專利名稱：基于像素的小目標(biāo)定位方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領(lǐng)域，通過固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于像素的小目標(biāo)定位聯(lián)動(dòng)監(jiān)控方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和圖像處理技術(shù)的迅速發(fā)展，為提高安防監(jiān)控能力以加強(qiáng)執(zhí)法力度，需要獲得清晰和準(zhǔn)確的監(jiān)控視頻作為執(zhí)法依據(jù)，各級(jí)用戶對(duì)智能化、準(zhǔn)確化、高清化和可移動(dòng)化的視頻監(jiān)控需求日益提高。長(zhǎng)期以來，視頻監(jiān)控主要局限于固定相機(jī)的固定區(qū)域監(jiān)控，受像素和智能化程度的影響，視頻監(jiān)控具有區(qū)域局限、清晰度低和單一畫面顯示等問題，給監(jiān)控和執(zhí)法取證帶來困難。于是需要一種以動(dòng)靜結(jié)合的監(jiān)控模式實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控目標(biāo)的全景、多視角監(jiān)控和目標(biāo)定位。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于像素的小目標(biāo)定位方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)同一畫面中不同目標(biāo)的監(jiān)控和定位。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案基于像素的小目標(biāo)定位方法，包括以下步驟(I)目標(biāo)捕捉I)視頻掃描固定相機(jī)對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)的指定區(qū)域進(jìn)行掃描監(jiān)控；2)視像經(jīng)過后臺(tái)分析計(jì)算，符合系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警規(guī)則時(shí)自動(dòng)觸發(fā)聲光報(bào)警；3)依據(jù)報(bào)警位置信息，通過固定相機(jī)的全景視頻進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)；4)通過框選工具框選視頻畫面中的重點(diǎn)場(chǎng)景和目標(biāo)，框選操作觸發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的啟動(dòng)；5)通過后臺(tái)計(jì)算獲取框選場(chǎng)景幾何中心位置點(diǎn)坐標(biāo)，并依據(jù)匹配算法，計(jì)算獲取該幾何中心在轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)中的位置，從而獲得云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角；6)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)云臺(tái)方位，變焦獲取框選場(chǎng)景位置的高清視頻；(2)目標(biāo)定位I)通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的視頻調(diào)節(jié)，獲得定位目標(biāo)的完整高清視頻畫面；2)在高清視頻畫面上進(jìn)行圖像輪廓描點(diǎn)，并通過后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，將視頻輪廓點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換為海圖坐標(biāo)，投影到海圖上；3)海圖上的投影位置點(diǎn)通過海圖區(qū)域繪制工具，創(chuàng)建為區(qū)域?qū)ο?，通過計(jì)算該區(qū)域的幾何中心，直接在海圖上獲取該位置的經(jīng)緯度信息；4)通過海圖標(biāo)示功能，對(duì)該位置添加事件圖標(biāo)和說明，方便各級(jí)用戶的查看和共5)通過獲取的目標(biāo)位置經(jīng)緯度信息，設(shè)置攝像機(jī)的對(duì)該目標(biāo)的鎖定監(jiān)控，以了解其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)；
6)向相關(guān)行政部門發(fā)送事件報(bào)告信息。本發(fā)明通過固定相機(jī)為轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)提供給實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確和完整的全景視頻畫面，并在全景視頻畫面中對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的框選，啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)的精確捕捉和定位；轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)則通過相機(jī)像素、焦距和視場(chǎng)等參數(shù)獲得局部目標(biāo)或區(qū)域的位置信息，通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和焦距調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)全景視頻畫面中局部目標(biāo)的高清、放大顯示。


圖I是本發(fā)明的流程框圖；圖2是轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)、固定相機(jī)以及框選目標(biāo)的幾何關(guān)系圖；圖3是攝像機(jī)坐標(biāo)系的示意圖；圖4是圖像坐標(biāo)系的示意圖；
