本發(fā)明涉及社會治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)和道路交通秩序管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)，尤其一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以給觀察者帶來監(jiān)控區(qū)域的圖像流信息，因其直觀性和實時性好，在公共安全、道路交通管理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為維護(hù)和保障社會正常工作和正常生活秩序的有力工具。

但在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中承擔(dān)視頻信息采集的攝像機(jī)處于獨立工作狀態(tài)，即每個攝像機(jī)獨立采集視頻信息，該視頻信息通過有/無線通訊系統(tǒng)發(fā)送到后臺監(jiān)控室再獨立顯示；單個攝像機(jī)受自身視角、視界等參數(shù)的制約，所能覆蓋的監(jiān)控區(qū)域有限。為了對較大的區(qū)域進(jìn)行視頻監(jiān)控，人們不得不設(shè)置眾多的攝像機(jī)來覆蓋大的空間區(qū)域，有時需要的攝像機(jī)數(shù)量多達(dá)幾十臺、上百臺，同時在監(jiān)控室設(shè)置龐大的電視墻，對每臺攝像機(jī)采集的視頻圖像進(jìn)行顯示。這些眾多的顯示畫面，每一個都可以提供其監(jiān)控小區(qū)域內(nèi)的實時圖像，但眾多的畫面給觀察者和現(xiàn)場指揮者提供的是碎片化的圖像信息，缺乏對需要監(jiān)控的、大空間區(qū)域完整的視頻圖像信息，使觀察者在面對上百臺顯示器畫面時不堪重負(fù)，容易遺漏重要的監(jiān)控畫面，也使指揮者無法在第一時間得到全部監(jiān)控區(qū)域的圖像信息，做出正確決策，從而調(diào)動全部警力去應(yīng)對突發(fā)事件。

為了彌補單一攝像機(jī)監(jiān)控區(qū)域有限這個問題，人們嘗試多種方法來擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域：有的采用魚眼攝像機(jī)，即帶有廣角鏡頭的攝像機(jī)，其可以帶來較寬的視野，但其受視界限制，監(jiān)控的區(qū)域也有限，而且魚眼攝像機(jī)畫面四周受分辨率影響大，畫面邊緣不清晰；有的采用快球攝像機(jī)，即帶有快速云臺的旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)，采用時間分割的方法來擴(kuò)大監(jiān)控區(qū)域，這種方法在某一時刻只能輸出某一角度的視頻信息，導(dǎo)致顯示畫面不流暢，有卡頓現(xiàn)象，且也受視界限制；有的采用多攝像機(jī)拼接全景視頻畫面，即采用四個或多個攝像機(jī)拼接出360°視頻畫面，雖然改善了視頻流暢性，但也受到視界的限制，而且這種方式通常要求把攝像機(jī)安裝在監(jiān)控區(qū)域中間，安裝不方便，影響監(jiān)控區(qū)域美觀；這些方法雖然擴(kuò)大了監(jiān)控區(qū)域，但對更大范圍區(qū)域要求的完整監(jiān)控需要仍然無能為力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)在大空間區(qū)域使用所存在的問題，特別提供了大場景、高逼真度的一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法。

一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，其包括如下步驟：

(1)在電子地圖上選擇一長方形的待監(jiān)控區(qū)域，并采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個端點的地圖位置坐標(biāo)；

(2)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇有運動目標(biāo)的長方形區(qū)域為視頻采集區(qū)，同時在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇靜態(tài)的標(biāo)志性目標(biāo)；然后分別采集該視頻采集區(qū)的四個端點的地圖位置坐標(biāo)和所有標(biāo)志性目標(biāo)的地圖位置坐標(biāo)；最后繪制成autocad平面圖；

(3)分別測量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)；

(4)根據(jù)空間位置坐標(biāo)，在autocad平面圖上對各標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行三維建模，然后對各個視頻采集區(qū)進(jìn)行三維建模，最后得到待監(jiān)控區(qū)域的三維模型；

(5)根據(jù)攝像機(jī)所能監(jiān)測的范圍來將視頻采集區(qū)劃分成若干個視頻監(jiān)測區(qū)間，并對每個視頻監(jiān)測區(qū)間的端點和中心點進(jìn)行檢測，得到其空間位置坐標(biāo)；

(6)每個視頻監(jiān)測區(qū)間安裝一個攝像機(jī)，使攝像機(jī)的拍攝方向與待監(jiān)控區(qū)域的觀察視點的變換方向一致；

(7)對各個攝像機(jī)所采集的實時視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；

(8)將各個標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對應(yīng)的視頻監(jiān)測區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實時的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；

(9)對大空間投影圖像和各個攝像機(jī)采集的視頻流通過拼接屏同時顯示出來，并對其進(jìn)行錄像用于錄像回放。

進(jìn)一步方案，所述地圖位置坐標(biāo)為米級的經(jīng)度、緯度和高度值；所述空間位置坐標(biāo)為厘米級的經(jīng)度、緯度和高度值。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中標(biāo)志性目標(biāo)是包括待監(jiān)控區(qū)域中的建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹木。

進(jìn)一步方案，所述步驟(6)中攝像機(jī)選用高分辨率網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，攝像機(jī)安裝在離地面8-10米高處的立桿上或立桿的橫臂上，其拍攝角度與水平面成10-20度夾角。

