一種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水快速定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水快速定位系統(tǒng)，包括：云臺、激光燈、控制器、上位機和兩臺攝像機；攝像機固定安置于渡口邊；云臺設于兩臺攝像機之間，激光燈固定安裝在云臺上，攝像機和云臺均與控制器連接，控制器與上位機相連。本發(fā)明系統(tǒng)安裝方便，工程操作簡單，且標定無需考慮相機與云臺之間的位置關系，安裝完后整體標定，將系統(tǒng)多個誤差進行了整體考慮，提高了精度，算法簡單，代碼執(zhí)行效率高。當監(jiān)控區(qū)域中有人員落水時，系統(tǒng)能夠快速作出反應并將激光燈指向目標，第一時間給出搜救目標并一直跟蹤目標，為搜救工作節(jié)省了時間。
【專利說明】一種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水快速定位系統(tǒng)

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于目標定位【技術領域】，具體涉及一種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水 快速定位系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002] 隨著經(jīng)濟增長、旅游資源不斷開發(fā)，渡口的運輸量不斷升高，但目前很多渡口結構 簡陋，旅客上下秩序混亂。很多渡口有來往行駛的大船，并未進行上下旅客與過往大船的 分流，也沒有乘客出入控制設施，人車混雜，人員擁擠，很容易發(fā)生船只碰撞，人員落水等事 故。再加上現(xiàn)有的渡船老舊，難以保障過往乘客的安全。渡口的運力不足也是非常重要的 因素，非法搭客的現(xiàn)象屢禁不止。渡口安全通報機制也不完善，安全管理人員欠缺，客流高 峰期渡運秩序難以維持，這些都將成為安全隱患。事實上有關渡口的救援方法很少，現(xiàn)有的 很多是自救或者現(xiàn)場人員的幫助，這主要是由于一旦有人員落水，留給搜救人員的搜救時 間非常短，需要立刻給出落水人數(shù)和具體的落水位置，為搜救人員提供具體的信息，爭取時 間是至關重要的。
[0003] 隨著數(shù)碼產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)和發(fā)展，數(shù)字圖像測量方法已經(jīng)發(fā)展為較為成熟的一項技 術，該方法是一種非接觸式測量方法，具有測量精度高、無接觸、不發(fā)射任何頻率的信號等 優(yōu)勢，因此在民用和軍事工程中，特別是在一些具有特殊要求的工程中都得到了廣泛的應 用。而渡口人員落水主要是需要第一時間報警并給出人員落水的位置，為救援爭取時間。利 用數(shù)字圖像測量方法對目標進行識別、跟蹤等方法對渡口人員落水實時監(jiān)測具有重要的應 用意義。傳統(tǒng)方法采用成像系統(tǒng)的計算方法，該方法計算復雜，代碼執(zhí)行效率低，工程安裝 時需要測量相機與云臺之間的位置關系，安裝后的調(diào)試難度較大，不利于工程應用和長期 監(jiān)測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對現(xiàn)有技術所存在的上述技術問題，本發(fā)明提供了一種基于數(shù)字圖像測量的渡 口人員落水快速定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)安裝簡單，無需考慮相機與云臺之間的位置關系，安裝完 后整體標定，將系統(tǒng)多個誤差進行了整體考慮，提高了精度，算法簡單，代碼執(zhí)行效率高。
[0005] -種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水快速定位系統(tǒng)，包括：云臺、激光燈、控制 器、上位機和兩臺攝像機；所述的攝像機固定安置于渡口邊；所述的云臺設于兩臺攝像機 之間，所述的激光燈固定安裝在云臺上，所述的攝像機和云臺均與控制器連接，所述的控制 器與上位機相連；
[0006] 所述的上位機用于向控制器發(fā)出指令，通過控制器控制云臺轉(zhuǎn)動，進而控制云臺 上的激光燈按陣列形式逐行逐列對定位區(qū)域進行投射掃描，以在定位區(qū)域內(nèi)投射出多個標 定點；
[0007] 所述的控制器記錄每個標定點在云臺坐標系下所對應的轉(zhuǎn)角坐標；
[0008] 所述的攝像機用于在激光燈進行投射掃描時，同步對定位區(qū)域進行拍攝，并將圖 像傳輸給控制器；控制器對圖像進行識別，以得到每個標定點在攝像機坐標系下所對應的 位置坐標并使之與轉(zhuǎn)角坐標形成映射；
[0009] 當有人員在定位區(qū)域內(nèi)落水時，所述的控制器根據(jù)攝像機采集到的圖像，確定出 落水人員在攝像機坐標系下的位置坐標，根據(jù)該位置坐標通過映射關系得到落水人員在云 臺坐標系下的轉(zhuǎn)角坐標，進而根據(jù)該轉(zhuǎn)角坐標控制云臺轉(zhuǎn)動使激光燈對準落水人員進行激 光投射。
[0010] 若任一標定點在攝像機坐標系下所對應的位置坐標為（X，y)，在云臺坐標系下所 對應的轉(zhuǎn)角坐標為（a，0 )，則x和y分別為該標定點在攝像機坐標系下的橫坐標和縱坐 標，a和0分別為激光燈對準該標定點時云臺繞x軸和 z軸轉(zhuǎn)過的角度，x軸與激光光路 在水平面上垂直，z軸與激光光路在堅直面上垂直。
[0011] 若落水人員對應在定位區(qū)域內(nèi)的目標點未落入標定點范疇，則控制器通過圖像識 別確定周圍離目標點最近的四個標定點，進而根據(jù)目標點的位置坐標（X p，yp)及其周圍四 個標定點的位置坐標和轉(zhuǎn)角坐標通過插值算法計算得到目標點的轉(zhuǎn)角坐標（a p，@p)。
[0012] 所述的插值算法的計算過程如下：
[0013] 首先，聯(lián)立以下方程計算出參數(shù)€和n :