圖5是像素圖像捕捉的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明內(nèi)容作進(jìn)一步說明。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的主要設(shè)備包括固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)，它們都是高清攝像機(jī)，它們都可進(jìn)行夜視模式和可見光模式的調(diào)節(jié)。固定相機(jī)為視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)默認(rèn)的主相機(jī)，保持固定的方位角和固定的視場(chǎng)范圍，不能進(jìn)行相機(jī)位置和視場(chǎng)的任意改變，固定相機(jī)的視頻畫面為所能到達(dá)的全景視頻，還具有以下操作功能(I)視場(chǎng)映射將攝像機(jī)的視場(chǎng)影像以像素的形式對(duì)應(yīng)成相應(yīng)的地理方位和距離，并以此確定影像中每一點(diǎn)的地理方位；(2)目標(biāo)框選通過選景框?qū)σ晥?chǎng)中任意區(qū)域進(jìn)行選取和定位；(3)指令生成選景框的位置信息生成對(duì)應(yīng)的方位指令，產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)能夠識(shí)別的驅(qū)動(dòng)指令；(4)指令傳輸將攝像機(jī)(云臺(tái)和電動(dòng)鏡頭)指令定點(diǎn)傳送給相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)。轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)通過云臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)360°的區(qū)域和目標(biāo)監(jiān)控，它能夠進(jìn)行位置和視場(chǎng)的自定義調(diào)節(jié)，能夠通過變焦對(duì)監(jiān)控目標(biāo)進(jìn)行高清放大顯示，是對(duì)固定相機(jī)監(jiān)控的補(bǔ)充和完善。還具有以下操作功能(I)本地操作通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的云臺(tái)和鏡頭進(jìn)行普通的轉(zhuǎn)動(dòng)和焦距調(diào)整操作；(2)聯(lián)動(dòng)操作I)指令接收接收發(fā)給本攝像機(jī)的指令；2)目標(biāo)定位按照區(qū)域的大小，結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)攝像機(jī)的分辨率、焦距等計(jì)算目標(biāo)區(qū)域的最佳監(jiān)控視場(chǎng)；3)攝像機(jī)驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)到特定的方位和焦距。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明所采用的監(jiān)控系統(tǒng)的操作步驟及功能(I)獲得全景視頻通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)，啟動(dòng)固定相機(jī)進(jìn)行固定區(qū)域的全景視頻掃描，獲取固定區(qū)域的全景視頻畫面，全景視頻畫面可通過監(jiān)控窗口布局模式，進(jìn)行單窗口、多窗口形式的顯
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(2)選定監(jiān)控目標(biāo)在固定相機(jī)的全景視頻畫面中，對(duì)重點(diǎn)目標(biāo)通過固定相機(jī)的畫面縮放功能，進(jìn)行目標(biāo)排查和甄別，對(duì)用戶關(guān)心的，顯示效果不佳的目標(biāo)對(duì)象在全景視頻畫面上通過框選工具進(jìn)行監(jiān)控目標(biāo)選定，通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)和變焦放大顯示其詳細(xì)畫面信息。(3)啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)通過框選工具選定局部監(jiān)控目標(biāo)以后，拖動(dòng)框選區(qū)域至全景視頻畫面以啟動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)視頻攝像機(jī)與固定相機(jī)的視頻聯(lián)動(dòng)，然后釋放鼠標(biāo)，獲得轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)選定目標(biāo)的高清放大視頻窗口。獲得高清視頻畫面后 ，可依據(jù)實(shí)際用戶需求，進(jìn)行圖片抽取，視頻錄制等操作。(4)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)目標(biāo)定位I)確定框選目標(biāo)在固定相機(jī)中的位置；2)建立固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)相對(duì)位置的三維坐標(biāo)空間系；3)通過固定相機(jī)焦距f，固定相機(jī)與水平面的夾角，計(jì)算框選目標(biāo)在固定相機(jī)上的
位置矢量；4)在三維坐標(biāo)系中，計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)相對(duì)于固定相機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度，以及轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)在XOY坐標(biāo)面中的矢量位置；5)基于計(jì)算所得的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和位置移動(dòng)參數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)，捕捉目標(biāo)。