進(jìn)一步方案，所述空間位置坐標(biāo)的測量是通過高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)進(jìn)行測量的，所述高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)包括基站單元和移動測量單元，所述基站單元包括安裝在三角架上的第一gps天線，所述第一gps天線的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線；所述移動測量單元包括測繪電腦與安裝在測繪桿上的第二gps天線，所述第二gps天線的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)與第二高速跳頻數(shù)傳電臺連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線，所述第二rtk差分定位主機(jī)的輸出端與所述測繪電腦連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)與第一高速跳頻數(shù)傳電臺均由12v直流電源供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)與第二高速跳頻數(shù)傳電臺均由蓄電池進(jìn)行供電；所述移動測量單元安裝在背包或便攜式推車中。

進(jìn)一步方案，步驟(7)對各個攝像機(jī)所采集的實時視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理包括以下步驟：

(1)確定校正系數(shù)；

(2)將攝像機(jī)輸出的視頻流解碼還原成一幀靜態(tài)圖像；

(3)按照校正系數(shù)對幾何變化和畸變的圖像進(jìn)行校正；

(4)采用差值法對校正后的圖像進(jìn)行填空處理。

更進(jìn)一步方案，所述校正系數(shù)的確定步驟如下：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯，并從中選取25個方格的交匯點p11-p55作為校正樣本點，

(2)把標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯鋪設(shè)在一個視頻監(jiān)測區(qū)間的實際地面上，使標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的上、下邊沿分別與該視頻監(jiān)測區(qū)間的上、下邊沿平行，標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33與該視頻監(jiān)測區(qū)間的中心點重合，并位于該視頻監(jiān)測區(qū)間的攝像機(jī)的鏡頭光軸上，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33的空間位置坐標(biāo)與該視頻監(jiān)測區(qū)間的中心點的空間位置坐標(biāo)一致；

(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的邊長與方格的邊長，分別推導(dǎo)出其他24個校正樣本點的空間位置坐標(biāo)；

(4)打開攝像機(jī)，輸出一個該視頻監(jiān)測區(qū)間的圖像照片，并利用計算機(jī)畫圖工具軟件，得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的25個校正樣本點的圖像坐標(biāo)為pij(uij,vij),其中i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測區(qū)間的四個頂點的圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)；

(5)采用三次多項式擬合法，得到畸變圖像轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像的校正系數(shù)矩陣為：

aij＝[a00,a10,a01,a20,a11,a02,a30,a21,a12,a03]^t，

bij＝[b00,b10,b01,b20,b11,b02,b30,b21,b12,b03]^t，

式中a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

進(jìn)一步方案，步驟(8)中大空間投影圖像的集合生成是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場景模型集合而成的，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備和監(jiān)控中心設(shè)備，所述監(jiān)控前端設(shè)備包括設(shè)置在立桿上的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一光纖收發(fā)器連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備包括通過光纖與第一光纖收發(fā)器連接的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器通過千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與大場景三維成像服務(wù)器、視頻圖像處理器連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)、高清視頻解碼器交互式連接，所述高清視頻解碼器的輸入端連接有模擬鍵盤、輸出端連接有拼接屏。

本發(fā)明相對于現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明實現(xiàn)了對大空間區(qū)域的整體視頻監(jiān)控，可以直觀觀察到大空間區(qū)域內(nèi)感興趣目標(biāo)的實時狀態(tài)，為應(yīng)對突發(fā)緊急事件在第一時間提供完整的全局視頻資料；

(2)本發(fā)明在監(jiān)控大空間區(qū)域畫面顯示時，既有整個大空間區(qū)域的合成視頻顯示，又有針對各個視頻監(jiān)測區(qū)間的實時采集視頻顯示，前者為顯示視頻的理解和可讀性提供了保障，后者實現(xiàn)了對監(jiān)控目標(biāo)細(xì)節(jié)的精確觀察，實現(xiàn)了宏觀視頻監(jiān)控與微觀視頻監(jiān)控的有機(jī)統(tǒng)一；

(3)本發(fā)明借助高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)對監(jiān)控場景中的標(biāo)志性目標(biāo)和視頻監(jiān)測區(qū)間進(jìn)行測量，提高了三維場景建模的準(zhǔn)確度，使顯示的監(jiān)控場景更加逼真，虛擬場景與實時視頻監(jiān)控圖像的融合更加嚴(yán)密；

(4)本發(fā)明采用三次多項式擬合法對畸變圖像進(jìn)行校正處理，既達(dá)到較佳的圖像校正效果，又減少了圖像校正算法的復(fù)雜度，保證了大空間區(qū)域視頻監(jiān)控合成場景的實時顯示；

(5)本發(fā)明在圖像校正時采用雙線性差值法計算空白點的色彩值，極大地消除了校正后標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使顯示時的監(jiān)控畫面色彩看上去更連續(xù)、更逼真；

(6)本發(fā)明在大空間待監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控場景合成時，增加遮擋目標(biāo)檢測，可以自動移除對視頻監(jiān)控范圍產(chǎn)生遮擋影響的目標(biāo)，可以使主要的視頻監(jiān)控范圍全部展現(xiàn)在觀察者的視線內(nèi)；

(7)本發(fā)明通過對觀察視點的規(guī)劃，在滿足對大空間區(qū)域監(jiān)控要求的基礎(chǔ)上，可以有效避免出現(xiàn)“鬼影”、“馬賽克”、“出界”等極端視點帶來的顯示畫面問題，使畫面顯示更加友好；

(8)本發(fā)明設(shè)置了多種方式的存儲錄像回放模式，方便使用人員對監(jiān)控采集視頻和合成場景視頻的回看，其組合回放模式可以真實還原實時監(jiān)控時的顯示狀態(tài)。

