一种利用多目摄像头检测运动目标的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用多目摄像头检测运动目标的装置及方法，包括4个摄像头，分别为中心摄像头C0，摄像头C1～C3以及控制系统，通过摄像头C1～C3以检测目标是否存在；检测到目标后，输出脉冲至摄像头C0，C0将对目标成像；摄像头通过球坐标系成像，将空间信息映射至球坐标系，并计算穿过平面上一点的切平面的方程；之后在空间球坐标系里形成目标物体到小眼的圆锥投影，然后计算得到椭圆投影面积S，得出目标椭圆成像结果；本发明专利技术降低了检测难度和复杂度。

【技术实现步骤摘要】
一种利用多目摄像头检测运动目标的装置及方法
本专利技术涉及一种利用多目摄像头检测运动目标的方法，属于仿生学、目标检测和视频图像处理等交叉

技术介绍
近年来，运动目标检测作为运动目标识别和跟踪的基础，是计算机视觉领域热门研究问题，在视频监控、机器人技术、增强现实等场景中有着广泛的应用，而基于仿生学的检测方法的研究具有重大理论意义和应用价值。随着我国在经济和科技等方面的不断发展与进步，对视频或图像中目标的检测成为了人工智能、计算机视觉领域研究的重要内容。例如在无人驾驶场景中，通过借鉴苍蝇复眼的物理结构研发了仿生复眼检测系统，其在运动目标检测和跟踪方面具有独特的优势：体积小、视野大、对运动目标敏感。在识别到车前的行人车辆和障碍物时，通过计算判断是否需要刹车来避开危险，此检测系统在某些情况下的安全性及可靠性优于传统的雷达刹车系统，该项技术的发展使得无人驾驶有了进一步的突破。与静态目标检测相比，运动对象的跟踪和多维数据处理会更加复杂，如何在高速运动中精确地检测目标是该项技术的关键。传统的运动目标检测方法主要有两种，一种是帧间差分法，其检测速度较快，但缺点是无法实现运动补偿，会导致摄像头移动时检测精度降低。另一种是利用可见光系统以“3-2-3”模式处理图像，将实际的空间信息从3D变为2D，当检测动态目标时，将2D信息转换为3D以重新显示目标。但这种“3-2-3”转换模式的缺点是计算量大，实时性低，精度差。目前对仿生复眼的研究主要集中在复眼的光学系统开发和复眼成像技术上，信息提取和运动目标检测技术相对来说并不成熟。在复杂环境背景下，如背景多变、目标易被遮挡、存在阴影干扰、天气复杂，以及摄像头角度和高度不同导致目标出现形变等干扰对检测准确性和精确性提出了挑战。由上可见，在保证实时跟踪检测目标和克服复杂环境干扰的前提下，如何降低检测方法数据处理的计算量及提高检测精度是运动目标检测的难点所在。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种利用多目摄像头检测运动目标的装置及方法，是通过仿生复眼构造的多目摄像头进行图像采集，增大视野范围并设计一种检测目标的成像方法以加快数据处理速度和提高运动目标识别的准确性，解决了单目摄像头检测目标时视角受限的问题。技术方案：为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种利用多目摄像头检测运动目标的装置，包括4个摄像头，分别为中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3以及控制系统，所述中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3均与控制系统连接；所述摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3沿中心摄像头C0周向分布，所述中心摄像头C0为基于苍蝇复眼的摄像头；控制系统包括信号处理器、现场可编程门阵列、复眼摄像头控制电路，其中，所述信号处理器用于产生控制信号，所述现场可编程门阵列在控制信号的作用下驱动复眼摄像头控制电路，所述复眼摄像头控制电路根据控制信号控制摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3转动，对摄像头摄像区域监控；当至少摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3中的一个摄像头检测到目标时，输出一个脉冲，收到脉冲后通过复眼摄像头控制电路控制中心摄像头C0对目标成像。优选的：所述摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3沿中心摄像头C0周向均匀分布。一种采用所述利用多目摄像头检测运动目标的装置的检测运动目标的方法，解决了单目摄像头检测目标时视角受限的问题。