9/46GK102073863SQ201010564580
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月24日
發(fā)明者劉育梁, 周燕, 王新偉, 范松濤 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所