附圖說明

圖1為待監(jiān)控區(qū)域的autocad平面圖；

圖2為高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)的框圖；

圖3為待監(jiān)控區(qū)域的三維場景模型；

圖4為待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的視頻監(jiān)測區(qū)間劃分平面圖；

圖5為視頻監(jiān)測區(qū)間上的攝像機(jī)的安裝示意圖；

圖6中a為標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯，b為標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的校正樣本點取樣示意圖；

圖7為畸變圖像的校正示意圖，a為畸變圖像，b為標(biāo)準(zhǔn)圖像；

圖8為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；

圖9為拼接屏顯示示意圖；

圖10為三維成像服務(wù)器工作流程圖。

具體實施方式

實施例1：

一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，其包括如下步驟：

(1)在電子地圖上選擇一長方形的待監(jiān)控區(qū)域，并采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個端點的地圖位置坐標(biāo)；

(2)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇有運動目標(biāo)的長方形區(qū)域為視頻采集區(qū)，同時在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇靜態(tài)的標(biāo)志性目標(biāo)；然后分別采集該視頻采集區(qū)的四個端點的地圖位置坐標(biāo)和所有標(biāo)志性目標(biāo)的地圖位置坐標(biāo)；最后繪制成autocad平面圖；

(3)分別測量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)；

(4)根據(jù)空間位置坐標(biāo)，在autocad平面圖上對各標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行三維建模，然后對各個視頻采集區(qū)進(jìn)行三維建模，最后得到待監(jiān)控區(qū)域的三維模型；

(5)根據(jù)攝像機(jī)所能監(jiān)測的范圍來將視頻采集區(qū)劃分成若干個視頻監(jiān)測區(qū)間，并對每個視頻監(jiān)測區(qū)間的端點和中心點進(jìn)行檢測，得到其空間位置坐標(biāo)；

(6)每個視頻監(jiān)測區(qū)間安裝一個攝像機(jī)，使攝像機(jī)的拍攝方向與待監(jiān)控區(qū)域的觀察視點的變換方向一致；

(7)對各個攝像機(jī)所采集的實時視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；

(8)將各個標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對應(yīng)的視頻監(jiān)測區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實時的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；

(9)對大空間投影圖像和各個攝像機(jī)采集的視頻流通過拼接屏同時顯示出來，并對其進(jìn)行錄像用于錄像回放。

進(jìn)一步方案，所述地圖位置坐標(biāo)為米級的經(jīng)度、緯度和高度值；所述空間位置坐標(biāo)為厘米級的經(jīng)度、緯度和高度值。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中標(biāo)志性目標(biāo)是包括待監(jiān)控區(qū)域中的建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹木。

進(jìn)一步方案，所述步驟(6)中攝像機(jī)選用高分辨率網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(?？低昫s-2cd6233f)，攝像機(jī)安裝在離地面8-10米高處的立桿上或立桿的橫臂上，其拍攝角度與水平面成10-20度夾角。

進(jìn)一步方案，所述空間位置坐標(biāo)的測量是通過高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)進(jìn)行測量的，如圖2所示，高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)包括基站單元1和移動測量單元2，所述基站單元1包括安裝在三角架13上的第一gps天線11，所述第一gps天線11的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(fgr2-ce)15連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺15的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線12；所述移動測量單元2包括測繪電腦27與安裝在測繪桿23上的第二gps天線21，所述第二gps天線21的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)(e2687b1)24的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(fgr2-mm2)25連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺25的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線22，所述第二rtk差分定位主機(jī)24的輸出端與所述測繪電腦27連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)14與第一高速跳頻數(shù)傳電臺15均由12v直流電源16供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺25均由蓄電池26進(jìn)行供電；所述移動測量單元2安裝在背包或便攜式推車中。

進(jìn)一步方案，步驟(7)對各個攝像機(jī)所采集的實時視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理包括以下步驟：

(1)確定校正系數(shù)；

(2)將攝像機(jī)輸出的視頻流解碼還原成一幀靜態(tài)圖像；

(3)按照校正系數(shù)對幾何變化和畸變的圖像進(jìn)行校正；

(4)采用差值法對校正后的圖像進(jìn)行填空處理。

更進(jìn)一步方案，所述校正系數(shù)的確定步驟如下：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯，并從中選取25個方格的交匯點p11-p55作為校正樣本點，

(2)把標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯鋪設(shè)在一個視頻監(jiān)測區(qū)間的實際地面上，使標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的上、下邊沿分別與該視頻監(jiān)測區(qū)間的上、下邊沿平行，標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33與該視頻監(jiān)測區(qū)間的中心點重合，并位于該視頻監(jiān)測區(qū)間的攝像機(jī)的鏡頭光軸上，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33的空間位置坐標(biāo)與該視頻監(jiān)測區(qū)間的中心點的空間位置坐標(biāo)一致；

(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的邊長與方格的邊長，分別推導(dǎo)出其他24個校正樣本點的空間位置坐標(biāo)；

(4)打開攝像機(jī)，輸出一個該視頻監(jiān)測區(qū)間的圖像照片，并利用計算機(jī)畫圖工具軟件，得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的25個校正樣本點的圖像坐標(biāo)為pij(uij,vij),其中i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測區(qū)間的四個頂點的圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)；

(5)采用三次多項式擬合法，得到畸變圖像轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像的校正系數(shù)矩陣為：

aij＝[a00,a10,a01,a20,a11,a02,a30,a21,a12,a03]^t，

bij＝[b00,b10,b01,b20,b11,b02,b30,b21,b12,b03]^t，

式中a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

進(jìn)一步方案，步驟(8)中大空間投影圖像的集合生成是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場景模型集合而成的，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備和監(jiān)控中心設(shè)備，所述監(jiān)控前端設(shè)備包括設(shè)置在立桿上的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一光纖收發(fā)器連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備包括通過光纖與第一光纖收發(fā)器連接的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器通過千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與大場景三維成像服務(wù)器、視頻圖像處理器連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)、高清視頻解碼器交互式連接，所述高清視頻解碼器的輸入端連接有模擬鍵盤、輸出端連接有拼接屏。

