專利名稱：攝像機監(jiān)控面積計算方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種攝像機監(jiān)控面積計算方法及系統(tǒng)，屬于計算機視覺與圖像識別技術領域。
背景技術：
視頻安全監(jiān)控運用到很多公共場所，在人流密度較大的客運站，往往通過監(jiān)控錄像來判別人群擁擠程度。通過計算客流密度，由行人安全狀態(tài)等級來觸發(fā)安全預警機制。在計算客流密度時，需要對可識別的人數(shù)區(qū)域范圍進行面積計算。目前，一般是通過現(xiàn)場人工測量方法和現(xiàn)有平面測量方法。現(xiàn)場人工測量方法是在現(xiàn)場進行人工面積測量，該方法具有如下缺點1)操作不便，現(xiàn)場進行人工面積測量，對于多點布控的場所如大型客運站，操作起來就極為不便，浪費人力物力資源；幻精度不高，現(xiàn)場進行人工測量，多為矩形面積測量，難以測量人流密度較大的不規(guī)則多邊形區(qū)域的面積，人工誤差也較大，從而無法準確反映人流密度情況，實現(xiàn)有效預警機制?，F(xiàn)有的基于圖像的平面測量方法有如下缺點1)功能單一，現(xiàn)有的平面測量技術只是針對直線段長度的測量，沒有給出多邊形面積的測量公式；2)復雜、不易于實現(xiàn)，現(xiàn)有平面測量技術，涉及到特征點的提取和邊緣直線的提取算法受噪聲影響大，實際操作性不強。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服了現(xiàn)有方法的上述缺陷，提供了一種攝像機監(jiān)控面積計算方法及系統(tǒng)，本發(fā)明能夠計算行人流動區(qū)域的有效區(qū)域面積，結合行人安全狀態(tài)識別中的人數(shù)識別技術，可得到實時客流密度。本發(fā)明中的攝像機監(jiān)控面積計算方法包括如下步驟單應矩陣計算步驟，通過標定模板計算三維空間平面點和二維畫面之間點的對應關系，即計算單應矩陣；有效面積獲取步驟，首先對待測的監(jiān)控圖像進行預處理，圈定待識別的區(qū)域范圍并且去除無效部分，得到有效多邊形監(jiān)控區(qū)域，所述無效部分通常是識別區(qū)域的墻壁部分，所述有效多邊形監(jiān)控區(qū)域是指去除監(jiān)控區(qū)域范圍內不屬于三維平面投影的部分所剩下的區(qū)域；監(jiān)控區(qū)域面積計算步驟，通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標，根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。所述單應矩陣計算步驟中，通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過該特征點計算單應矩陣。一種攝像機監(jiān)控面積計算系統(tǒng)，包括單應矩陣計算模塊，用于計算確定三維空間點和二維監(jiān)控畫面點的對應關系的單應矩陣；有效監(jiān)控區(qū)域獲取模塊，用于獲得監(jiān)控區(qū)域中的有效多邊形監(jiān)控區(qū)域；監(jiān)控區(qū)域面積計算模塊，用于通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標，根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。所述單應矩陣計算模塊，用于通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過有效特征點計算單應矩陣。相對于現(xiàn)有技術而言，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1)本發(fā)明是基于視頻監(jiān)控圖像的面積測量，通過獲取待測面積頂點的像素值就可以測算實際面積的大小，不需要現(xiàn)場人工測量，簡單易行。2)本發(fā)明可以選擇任意多邊形區(qū)域進行面積測量，計算機操作較準確快速。3)本發(fā)明可以測量平面上的一些幾何量，如距離，不規(guī)則多邊形面積等。4)本發(fā)明利用對特征點的多次提取求精，并以檢驗標定模板的面積作為降低誤差的標準，可操作性強，易于實現(xiàn)。


