本發(fā)明屬于攝像機(jī)目標(biāo)物體感知領(lǐng)域，具體涉及一種基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置與方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，內(nèi)河航運(yùn)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著越來(lái)越重要的作用，隨著內(nèi)河船只數(shù)量增加，通航環(huán)境不斷惡化，內(nèi)河航道的安全性問題也日益突出，因此，對(duì)內(nèi)河復(fù)雜水域的監(jiān)控顯得尤為重要，而視覺監(jiān)控又是目前監(jiān)控領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種監(jiān)控方式，捕獲高分辨率、較好標(biāo)定的視頻圖像一直以來(lái)都是視覺監(jiān)控領(lǐng)域中的一項(xiàng)艱難的任務(wù)。目前市面捕獲視頻圖像的方式大都是被動(dòng)感知，所謂被動(dòng)感知是指把攝像機(jī)固定起來(lái)拍攝視頻或圖片，另一部分是主動(dòng)感知，所謂主動(dòng)感知是指攝像機(jī)在支撐云臺(tái)的帶動(dòng)下進(jìn)行平移、傾斜、豎直運(yùn)動(dòng)，同時(shí)具有縮放和聚焦功能，來(lái)捕獲視頻或圖片。在安防監(jiān)控領(lǐng)域，利用單個(gè)攝像機(jī)的平移或傾斜來(lái)捕獲視頻或圖片已經(jīng)很常見了，也有固定攝像機(jī)通過縮放聚焦來(lái)捕獲清晰的圖片，但是，到目前為止，沒有一款主動(dòng)攝像機(jī)能具有自動(dòng)標(biāo)定功能的同時(shí)，自動(dòng)捕捉動(dòng)態(tài)目標(biāo)物體并自動(dòng)進(jìn)行縮放聚焦拍攝目標(biāo)物體清晰圖片的，更加沒有主動(dòng)攝像機(jī)通過與外部器材(被動(dòng)攝像機(jī)或雷達(dá))配合捕捉目標(biāo)物體清晰圖像的。

目前，捕獲圖像的方法或裝置主要有以下幾種：

a.由天津中科智能識(shí)別產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院有限公司發(fā)明的專利:一種復(fù)雜場(chǎng)景多模態(tài)生物特征圖像獲取方法及其裝置(已公開的專利號(hào)：CN105574525A)，該發(fā)明公開了一種復(fù)雜場(chǎng)景多模態(tài)生物特征圖像獲取裝置，該發(fā)明可以對(duì)現(xiàn)實(shí)復(fù)雜場(chǎng)景條件下多個(gè)用戶的生物特征進(jìn)行多模態(tài)識(shí)別，滿足復(fù)雜成像場(chǎng)景中多用戶的身份識(shí)別需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)大范圍內(nèi)的虹膜、人臉、步態(tài)多模態(tài)生物特征進(jìn)行有效獲取，該發(fā)明能夠主動(dòng)捕獲復(fù)雜區(qū)域的多個(gè)目標(biāo)物體，但是，其無(wú)法將主動(dòng)攝像機(jī)的性能進(jìn)一步擴(kuò)展。

b.由宏碁股份有限公司發(fā)明的專利：圖像獲取裝置及其自動(dòng)對(duì)焦方法(已公開的專利號(hào)：CN106034204A)，該發(fā)明公開了一種圖像獲取裝置及其自動(dòng)對(duì)焦方法，該發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)拍攝靜態(tài)目標(biāo)物體的清晰的圖像，但無(wú)法自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)物體，更無(wú)法根據(jù)目標(biāo)物體所在位置和場(chǎng)景，通過縮放來(lái)捕獲目標(biāo)物體的圖像。

c.由努比亞技術(shù)有限公司發(fā)明的專利：一種圖像獲取方法和裝置、以及移動(dòng)終端(已公開的專利號(hào)：CN106027879A)，該發(fā)明公開了一種獲取取景框?qū)?yīng)的圖像的方法與裝置，該發(fā)明主要的是利用被動(dòng)攝像機(jī)捕獲圖像，可以根據(jù)取景框的圖像來(lái)得到拍攝的圖片。但是，沒有云臺(tái)實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)的主動(dòng)控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供一種基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置與方法，能夠快速得到目標(biāo)物體的清晰圖像。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案為：一種基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置，其特征在于：它包括用于探測(cè)待測(cè)區(qū)域中是否有目標(biāo)物體的探測(cè)器、用于在有目標(biāo)物體時(shí)進(jìn)行拍照的主動(dòng)攝像機(jī)組、圖像處理單元；其中，