實施例2：

選擇一個城市道路中常見的十字道路交叉口，該大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，包括如下步驟：

(1)大空間待監(jiān)控區(qū)域的選定

在百度衛(wèi)星地圖模式下，或其它地理信息系統(tǒng)提供的電子地圖上選定一長方形的待監(jiān)控區(qū)域，同時從電子地圖上采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個頂點位置坐標(biāo)，即每個頂點對應(yīng)的經(jīng)度、緯度和高度值，其精度在“米”級。

(2)視頻采集區(qū)的選定

在待監(jiān)控區(qū)域中針對有運動目標(biāo)的地方選擇需要進(jìn)行實時視頻監(jiān)控的范圍為視頻采集區(qū)；即在待監(jiān)控區(qū)域的電子地圖上確定需要利用攝像機(jī)實時采集視頻流的范圍，通常是人和車輛可以進(jìn)入或自由活動的范圍，如道路、廣場、大廳等，視頻監(jiān)控范圍選擇為長方形，并在電子地圖上得到其對應(yīng)頂點的經(jīng)度、緯度和高度值，其精度在“米”級，繪制在autocad平面圖上，如圖1所示。

(3)標(biāo)志性目標(biāo)的選定

確定待監(jiān)控區(qū)域中的標(biāo)志性目標(biāo)，如建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹木等，確定這些標(biāo)志性目標(biāo)在地面的垂直投影區(qū)域，并在電子地圖上得到其對應(yīng)投影區(qū)域的頂點位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度和高度值)，其精度在“米”級，并繪制在圖1的autocad平面圖上。

(4)采用高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)分別測量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，其測量精度可以達(dá)到“厘米”級；

如圖2所示，高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)包括基站單元1和移動測量單元2，所述基站單元1包括安裝在三角架13上的第一gps天線11，所述第一gps天線11的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(fgr2-ce)15連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺15的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線12；所述移動測量單元2包括測繪電腦27與安裝在測繪桿23上的第二gps天線21，所述第二gps天線21的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)(e2687b1)24的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(fgr2-mm2)25連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺25的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線22，所述第二rtk差分定位主機(jī)24的輸出端與所述測繪電腦27連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)14與第一高速跳頻數(shù)傳電臺15均由12v直流電源16供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺25均由蓄電池26進(jìn)行供電；所述移動測量單元2安裝在背包或便攜式推車中。

開始測繪時，第一步搭建基站單元1：把第一gps天線11安裝在三角架13上，放置在地面或樓頂?shù)拈_闊地帶；把第一gps天線11的電纜接到第一rtk差分定位主機(jī)e268714的天線輸入端，并擰緊；把第一數(shù)傳天線12連接到第一高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-ce15的天線輸入端，并擰緊；用標(biāo)準(zhǔn)串口電纜把第一rtk差分定位主機(jī)e268714和第一高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-ce15連接起來；把12v電源16的輸出電源分別接到第一rtk差分定位主機(jī)e268714和第一高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-ce15的電源輸入端。

第二步搭建移動測量單元2：把第二gps天線21安裝在測繪桿23上，同時把第二gps天線21的電纜接到第二rtk差分定位主機(jī)e2687b124的天線輸入端，并擰緊；把第二數(shù)傳天線22連接到第二高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-mm225的天線輸入端，并擰緊；用標(biāo)準(zhǔn)串口電纜把第二rtk差分定位主機(jī)e2687b124和第二高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-mm225連接起來；把蓄電池6-qw-5526的直流電源接線端分別接到第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和第二高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-mm2的電源輸入端；用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線把第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和測繪電腦27連接在一起。

第三步基站單元上電工作：接通電源，各組成部件正常工作，第一rtk差分定位主機(jī)e2687經(jīng)過大約45秒冷啟動，正常輸出rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)，該差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送到第一高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-ce廣播出去，rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)的刷新率為10hz。

第四步移動測量單元上電工作：打開電源開關(guān)，蓄電瓶6-qw-55為第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和第二高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-mm2供電，第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1經(jīng)過大約45秒冷啟動后正常工作，同時通過第二高速跳頻數(shù)傳電臺fgr2-mm2接收基站單元傳送的rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)，對自身得到的地理位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)校準(zhǔn)后，輸出高精度的地理位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，精度達(dá)到“厘米”級。

第五步測繪電腦工作：打開測繪電腦27，通過運行測繪軟件，可以實時查看第二差分定位主機(jī)e2687b1的工作狀態(tài)，并接收其通過網(wǎng)絡(luò)線傳送來的高精度地理位置坐標(biāo)。

第六步，把測繪桿23指向待測量的位置點，并保持穩(wěn)定，測繪電腦上接收到的位置坐標(biāo)(經(jīng)度、維度、高度)就是該位置點的坐標(biāo)測量值，其測量精度可以達(dá)到“厘米”級，測量結(jié)果保存/記錄在測繪電腦27中。即需要測量哪一點的空間位置坐標(biāo)，就把測繪桿23放在該點上；因為一個標(biāo)志性目標(biāo)要逼真地模擬，需要在它的外部輪廓上測很多的點。

可以把移動測量單元2整體安裝在背包中或便攜式推車中，可以對待測位置點進(jìn)行快速的位置坐標(biāo)測量。

在大空間待監(jiān)控區(qū)域中的所有需要精確測量的標(biāo)志性目標(biāo)全部測量結(jié)束后，可以撤除高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)，即在后期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)集合大空間投影圖像時，無需高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)的參與。