其中轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的目標(biāo)大小判定方法如下轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)獲得框選目標(biāo)后，通過變焦獲得框選目標(biāo)的高清視頻畫面，此時(shí)通過固定相機(jī)的焦距f和鏡頭中心到被拍攝物體距離D，計(jì)算獲得監(jiān)控目標(biāo)的大小，其計(jì)算公式如下H=h*D/f計(jì)算拍攝目標(biāo)的水平距離；V=v*D/f計(jì)算拍攝目標(biāo)的垂直距離；其中D :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的鏡頭中心到被拍攝物體距離(幾何中心距離)f :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)焦距h :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的CXD感光靶面水平距離V :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)A的CXD感光靶面水平距離H :被拍攝物體的水平距離V :被拍攝物體的垂直距離如圖I所示，本發(fā)明通過固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)視頻聯(lián)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)基于像素的小目標(biāo)定位方法，以實(shí)現(xiàn)對(duì)同一畫面中不同目標(biāo)的監(jiān)控和定位，具體的計(jì)算機(jī)處理流程如下(I)目標(biāo)捕捉I)視頻掃描固定相機(jī)對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)的指定區(qū)域進(jìn)行掃描監(jiān)控；2)視像經(jīng)過后臺(tái)分析計(jì)算，符合系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警規(guī)則時(shí)自動(dòng)觸發(fā)聲光報(bào)警；3)依據(jù)報(bào)警位置信息，通過固定相機(jī)的全景視頻進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)；4)通過框選工具框選視頻畫面中的重點(diǎn)場(chǎng)景和目標(biāo)，框選操作觸發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的啟動(dòng)；5)通過后臺(tái)計(jì)算獲取框選場(chǎng)景幾何中心位置點(diǎn)坐標(biāo)，并依據(jù)匹配算法，計(jì)算獲取該幾何中心在轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)中的位置，從而獲得云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角；
6)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)云臺(tái)方位，變焦獲取框選場(chǎng)景位置的高清視頻；(2)目標(biāo)定位I)通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的視頻調(diào)節(jié)，獲得定位目標(biāo)的完整高清視頻畫面；2)在高清視頻畫面上進(jìn)行圖像輪廓描點(diǎn)，并通過后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，將視頻輪廓點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換為海圖坐標(biāo)，投影到海圖上；
·
3)海圖上的投影位置點(diǎn)通過海圖區(qū)域繪制工具，創(chuàng)建為區(qū)域?qū)ο?，通過計(jì)算該區(qū)域的幾何中心，直接在海圖上獲取該位置的經(jīng)緯度信息；4)通過海圖標(biāo)示功能，對(duì)該位置添加事件圖標(biāo)和說明，方便各級(jí)用戶的查看和共5)通過獲取的目標(biāo)位置經(jīng)緯度信息，設(shè)置攝像機(jī)的對(duì)該目標(biāo)的鎖定監(jiān)控，以了解其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)；6)向相關(guān)行政部門發(fā)送事件報(bào)告信息。目標(biāo)定位算法過程如下在視頻跟蹤系統(tǒng)中，對(duì)目標(biāo)的捕捉通過框選工具，將目標(biāo)對(duì)象從背景中提取出來，將圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的分割處理，從而得到一幅二值圖像。為了檢測(cè)圖像中所包含的目標(biāo)區(qū)域信息，需要標(biāo)記灰度值為I的像素，然后檢查鄰近像素之間的連通性，將具有連通關(guān)系的像素作為一個(gè)目標(biāo)區(qū)域，提取相關(guān)的特征量。框選目標(biāo)的捕捉通過像素灰度值計(jì)算匹配獲得，幾何中心位置坐標(biāo)的計(jì)算通過建立的攝像機(jī)坐標(biāo)系和圖像坐標(biāo)系間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，利用攝像機(jī)像素、分辨率和焦距的關(guān)系，以獲得興趣目標(biāo)的坐標(biāo)位置。像素點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算寬度尺寸X分辨率=寬度像素；高度尺寸X分辨率=高度像素。如圖2所示，A :固定相機(jī)的位置；B :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的位置；C :框選目標(biāo)幾何中心；al :固定相機(jī)與y方向的夾角，為固定已知參數(shù)；bl :轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)與y方向的夾角，為未知參數(shù)；Cl :固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的相對(duì)位置夾角，為未知參數(shù)。