所述的探測(cè)器能夠探測(cè)到的區(qū)域稱為cell區(qū)，cell區(qū)被劃分為n*k個(gè)cell單元；

所述的主動(dòng)攝像機(jī)組包括控制器和若干個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)，每個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)配有一個(gè)調(diào)節(jié)主動(dòng)攝像機(jī)旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，且每個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)的攝像范圍與一個(gè)所述的cell單元相同；控制器用于根據(jù)探測(cè)器的信號(hào)調(diào)整對(duì)應(yīng)主動(dòng)攝像機(jī)的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)；

圖像處理單元用于將主動(dòng)攝像機(jī)拍攝的照片進(jìn)行合成。

按上述方案，所述的探測(cè)器為雷達(dá)。

按上述方案，所述的探測(cè)器為被動(dòng)攝像機(jī)。

按上述方案，本裝置還包括用于標(biāo)定的棋盤格標(biāo)定板。

利用所述的基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置實(shí)現(xiàn)的感知方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、利用標(biāo)定好的探測(cè)器對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)探測(cè)到目標(biāo)物體時(shí)，判斷目標(biāo)物體所在cell單元的位置及個(gè)數(shù)；

S2、選取與目標(biāo)物體所在cell單元的個(gè)數(shù)相同的主動(dòng)攝像機(jī)，查找已標(biāo)定好的對(duì)應(yīng)的參數(shù)，控制旋轉(zhuǎn)云臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使得主動(dòng)攝像機(jī)與目標(biāo)物體所在cell單元一對(duì)一的對(duì)準(zhǔn)；拍攝單個(gè)的cell單元的圖像；

S3、將得到的單個(gè)的cell單元的圖像進(jìn)行組合，得到目標(biāo)物體的完整圖像。

按上述方法，所述的S2中，所述的參數(shù)通過以下方法標(biāo)定：

2.1、選取一臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)，人工對(duì)準(zhǔn)一個(gè)cell單元，記錄此時(shí)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的姿態(tài)及角度值；

2.2、利用棋盤格標(biāo)定板對(duì)主動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定：分別建立主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系；根據(jù)尺度因子和主動(dòng)攝像機(jī)內(nèi)參，建立主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的關(guān)系；利用棋盤格標(biāo)定板建立世界坐標(biāo)系，獲得世界坐標(biāo)系與主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計(jì)算世界坐標(biāo)系到主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣t；

2.3、對(duì)每一臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)，分別采用2.1和2.2，對(duì)準(zhǔn)每一個(gè)cell單元，分別進(jìn)行標(biāo)定。

本發(fā)明的有益效果為：通過探測(cè)器與主動(dòng)攝像機(jī)相配合的方式，能夠主動(dòng)感知目標(biāo)物體，并且采用劃分cell單元的方法，通過將探測(cè)器能探測(cè)到的區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，在有目標(biāo)物體時(shí)利用已標(biāo)定好的主動(dòng)攝像機(jī)對(duì)分區(qū)進(jìn)行拍攝清晰的圖像，方便主動(dòng)攝像機(jī)針對(duì)單個(gè)或幾個(gè)cell單元進(jìn)行拍攝，再將每個(gè)分區(qū)的圖像進(jìn)行合成，最終得到完整的清晰圖像，整個(gè)過程快速方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為主動(dòng)攝像機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明又一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為目標(biāo)物體占cell區(qū)的示意圖。