(5)標(biāo)志性目標(biāo)的測量和場景建模

利用高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)對大空間待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行測量，得到該目標(biāo)精確的外部輪廓空間位置坐標(biāo)，并采用紋理貼圖處理對該標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行建模，得到其三維高逼真度模型，并進(jìn)而建立整個大空間待監(jiān)控區(qū)域的場景模型。其具體步驟如下：

第一步，確定需要建模的標(biāo)志性目標(biāo)，并提取該標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓，外部輪廓用平面表示，對于非平面的標(biāo)志性目標(biāo)外表面可用一個或多個平面來模擬；

第二步，利用高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)對標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓的每個平面頂點位置進(jìn)行精確測量，得其空間位置坐標(biāo)，并存入空間數(shù)據(jù)庫；

第三步，將空間位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入autocad軟件，生成可視的標(biāo)志性目標(biāo)外部輪廓圖，編輯、修改使其與標(biāo)志懷目標(biāo)的實際外表面形狀盡量保持一致；

第四步，用數(shù)碼相機(jī)對標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓的每個平面拍照，并把照片導(dǎo)入photoshop軟件中進(jìn)行處理；首先對照片進(jìn)行校正，克服因拍照時鏡頭曲率、拍照角度帶來的畫面畸變、失真，在幾何關(guān)系上與該外表面尺寸一致；再按該外部表面實際狀態(tài)裁剪照片，去除多余部分，使保留下來的照片可以嚴(yán)絲合縫地嵌入到代表該外表面的平面中；最后對照片做調(diào)色處理，使相鄰平面的照片在色調(diào)上保持匹配，并與實際景象相一致；此時得到的照片作為該平面對應(yīng)的紋理貼圖，并記錄在模型數(shù)據(jù)庫；

第五步，把包含目標(biāo)外部輪廓信息的空間數(shù)據(jù)庫、以及包括目標(biāo)紋理貼圖信息的模型數(shù)據(jù)庫導(dǎo)入3dsmax軟件，得到具有紋理貼圖的目標(biāo)三維模型，參照目標(biāo)的實際狀態(tài)，利用3dsmax軟件提供的工具對目標(biāo)三維模型進(jìn)一步修改，得到高逼真度的目標(biāo)三維模型；

第六步，按照以上步驟，依序?qū)⒋O(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有的標(biāo)志性目標(biāo)分別建模，再對其中的道路路面、綠地等也參照此步驟建模，可以得到大空間待監(jiān)控區(qū)域的高逼真度三維模型，如圖3所示。

(6)視頻監(jiān)測區(qū)間的劃分與測量

對大空間等監(jiān)控區(qū)域中的廣場、道路等需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的范圍，根據(jù)監(jiān)控攝像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和安裝方式，確定每臺攝像機(jī)可以監(jiān)控范圍的大小，進(jìn)而把視頻監(jiān)控范圍劃設(shè)為更小的、適合單臺攝像機(jī)監(jiān)控的視頻監(jiān)測區(qū)間，如將圖1中需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的道路路面劃設(shè)為如圖4中的四個視頻監(jiān)測區(qū)間。即每個視頻監(jiān)測區(qū)間配備1臺攝像機(jī)實現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，用4臺攝像機(jī)組合來對大空間范圍進(jìn)行視頻監(jiān)控；然后，利用高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)對每個視頻監(jiān)測區(qū)間的端點和中心點進(jìn)行測量，得到其空間位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，其精度達(dá)到“厘米”級。

(7)監(jiān)控攝像機(jī)的選擇和設(shè)置

攝像機(jī)選用?？低暤膁s-2cd6233f，該攝像機(jī)為300萬像素、1/1.8”ccd日夜型高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，具有高畫質(zhì)、低噪聲等優(yōu)點，通過rj45網(wǎng)口輸出采集的視頻流。

在安裝攝像機(jī)時，使攝像機(jī)的拍攝方向與大空間等監(jiān)控區(qū)域的觀察視點方向盡可能保持一致，可以達(dá)到最好的觀察效果；攝像機(jī)一般安裝在8-10米高立桿上或其橫臂上，拍攝角度與水平面成10-20角，如圖5所示。每個攝像機(jī)可以監(jiān)控的視頻區(qū)間大約在25米×70米左右。

如將圖1中需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的道路路面劃設(shè)為如圖4中的四個視頻監(jiān)測區(qū)間，則相應(yīng)安裝四臺攝像機(jī)。由于大場景視點及其對應(yīng)觀察視點的移動路線是從東南方(右下)指向西北方(左上)的，則攝像機(jī)應(yīng)安裝在該視頻監(jiān)測區(qū)間的東南方，鏡頭指向西北方向的監(jiān)控區(qū)間。如圖4所示，其視頻監(jiān)測區(qū)間1對應(yīng)的攝像機(jī)安裝在如圖4中的a點，視頻監(jiān)測區(qū)間2對應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的b點，視頻監(jiān)測區(qū)間3對應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的c點，視頻監(jiān)測區(qū)間4對應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的d點。

(8)對各個攝像機(jī)所采集的實時視頻圖像進(jìn)行校正、色彩處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；其中畸變圖像的校正系數(shù)的確定如下：

第一步，校正時采用如圖6a中的標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯，其由10×10個交錯排放的黑白正方形方格組成，每個方格的邊長為20厘米，從中選取25個方格交匯點p11-p55作為校正樣本點。