假設(shè)，I)固定相機(jī)與轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)具有相同的Y方向的高度，即AAl=BBl=L ；2)固定相機(jī)與轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)保持一定的位置距離，即AB為固定值；3)固定相機(jī)與轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)對(duì)框選目標(biāo)C的定位中心為框選方格的幾何中心，幾何中心通過固定相機(jī)自動(dòng)對(duì)焦獲取，即保證轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)和固定相機(jī)的成像點(diǎn)重合。幾何算法如下已知參數(shù)如下I)固定相機(jī)與y方向的夾角al ；2)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)具有相同的Y方向的高度L，AAl=BBl=L ；d:AB=AlBl=d在直角三角形AAlC 中AC=AAl/cosal ；AlC=AOsinal=AAl*tgal ；
在直角三角形BBlC中依據(jù)萬能公式，可獲得轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)云臺(tái)在YOZ平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度為
權(quán)利要求
1.基于像素的小目標(biāo)定位方法，其特征是包括以下步驟 (1)目標(biāo)捕捉 1)視頻掃描固定相機(jī)對(duì)視場(chǎng)范圍內(nèi)的指定區(qū)域進(jìn)行掃描監(jiān)控； 2)視像經(jīng)過后臺(tái)分析計(jì)算，符合系統(tǒng)設(shè)定報(bào)警規(guī)則時(shí)自動(dòng)觸發(fā)聲光報(bào)警； 3)依據(jù)報(bào)警位置信息，通過固定相機(jī)的全景視頻進(jìn)行報(bào)警確認(rèn)； 4)通過框選工具框選視頻畫面中的重點(diǎn)場(chǎng)景和目標(biāo)，框選操作觸發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的啟動(dòng)； 5)通過后臺(tái)計(jì)算獲取框選場(chǎng)景幾何中心位置點(diǎn)坐標(biāo)，并依據(jù)匹配算法，計(jì)算獲取該幾何中心在轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)中的位置，從而獲得云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角；· 6)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)云臺(tái)方位，變焦獲取框選場(chǎng)景位置的高清視頻； (2)目標(biāo)定位 1)通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的視頻調(diào)節(jié)，獲得定位目標(biāo)的完整高清視頻畫面； 2)在高清視頻畫面上進(jìn)行圖像輪廓描點(diǎn)，并通過后臺(tái)數(shù)據(jù)處理中心，將視頻輪廓點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換為海圖坐標(biāo)，投影到海圖上； 3)海圖上的投影位置點(diǎn)通過海圖區(qū)域繪制工具，創(chuàng)建為區(qū)域?qū)ο?，通過計(jì)算該區(qū)域的幾何中心，直接在海圖上獲取該位置的經(jīng)緯度信息； 4)通過海圖標(biāo)示功能，對(duì)該位置添加事件圖標(biāo)和說明，方便各級(jí)用戶的查看和共享； 5)通過獲取的目標(biāo)位置經(jīng)緯度信息，設(shè)置攝像機(jī)的對(duì)該目標(biāo)的鎖定監(jiān)控，以了解其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)； 6)向相關(guān)行政部門發(fā)送事件報(bào)告信息。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領(lǐng)域，通過固定相機(jī)和轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于像素的小目標(biāo)定位聯(lián)動(dòng)監(jiān)控方法。包括目標(biāo)捕捉、目標(biāo)定位兩個(gè)步驟，其中目標(biāo)捕捉是通過框選固定相機(jī)的全景視頻來觸發(fā)轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)的啟動(dòng)；目標(biāo)定位是通過轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)獲得定位目標(biāo)的完整高清視頻畫面，進(jìn)行圖像輪廓描點(diǎn)，將視頻輪廓點(diǎn)信息轉(zhuǎn)換為海圖坐標(biāo)，投影到海圖上，海圖上的投影位置點(diǎn)通過海圖區(qū)域繪制工具，創(chuàng)建為區(qū)域?qū)ο?，通過計(jì)算該區(qū)域的幾何中心，直接在海圖上獲取該位置的經(jīng)緯度信息，再通過獲取的目標(biāo)位置經(jīng)緯度信息，設(shè)置攝像機(jī)的對(duì)該目標(biāo)的鎖定監(jiān)控，以了解其實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)。本發(fā)明通過固定相機(jī)為轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)提供全景視頻畫面，由轉(zhuǎn)動(dòng)相機(jī)對(duì)框選目標(biāo)精確捕捉和定位。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102917171SQ20121040547
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月22日
發(fā)明者梅小衛(wèi), 何才豪, 岑貞錦, 陳航偉, 胡哲, 杜濤宇, 張勝慧, 蔣道宇, 周京, 呂共欣, 程利劍 申請(qǐng)人:中國南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司廣州局, 深圳市置辰海信科技有限公司