圖1為本發(fā)明的方法流程圖
圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)結構示意圖
圖3為針孔攝像機模型；
圖4為多邊形監(jiān)控區(qū)域面積三角分割；
圖5為自制四點標定模板1 ；
圖6為標準多點標定模板2 ；
圖7為影像中提取的某幀客流圖像；
圖8為面積和長度測量實驗一；
圖9為面積和長度測量實驗二；
圖10為實驗一和實驗二面積測量誤差；
圖11為實驗一和實驗二長度測量誤差。
具體實施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明。本發(fā)明中的攝像機監(jiān)控面積計算方法包括如下步驟，如圖1所示，單應矩陣計算步驟Si，通過標定模板計算三維空間平面點和二維畫面之間點的對應關系，即計算單應矩陣。有效面積獲取步驟S2，首先對待測的監(jiān)控圖像進行預處理，圈定待識別的區(qū)域范圍并且去除無效部分，得到有效多邊形監(jiān)控區(qū)域，無效部分通常是識別區(qū)域的墻壁部分，有效多邊形監(jiān)控區(qū)域是指去除監(jiān)控區(qū)域范圍內不屬于三維平面投影的部分所剩下的區(qū)域。監(jiān)控區(qū)域面積計算步驟S3，通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標，根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。單應矩陣計算步驟中，通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過該特征點計算單應矩陣?！N攝像機監(jiān)控面積計算系統(tǒng)，如圖2所示，包括單應矩陣計算模塊201，用于計算確定三維空間點和二維監(jiān)控畫面點的對應關系的單應矩陣。有效監(jiān)控區(qū)域獲取模塊202， 用于獲得監(jiān)控區(qū)域中的有效多邊形監(jiān)控區(qū)域。監(jiān)控區(qū)域面積計算模塊203，用于通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標，根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。
單應矩陣計算模塊，用于通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過有效特征點計算單應矩陣。本發(fā)明的原理對可識別的人數(shù)區(qū)域范圍進行面積計算，有可能包含平面以外的區(qū)域，如墻壁。所以要除去這部分區(qū)域得到一個多邊形的平面。計算多邊形的面積利用三角分割方法，即分割成所有三角形面積之和。通過平面測量的技術原理，可以知道二維圖像映射到三維空間中的投影矩陣，并且以此可以求得三維空間中平面上的點的坐標。利用點的坐標和計算面積的坐標公式可以計算監(jiān)控平面的面積，實現(xiàn)監(jiān)控面積的圖像測量。首先通過標定模板計算空間平面和監(jiān)控畫面之間點的對應關系，即計算單應矩陣；然后對待處理的視頻監(jiān)控圖像中的人流劃定狀態(tài)識別框，并進行區(qū)域分割等有效面積處理，提取待計算區(qū)域的頂點位置坐標；由單應矩陣和頂點位置坐標計算有效多邊形區(qū)域的面積。本發(fā)明是對監(jiān)控區(qū)域內有效面積的測量，為實現(xiàn)如客運站人流密度的測算提供技術支撐。1)平面測量平面測量是指由計算機視覺技術將二維圖像信息反映到三維空間中進行信息重構，利用二維圖像來實現(xiàn)三維空間平面的幾何元素的測量。2)有效區(qū)域面積有效區(qū)域面積是指去除圖像選定區(qū)域內不屬于三維平面投影的部分所剩下的面積，它主要反映人群所在區(qū)域的實際面積大小。3)測量應用視頻監(jiān)控有效區(qū)域面積測量的應用例如應用于人流集散服務網絡走行空間內人群擁擠基本特性(速度、密度、流量等)的行人安全狀態(tài)識別領域。實施例首先對待測的監(jiān)控圖像進行預處理，圈定識別的區(qū)域范圍并且去除無效部分，無效部分通常是識別區(qū)域的墻壁部分和其他障礙物；然后得到需要計算的有效的監(jiān)控區(qū)域 (是指用于監(jiān)控面積計算的人數(shù)識別區(qū)域內的水平地面部分)。