第二步，把標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯鋪設(shè)在待監(jiān)控區(qū)域的地面上，其中心點p33與視頻監(jiān)測區(qū)間的地面中心點重合，并位于監(jiān)控攝像機(jī)鏡頭的光軸上，標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的上、下邊沿分別與待監(jiān)控區(qū)域的上、下邊沿平行，如圖5所示。

第三步，由于標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33與視頻監(jiān)測區(qū)間的地面中心點重合的，而視頻監(jiān)測區(qū)間的中心點的空間位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)已利用高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)測出，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯的中心點p33的坐標(biāo)是已知的，為p33(xw,yw,zw)；另外，由于標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯中的方格的邊長為20厘米，則可算出標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯中其余24個校正樣本點的空間位置坐標(biāo)。

第四步，打開攝像機(jī)，從其輸出的視頻圖像中抓拍包括標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯在內(nèi)的圖像照片，并利用計算機(jī)畫圖工具軟件，可得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯25個校正樣本點的圖像坐標(biāo)pij(uij,vij),i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測區(qū)間的四個頂點圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)。

第五步，采用三次多項式擬合法來求解畸變圖像到標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣，假設(shè)在畸變圖像上的某一點p的坐標(biāo)為(x,y)，則其對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像系下的坐標(biāo)為(x’,y’)，則：

上式中，aij、bij為畸變圖像轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)圖像時轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣中的待定系數(shù)，其中i、j＝0、1、2、3，n＝3。

因為n＝3，共有20個待定系數(shù)需要求解，因此需要選擇10個參考點。本監(jiān)控方法中選擇視頻監(jiān)測區(qū)間的4個頂點pa、pb、pc、pd和標(biāo)準(zhǔn)棋盤毯上的6個點p33、p11、p15、p51、p55、p13，可以最大限度覆蓋圖像區(qū)域，提高轉(zhuǎn)換后標(biāo)準(zhǔn)圖像的精度；其中選擇p13點是因為圖像上沿的畸變最大，把參考點選擇在這里，可以提高這個區(qū)域的轉(zhuǎn)換精度。

第六步，通過上面選擇的10個參考點，其空間位置坐標(biāo)已經(jīng)通過高精度rtk衛(wèi)星測繪系統(tǒng)測得，通過比例變換，得到這10個參考點標(biāo)準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)分別為pa(x’a,y’a)、pb(x’b,y’b)、pc(x’c,y’c)、pd(x’d,y’d)、p11(x’11,y’11)、p15(x’15,y’15)、p33(x’33,y’33)、p51(x’51,y’51)、p55(x’55,y’55)、p13(x’13,y’13)；10個參考點在畸變圖像中的坐標(biāo)點可以通過計算機(jī)通用畫圖工具軟件測得，分別為pa(xa,ya)、pb(xb,yb)、pc(xc,yc)、pd(xd,yd)、p11(x11,y11)、p15(x15,y15)、p33(x33,y33)、p51(x51,y51)、p55(x55,y55)、p13(x13,y13)。

采用三次多項式擬合法求解畸變圖像到標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換的公式為：

x’＝a00+a10x+a01y+a20x²+a11xy+a02y²+a30x³+a21x²y+a12xy²+a03y³

y’＝b00+b10x+b01y+b20x²+b11xy+b02y²+b30x³+b21x²y+b12xy²+b03y³

將上面10個參考點的標(biāo)準(zhǔn)圖像坐標(biāo)值和畸變圖像坐標(biāo)值代入上面公式，得到一組關(guān)于變換系數(shù)a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03的方程組，通過方程組求解，可以得到這20個變換系數(shù)值。

利用上述公式可以把畸變圖像上的任意一點p(x,y)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像上對應(yīng)的點p(x’,y’)；對內(nèi)存中解碼得到的視頻畸變圖像中的每個像素點用上述公式求解，可以得到其在標(biāo)準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)值；對畸變圖像中所有的像素點進(jìn)行遍歷處理，可以對畸變圖像進(jìn)行校正，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像，把原來失真的監(jiān)控區(qū)間圖像轉(zhuǎn)換為無失真的圖像。

采用三次多項式擬合法進(jìn)行校正，可以在場景監(jiān)控視頻顯示時，通過計算，實現(xiàn)畸變圖像的校正，得到良好的觀察效果，如圖7所示，將畸變圖像(a)校正成為標(biāo)準(zhǔn)圖像(b)。

在把畸變圖像變換為標(biāo)準(zhǔn)圖像時，由于圖像坐標(biāo)的基本單位為像素，其坐標(biāo)應(yīng)為整數(shù)，而變換得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像會產(chǎn)生非整數(shù)的坐標(biāo)p(i+u,j+v)，其中i+u＝x’，j+v＝y(tǒng)’，i、j為整數(shù)，u、v為小數(shù)，此時，按以下方法進(jìn)行取整：

若0≤u<0.5，0≤v<0.5，p(i+u,j+v)取整為p(i,j)；

若0.5≤u<1，0≤v<0.5，p(i+u,j+v)取整為p(i+1,j)；

若0≤u<0.5，0.5≤v<1，p(i+u,j+v)取整為p(i,j+1)；

若0.5≤u<1，0.5≤v<1，p(i+u,j+v)取整為p(i+1,j+1)；

此時的標(biāo)準(zhǔn)圖像是通過對畸變圖像的校正得到的，由于畸變的非線性，得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像會留下一些空白點，需要對這些空白點進(jìn)行填充；填充采用雙線性差值法計算空白點的色彩值來填充，該方法可以快速計算得到標(biāo)準(zhǔn)圖像中缺失的像素點(空白)，同時極大地消除標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使圖像色彩看上去更連續(xù)、更逼真。