圖中：1-待測(cè)區(qū)域，2-被動(dòng)攝像機(jī)，3-主動(dòng)攝像機(jī)組，4-cell區(qū)，5-雷達(dá)，6-目標(biāo)物體，3-1-主動(dòng)攝像機(jī)，3-2-旋轉(zhuǎn)云臺(tái)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明提供一種基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置，如圖1所示，它包括用于探測(cè)待測(cè)區(qū)域1中是否有目標(biāo)物體6的探測(cè)器、用于在有目標(biāo)物體時(shí)進(jìn)行拍照的主動(dòng)攝像機(jī)組3、圖像處理單元；其中，所述的探測(cè)器能夠探測(cè)到的區(qū)域稱為cell區(qū)4，cell區(qū)4被劃分為n*k個(gè)cell單元；所述的主動(dòng)攝像機(jī)組3如圖2所示，包括控制器和若干個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)3-1，每個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)3-1配有一個(gè)調(diào)節(jié)主動(dòng)攝像機(jī)3-1旋轉(zhuǎn)角度的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3-2，且每個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)3-1的攝像范圍與一個(gè)所述的cell單元相同；控制器用于根據(jù)探測(cè)器的信號(hào)調(diào)整對(duì)應(yīng)主動(dòng)攝像機(jī)3-1的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3-2；圖像處理單元用于將主動(dòng)攝像機(jī)3-1拍攝的照片進(jìn)行合成。

所述的探測(cè)器可以是雷達(dá)5，或者被動(dòng)攝像機(jī)2，如圖1和圖3所示。

本裝置還包括用于標(biāo)定的棋盤格標(biāo)定板。所述的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3-2能夠平移、旋轉(zhuǎn)、傾斜和豎直方向運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)整主動(dòng)攝像機(jī)3-1的位置。

利用所述的基于cell的主動(dòng)式智能感知裝置實(shí)現(xiàn)的感知方法，它包括以下步驟：

S1、利用標(biāo)定好的探測(cè)器對(duì)待測(cè)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，當(dāng)探測(cè)到目標(biāo)物體6時(shí)，判斷目標(biāo)物體6所在cell單元的位置及個(gè)數(shù)，如圖4所示。具體的，將待測(cè)區(qū)域(可視為不規(guī)則區(qū)域，可以是復(fù)雜水域、街道場(chǎng)景、高速公路等)劃分為m(m≥2)個(gè)cell單元(所有cell單元面積之和≥目標(biāo)區(qū)域面積)。

S2、選取與目標(biāo)物體6所在cell單元的個(gè)數(shù)相同的主動(dòng)攝像機(jī)3-1，查找已標(biāo)定好的對(duì)應(yīng)的參數(shù)，控制旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3-2旋轉(zhuǎn)，使得主動(dòng)攝像機(jī)3-1與目標(biāo)物體6所在cell單元一對(duì)一的對(duì)準(zhǔn)；拍攝單個(gè)的cell單元的圖像；主動(dòng)攝像機(jī)的臺(tái)數(shù)≥1。

S3、將得到的單個(gè)的cell單元的圖像進(jìn)行組合，得到目標(biāo)物體6的完整圖像。

所述的S2中，所述的參數(shù)通過以下方法標(biāo)定：

2.1、選取一臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)，人工對(duì)準(zhǔn)一個(gè)cell單元，記錄此時(shí)旋轉(zhuǎn)云臺(tái)的姿態(tài)及角度值。

2.2、利用棋盤格標(biāo)定板對(duì)主動(dòng)攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定：分別建立主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系；根據(jù)尺度因子和主動(dòng)攝像機(jī)內(nèi)參，建立主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系之間的關(guān)系；利用棋盤格標(biāo)定板建立世界坐標(biāo)系，獲得世界坐標(biāo)系與主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系之間的關(guān)系，計(jì)算世界坐標(biāo)系到主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣t。具體的：

1)建立主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系與圖像坐標(biāo)系

首先建立兩個(gè)基本坐標(biāo)系，即圖像坐標(biāo)系與主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系：圖像坐標(biāo)系以照片左上角建立以像素為單位的直角坐標(biāo)系，圖像坐標(biāo)點(diǎn)設(shè)為[X_P Y_P]^T；主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系以相機(jī)光心為原點(diǎn)，光軸為z軸，以圖片坐標(biāo)系中x，y方向建立x軸，y軸，坐標(biāo)系滿足右手法則，其坐標(biāo)點(diǎn)為[X_C Y_C Z_C]^T。