建立攝像機成像幾何模型， 確定空間直角坐標系；然后通過模型，利用平面測量原理，計算得到三維空間平面點的坐標和二維圖像上對應坐標的單應關系，獲得待計算的多邊形區(qū)域面積的頂點坐標；最后根據(jù)三維空間多邊形面積計算方法計算監(jiān)控區(qū)域有效面積。1、攝像機成像幾何模型攝像機成像幾何模型采用針孔攝像機模型，它涉及到三個坐標系世界坐標系 O-XwYwZw,攝像機坐標系C-XJJ。和圖像坐標系。其中圖像坐標系又包括物理坐標系O-UV和數(shù)字圖像坐標系C1-XuYu，如圖3所示。2、計算單應矩陣根據(jù)針孔攝像機模型，空間中一點Mi (xwi, Ywi，Zwi，1)通過一個3X4的投影矩陣Mi 投影到二維成像平面上一點Hli (Ui, Vi, 1)，二者關系可以描述為Ami = PMi = (P1，p2, p3, p4) Mi其中λ為非零比例因子。不失一般性，可以假設平面為Zw = 0平面，則Mi (Xwi, Ywi，0，1)，上式變?yōu)?br> 權利要求
1.一種攝像機監(jiān)控面積計算方法，其特征在于，包括如下步驟單應矩陣計算步驟，通過標定模板計算用于確定三維空間點和二維監(jiān)控畫面點的對應關系的單應矩陣；有效監(jiān)控區(qū)域獲取步驟，在監(jiān)控區(qū)域范圍內去除無效部分，獲得監(jiān)控區(qū)域中的有效多邊形監(jiān)控區(qū)域；監(jiān)控區(qū)域面積計算步驟，通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標， 根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種攝像機監(jiān)控面積計算方法，其特征在于，所述單應矩陣計算步驟中，通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過有效特征點計算單應矩陣。
3.一種攝像機監(jiān)控面積計算系統(tǒng)，其特征在于，包括，單應矩陣計算模塊，用于計算確定三維空間點和二維監(jiān)控畫面點的對應關系的單應矩陣；有效監(jiān)控區(qū)域獲取模塊，用于獲得監(jiān)控區(qū)域中的有效多邊形監(jiān)控區(qū)域； 監(jiān)控區(qū)域面積計算模塊，用于通過單應矩陣計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標，根據(jù)多邊形監(jiān)控區(qū)域的各頂點空間坐標計算有效多邊形監(jiān)控區(qū)域面積。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種攝像機監(jiān)控面積計算系統(tǒng)，其特征在于，所述單應矩陣計算模塊，用于通過提取的特征點反推計算標定模板面積誤差，當面積誤差低于0. 5%時選取的特征點為有效特征點，通過有效特征點計算單應矩陣。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種攝像機監(jiān)控面積計算方法及系統(tǒng)。該方法包括如下步驟首先對待測的監(jiān)控圖像進行預處理，圈定識別的區(qū)域范圍并且去除無效部分，得到需要計算的有效的監(jiān)控區(qū)域。通過模型利用平面測量原理，計算得到三維空間平面點的坐標和二維圖像上對應坐標的單應關系，獲得待計算的多邊形區(qū)域面積的頂點坐標；最后根據(jù)三維空間多邊形面積計算方法計算監(jiān)控區(qū)域有效面積。本發(fā)明不需要人工測量面積就可以實現(xiàn)計算機動態(tài)的進行多邊形面積測量，并且采用的平面測量技術簡單易行，通過模板的精確標定，特別是對特征點提取的有效性進行判斷，減少了計算和功能實現(xiàn)方面的冗余度和復雜度，計算誤差小，易于實現(xiàn)。
文檔編號H04N7/18GK102279974SQ20111011252
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權日2011年4月29日
發(fā)明者夏令, 尹彪, 曾進, 董寶田, 謝征宇 申請人:北京交通大學