如標(biāo)準(zhǔn)圖像中的空白點p(x’,y’)，其色彩值g(p)可以利用其周邊已知的像素點的色彩值g(a)、g(b)、g(c)、g(d)推算得到：

g(p)＝(1-u)(1-v)g(a)+u(1-v)g(b)+uvg(c)+(1-u)vg(d)

式中：g(a)、g(b)、g(c)、g(d)分別為最鄰近空白點p左下角a、右下角b、右上角c、左上角d的已知像素點的色彩值，u是空白點p投影在水平軸(ab)上的比例系數(shù)，v是空白點p投影在垂直軸(ad)上的比例系數(shù)。

(9)將各個標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對應(yīng)的視頻監(jiān)測區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實時的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；其中大空間投影圖像的集合生成是通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場景模型集合而成的。

如圖8所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備3和監(jiān)控中心設(shè)備4，所述監(jiān)控前端設(shè)備3包括設(shè)置在立桿上的若干個高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31均通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32和第一光纖收發(fā)器33連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備4包括通過光纖與第一光纖收發(fā)器33連接的第二光纖收發(fā)器43，所述第二光纖收發(fā)器43通過千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44分別與大場景三維成像服務(wù)器47、視頻圖像處理器48連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)45、高清視頻解碼器42交互式連接，所述高清視頻解碼器42的輸入端連接有模擬鍵盤41、輸出端連接有拼接屏46。

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31通過以太網(wǎng)口把采集到的視頻圖像按h.264格式編碼，并傳送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32將鄰近高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31傳來的視頻數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送到第一光纖收發(fā)器33，第一光纖收發(fā)器33把電信號轉(zhuǎn)換為光信號，從而把位于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31采集的視頻流信號傳回到遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控中心。

第二光纖收發(fā)器43將接收到的視頻流光信號并轉(zhuǎn)換為電信號，并通過千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44匯總和分發(fā)相關(guān)的視頻流信號，為視頻流信號提供相關(guān)通路；網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)45選用?？低暤膁s9608n，用于存儲監(jiān)控前端發(fā)來的多路高清視頻流，同時存儲大場景三維成像服務(wù)器合成輸出的視頻流；大場景三維成像服務(wù)器為1臺安裝有場景目標(biāo)數(shù)據(jù)庫和實時成像算法軟件的高性能服務(wù)器，其根據(jù)觀察視點的控制狀態(tài)，把視頻圖像處理器發(fā)來的視頻圖像映射到對應(yīng)的視頻監(jiān)測區(qū)間，并生成一幅實時的大場景空間圖像，通過網(wǎng)絡(luò)輸出顯示；視頻圖像處理器為1臺安裝有實時視頻貼圖生成軟件的高性能計算機(jī)，用于處理監(jiān)控前端送來的視頻流，把視頻流解碼為一幀圖像，再對圖像按事先確定的校正方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后把圖像裁剪成需要的的尺寸，通過網(wǎng)絡(luò)送到大場景三維成像服務(wù)器，用作場景成像需要的紋理貼圖，每臺視頻圖像處理器可以實時處理2路監(jiān)控前端送來的視頻流；模擬鍵盤用來控制視頻顯示時各個畫面在拼接屏上的位置，以及合成的場景視頻的觀察視點位置；高清視頻解碼器選用海康威視的ds6410hd,用于輸入的高清視頻流的解碼，可以按拼接屏要求的畫面格式，把不同的視頻流解碼輸出到不同單元的拼接屏顯示單元；拼接屏選用海康威視的ds2046nh,用于多視頻流畫面的顯示。

(10)對大空間投影圖像和各個攝像機(jī)采集的視頻流通過拼接屏同時顯示出來。如圖9所示，拼接屏采用3×3屏，每塊屏的大小為46英寸，顯示分辨率為1920×1080，拼接屏左上角四塊屏用于組合顯示大場景三維成像服務(wù)器輸出的合成監(jiān)控視頻，其余五塊屏分別用于顯示四個監(jiān)控前端的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)傳送回來的視頻監(jiān)控區(qū)間實時視頻和服務(wù)器工作軟件界面。則可以通過拼接屏直觀地看到整個大空間待監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場場景，也可以看到待監(jiān)控區(qū)域的實時視頻，并借助大場景顯示的幫助，可以更好地理解每個視頻監(jiān)測區(qū)間發(fā)生的各種異常狀態(tài)。

(11)對大空間投影圖像和各個攝像機(jī)采集的視頻流進(jìn)行錄像用于錄像回放

系統(tǒng)工作時，監(jiān)控前端的4臺高清攝像機(jī)把對應(yīng)4個視頻監(jiān)測區(qū)間的實時視頻流傳送回監(jiān)控中心設(shè)備，4路視頻流一方面輸出到拼接屏中對應(yīng)的單元進(jìn)行顯示，另一方面輸出到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)(nvr)中進(jìn)行錄像，同時4路視頻流還分別傳送到視頻圖像處理器進(jìn)行圖像的校正、色彩處理，其中圖像的校正是通過視頻圖像處理器對輸入的視頻流進(jìn)行解碼，將視頻流還原為一幀靜態(tài)圖像；然后按上述步驟(8)的步驟對其進(jìn)行校正；再采用雙線性差值法計算空白點的色彩值并填充，則可以極大地消除標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使圖像色彩看上去更連續(xù)、更逼真。

最后對計算得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行裁剪并輸出，由于攝像機(jī)傳回的監(jiān)控視頻畫面尺寸通常大于場景中對應(yīng)監(jiān)控區(qū)間畫面尺寸，所以按監(jiān)控區(qū)間實際需要的畫面尺寸對標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行裁剪，使之滿足用于監(jiān)控區(qū)間貼圖時的尺寸要求；把最終處理得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像作為三維場景中監(jiān)控區(qū)間的實時貼圖傳送到三維成像服務(wù)器。