2)建立兩坐標(biāo)系間關(guān)系

由于照相機(jī)滿足針孔模型，因此滿足以下關(guān)系式

式中，λ為尺度因子，K為照相機(jī)內(nèi)參數(shù)，由張正友標(biāo)定法得到。

3)建立世界坐標(biāo)系

為方便計(jì)算，下面引入世界坐標(biāo)系，并建立世界坐標(biāo)系與上述兩坐標(biāo)系的關(guān)系。世界坐標(biāo)系中設(shè)定沿棋盤格長(zhǎng)寬方向?yàn)閤，y軸，垂直于棋盤格方向?yàn)閦軸，世界坐標(biāo)系中點(diǎn)設(shè)為[X_W Y_W Z_W]^T。

世界坐標(biāo)系與主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系及圖像坐標(biāo)系關(guān)系如下：

4)計(jì)算世界坐標(biāo)系到主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣R與平移矩陣t

獲取對(duì)棋盤格標(biāo)定板中的所有角點(diǎn)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，其第i個(gè)角點(diǎn)坐標(biāo)為[X_Wi Y_Wi 0]^T，同時(shí)找到圖像坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)點(diǎn)坐標(biāo)[X_Pi Y_Pi]^T，結(jié)合標(biāo)定照相機(jī)內(nèi)參數(shù)K，用下式對(duì)R和t進(jìn)行求解：

其中，λ為尺度因子，R為3×3的矩陣，表示世界坐標(biāo)系到主動(dòng)攝像機(jī)坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)角度，t為3×1的矩陣，表示世界坐標(biāo)系到相機(jī)坐標(biāo)系的平移距離，通過上式求出R與λ，從而得到主動(dòng)攝像機(jī)組的最優(yōu)成像參數(shù)；

將主動(dòng)攝像機(jī)標(biāo)定的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并存在計(jì)算機(jī)中，以便隨時(shí)取出。

2.3、對(duì)每一臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)，分別采用2.1和2.2，對(duì)準(zhǔn)每一個(gè)cell單元，分別進(jìn)行標(biāo)定。

本實(shí)施例中，把長(zhǎng)江某段選為觀察區(qū)，將長(zhǎng)江某段劃分為35個(gè)cell單元，序號(hào)為1～35號(hào)，將9臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)3-1分別對(duì)準(zhǔn)35個(gè)cell單元，并記錄對(duì)準(zhǔn)每個(gè)cell單元時(shí)的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)3-2的角度值，同時(shí)，每臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)3-1對(duì)準(zhǔn)每個(gè)cell單元時(shí)都進(jìn)行標(biāo)定，并記錄標(biāo)定結(jié)果。

把待測(cè)區(qū)域中的某個(gè)小船作為探測(cè)目標(biāo)，探測(cè)小船的所在觀察區(qū)的位置，探測(cè)得知，小船所占的cell單元個(gè)數(shù)為6個(gè)，于是，選取主動(dòng)攝像機(jī)組中的前序號(hào)為1～6號(hào)的主動(dòng)攝像機(jī)參與工作(7～9號(hào)本次案例不工作)。按照已標(biāo)定好的參數(shù)，將6臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)迅速運(yùn)動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)小船，按照主動(dòng)攝像機(jī)的序號(hào)與cell單元的序號(hào)一一對(duì)應(yīng)，取出每臺(tái)主動(dòng)攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)cell單元時(shí)的參數(shù)(內(nèi)參與外參)，從而拍攝清晰的圖像，于是，獲得的6個(gè)主動(dòng)攝像機(jī)針對(duì)6個(gè)cell單元的圖像，并合成一幅整的圖像。

以上實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明的設(shè)計(jì)思想和特點(diǎn)，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于上述實(shí)施例。所以，凡依據(jù)本發(fā)明所揭示的原理、設(shè)計(jì)思路所作的等同變化或修飾，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。