【權利要求】
1. 一種基于數(shù)字圖像測量的渡口人員落水快速定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：云臺、激 光燈、控制器、上位機和兩臺攝像機；所述的攝像機固定安置于渡口邊；所述的云臺設于兩 臺攝像機之間，所述的激光燈固定安裝在云臺上，所述的攝像機和云臺均與控制器連接，所 述的控制器與上位機相連； 所述的上位機用于向控制器發(fā)出指令，通過控制器控制云臺轉(zhuǎn)動，進而控制云臺上的 激光燈按陣列形式逐行逐列對定位區(qū)域進行投射掃描，以在定位區(qū)域內(nèi)投射出多個標定 占. 所述的控制器記錄每個標定點在云臺坐標系下所對應的轉(zhuǎn)角坐標； 所述的攝像機用于在激光燈進行投射掃描時，同步對定位區(qū)域進行拍攝，并將圖像傳 輸給控制器；控制器對圖像進行識別，以得到每個標定點在攝像機坐標系下所對應的位置 坐標并使之與轉(zhuǎn)角坐標形成映射； 當有人員在定位區(qū)域內(nèi)落水時，所述的控制器根據(jù)攝像機采集到的圖像，確定出落水 人員在攝像機坐標系下的位置坐標，根據(jù)該位置坐標通過映射關系得到落水人員在云臺坐 標系下的轉(zhuǎn)角坐標，進而根據(jù)該轉(zhuǎn)角坐標控制云臺轉(zhuǎn)動使激光燈對準落水人員進行激光投 射。
2. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：若任一標定點在攝像機坐標系下所 對應的位置坐標為（x，y)，在云臺坐標系下所對應的轉(zhuǎn)角坐標為（a，￠)，則X和y分別為 該標定點在攝像機坐標系下的橫坐標和縱坐標，a和P分別為激光燈對準該標定點時云 臺繞X軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度，X軸與激光光路在水平面上垂直，z軸與激光光路在堅直面上 垂直。
3. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：若落水人員對應在定位區(qū)域內(nèi)的目 標點未落入標定點范疇，則控制器通過圖像識別確定周圍離目標點最近的四個標定點，進 而根據(jù)目標點的位置坐標（Xp，yp)及其周圍四個標定點的位置坐標和轉(zhuǎn)角坐標通過插值算 法計算得到目標點的轉(zhuǎn)角坐標（ap, @ p)。
4. 根據(jù)權利要求3所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：所述的插值算法的計算過程如下： 首先，聯(lián)立以下方程計算出參數(shù)I和n:
其中：\和yp分別為目標點在攝像機坐標系下的橫坐標和縱坐標，Xi+1,j+1和yi+1, j+1分 別為目標點右上標定點在攝像機坐標系下的橫坐標和縱坐標，矸」+1和yi，j+1分別為目標點 右下標定點在攝像機坐標系下的橫坐標和縱坐標，和7。分別為目標點左下標定點在攝 像機坐標系下的橫坐標和縱坐標，xi+1，#Pyi+1，j分別為目標點左上標定點在攝像機坐標系 下的橫坐標和縱坐標，^ 1=ri1= -1，^ 2=rI2= 1 ; 然后，將參數(shù)I和n代入以下方程求解出目標點的轉(zhuǎn)角坐標（ap，0p): %=ZL=〇 i細I ^j?=〇^m+Un+l(6")A+mj'+n 其中：％和Pp分別為激光燈對準目標點時云臺繞x軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度，ai+1，j+1 和3i+u+1分別為激光燈對準目標點右上標定點時云臺繞x軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度，a^+1和 ei;j+1分別為激光燈對準目標點右下標定點時云臺繞X軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度，ai;jP@i;j 分別為激光燈對準目標點左下標定點時云臺繞x軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度，ai+u和0 i+1;j分 別為激光燈對準目標點左上標定點時云臺繞X軸和z軸轉(zhuǎn)過的角度。
5. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：當目標位于標定點上時，則目標快速 定位的精度與圖像識別精度一致。
6. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：當目標位于標定點之外時，則目標快 速定位需要通過周圍四個標定點計算得到。
7. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：當標定點的分辨率為MxXMy時，相機 所拍攝畫面的分辨率為NxXNy,則標定點之間的像素為Nj/(Mx-I)XN/(My-l)，標定點之間 的任意一點計算精度為： =EL〇Zl.〇^+i,?+i(^7?)ax^ ii AyP=Tm=0 +mj+n 其中：Axp、Ayp、Axi+m，j+1^PAyi+m，j+n分別表示圖像識別的誤差。
8. 根據(jù)權利要求1所述的定位系統(tǒng)，其特征在于：采用整體標定方法對所監(jiān)測的區(qū)域 進行標定，所提出的標定方法考慮了鏡頭畸變、成像誤差等因素；該系統(tǒng)安裝方便，工程操 作簡單，且標定無需考慮相機與云臺之間的位置關系，安裝完后整體標定，將系統(tǒng)多個誤差 進行了整體考慮，提高了精度，算法簡單，代碼執(zhí)行效率高。
【文檔編號】G06T7/00GK104506821SQ201510007105
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2015年1月7日 優(yōu)先權日:2015年1月7日
【發(fā)明者】戴顯榮, 浣石, 馬越峰, 陶為俊, 陳向陽, 譚湘倩 申請人:浙江省交通規(guī)劃設計研究院, 廣州廣大儀器科技有限公司