視頻圖像處理器采用多線程工作模式，1臺視頻圖像處理器可以按25幀/秒的速率實時處理2路監(jiān)控視頻；所以4個視頻監(jiān)測區(qū)間對應(yīng)的4路監(jiān)控視頻需要2臺視頻圖像處理器。

存儲在網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)中的視頻流有二種回放模式，單獨回放模式和組合回放模式，其中單獨回放模式是通過在三維成像服務(wù)器上使用工作軟件，把存儲的視頻監(jiān)控攝像機(jī)傳送回來的視頻流或合成的大空間區(qū)域的視頻流，按指定攝像機(jī)編號或合成視頻、指定播放時間段，傳送到指定的拼接屏顯示單元播放；可以單路回放，也可以多路回放，多路回放時各回放的視頻流是相互獨立的。

組合回放是通過在三維成像服務(wù)器上使用工作軟件，把存儲的視頻監(jiān)控攝像機(jī)傳送回來的視頻流以及合成的大空間區(qū)域的視頻流，按指定的播放時間段，分別傳送到拼接屏對應(yīng)的顯示單元，包括合成視頻流在內(nèi)的所有視頻流的播放，在時間上是同步的，組合回放可以完整再現(xiàn)實時監(jiān)控時的顯示場景。

另外，三維成像服務(wù)器的工作流程如下(如圖10所示)：

第一步，將前面建好的大空間待監(jiān)控區(qū)域的三維場景模型調(diào)入內(nèi)存；

第二步，讀取所有視頻圖像處理器傳來的所有視頻監(jiān)測區(qū)間的圖像，并把這些圖像在三維場景模型中作為對應(yīng)視頻監(jiān)測區(qū)間的紋理貼圖使用，得到包括實時監(jiān)控視頻在內(nèi)的、完整的動態(tài)三維場景；

第三步，讀取觀察視點的位置和方向，觀察視點的位置和方向由三維成像服務(wù)器外設(shè)的鍵盤和鼠標(biāo)控制；

第四步，根據(jù)觀察視點的位置和方向，計算生成動態(tài)三維場景的投影圖像；其觀察視點以俯視為主，即在默認(rèn)狀態(tài)時可以俯視整個大空間區(qū)域，如圖1所示；需要進(jìn)一步仔細(xì)觀察大空間區(qū)域內(nèi)的活動目標(biāo)，可以通過觀察視點變換來實現(xiàn)，即把觀察視點推向目標(biāo)，擴(kuò)大顯示目標(biāo)及其周邊環(huán)境的畫面，可以在顯示屏幕上觀察到更多細(xì)節(jié)。

三維監(jiān)控場景的觀察視點可以任意變換，但由于監(jiān)控攝像機(jī)已經(jīng)安裝好，其拍攝的位置、角度是固定的，為取得良好的觀察效果，為觀察視點的變換制訂好固定的移動路線，以便實現(xiàn)良好的觀察效果；根據(jù)監(jiān)控攝像機(jī)的安裝位置和方向，為每一個監(jiān)控攝像機(jī)指定一條觀察視點移動路線，即視點從默認(rèn)的俯視觀察位置向攝像機(jī)拍攝畫面的中心點移動，使該攝像機(jī)畫面在合成畫面中的比例逐漸變大，畫面細(xì)節(jié)逐漸清晰，當(dāng)畫面大到超過整個顯示畫面的三分之一時，用該攝像機(jī)拍攝的視頻圖像取代原來合成的場景圖像；工作時，對哪個監(jiān)控視頻圖像中的目標(biāo)感興趣，就可以把觀察視點向該目標(biāo)移動；觀察完畢，敲擊“返回”鍵，可以快速回到默認(rèn)的大空間區(qū)域顯示狀態(tài)。

在觀察視點變換過程中，原來顯示的場景中的各種模型和監(jiān)控視頻圖像將在形狀和尺寸上發(fā)生變化；場景中的三維模型是根據(jù)觀察視點的位置和方向投影顯示在畫面上面的，觀察視點變化時需要對包括視頻監(jiān)測區(qū)間在內(nèi)的、各個模型的投影面、遮擋關(guān)系等進(jìn)行計算，重新投影生成一幅新的場景畫面。

如果大空間場景中某個物體的三維模型對需要觀察的視頻監(jiān)測區(qū)間圖像產(chǎn)生遮擋，為取得好的觀察效果，處理軟件在觀察視點變換時會在顯示畫面中自動移除該物體，以便消除遮擋，更好地對感興趣的目標(biāo)進(jìn)行觀察。

第五步，把投影圖像編碼成視頻流輸出，在計算得到三維大空間區(qū)域的投影圖像后，處理軟件根據(jù)上一幀投影圖像的內(nèi)容，采用h.264編碼格式，把內(nèi)存中的高分辨率靜態(tài)投影圖像轉(zhuǎn)換為實時視頻流輸出到拼接屏指定位置顯示，同時輸出到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)進(jìn)行存儲。

三維成像服務(wù)器每秒25次從視頻圖像處理器讀取視頻監(jiān)測區(qū)間圖像，同步生成三維場景的投影圖像，其輸出為25幀/秒的視頻流，分辨率最高可以達(dá)到3840×2160，能夠很好地顯示觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

以上實施例并非僅限于本發(fā)明的保護(hù)范圍，所有基于本發(fā)明的基本思想而進(jìn)行修改或變動的都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。