该方法首先启动摄像头C1～C3，在硬件系统的驱动下C1～C3被控制转动，监控到多个方向，获得大面积区域的视角，以检测目标是否存在；接着在检测到目标后，输出脉冲至中心摄像头C0，C0将对目标成像；摄像头通过球坐标系成像，将空间信息映射至球坐标系，并计算穿过平面上一点的切平面的方程；之后在空间球坐标系里形成目标物体到小眼的圆锥投影，由割线平面的方程与切平面方程得出两平面之间的夹角θ，判断是否满足0°≤θ＜90°，满足时能形成目标平面上的圆形或椭圆形投影；接着当截面平面穿过圆锥顶点或不穿过圆锥顶点时，计算出锥顶顶角φ，判断是否满足φ≤θ，若满足则小眼能成像，且已知φ和l1，计算得到椭圆投影面积S，得出目标椭圆成像结果；不满足时，重新检测目标，具体包括以下步骤：步骤1)，通过控制系统控制控制摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3转动，对摄像头摄像区域监控；步骤2)，中心摄像头C0根据步骤1)中摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3的检测结果决定是否启动，若收到摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3中一个摄像头输出的确认脉冲，获得目标确实存在及目标所在位置的信息，中心摄像头C0开始工作，将对目标成像，没有收到脉冲时中心摄像头C0待机；步骤3)，中心摄像头C0将空间信息映射至球坐标系，并以球坐标成像，设置一个以小眼中心为球心的一个球面W，表示为：x2+y2+z2＝L2，(0,0,0)即原点表示球心，L表示目标物体与复眼的距离；所述球面的x轴与中心摄像头C0竖直方向垂直且正轴指向前方，y轴与中心摄像头C0竖直方向平行且正轴指向左侧，z轴与中心摄像头C0竖直方向垂直且正轴指向上方；根据穿过球面上一点P(x′,y′,z′)将球面方程进行改写；步骤4)，从外部的目标物体汇聚到内部小眼的一点，在空间球坐标系里形成圆锥投影，所述圆锥投影有两种情况，当圆锥面与球面相切时，称为切线圆锥投影，相切处的平面为切平面；当圆锥面与球面间相割时，称为割线圆锥投影，相割处的平面为割线平面；计算割线平面与切平面间的夹角θ，若0°≤θ＜90°，则能形成目标平面上的圆形或椭圆形投影；步骤5)判断目标平面与圆锥体相交的线的情况，当截面平面穿过圆锥顶点或不穿过圆锥顶点时，计算出锥顶顶角φ，根据步骤4)中的割线平面与切平面间的夹角θ判断是否满足φ≤θ，若满足则小眼能成像，根据割线平面与切平面间的夹角θ、锥顶顶角φ、割线平面和轴相交的交点到圆锥顶点的距离l1计算得到椭圆投影面积S，得出目标椭圆成像结果；不满足时，重新检测目标。优选的：所述步骤3)具体如下：步骤31)，建立球面坐标系中的复眼成像模型，设置球面W为x2+y2+z2＝L2，x轴与摄像头C0竖直方向垂直且正轴指向前方，y轴与C0竖直方向平行且正轴指向左侧，z轴与C0竖直方向垂直且正轴指向上方；步骤32)，确定目标所在的平面，计算投影过程中目标物体与复眼的距离L；步骤33)，设置在球面W上的一点为P(x′,y′,z′)，得到穿过点P的切面平面的方程，(ux)P(x-x′)+(uy)P(y-y′)+(uz)P(z-z′)＝0，其中，ux是球面W在x轴上的微分系数，uy是球面W在y轴上的微分系数，uz是球面W在z轴上的微分系数，()P表示在点P处；步骤34)，穿过球面上一点P(x′,y′,z′)切平面的法向量ux、uy及uz的计算公式分别为其中，u(x,y,z)是球面上的点满足的曲面方程，即u(x,y,z)＝x2+y2+z2-L2。优选的：所述步骤4)具体如下：步骤41)，形成从实际目标物体到单个小眼的圆锥投影，判断圆锥面与球面是否为相切，为相切关系时形成切线圆锥投影，反之为割线圆锥投影，所述的相切是相割的一种特殊情况；步骤42)，以视点为球体的中心，并以半径为轴按一定的角度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用多目摄像头检测运动目标的装置，其特征在于，包括4个摄像头，分别为中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3以及控制系统，所述中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3均与控制系统连接；所述摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3沿中心摄像头C0周向分布，所述中心摄像头C0为基于苍蝇复眼的摄像头；控制系统包括信号处理器、现场可编程门阵列、复眼摄像头控制电路，其中，所述信号处理器用于产生控制信号，所述现场可编程门阵列在控制信号的作用下驱动复眼摄像头控制电路，所述复眼摄像头控制电路根据控制信号控制摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3转动，对摄像头摄像区域监控；当至少摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3中的一个摄像头检测到目标时，输出一个脉冲，收到脉冲后通过复眼摄像头控制电路控制中心摄像头C0对目标成像。

【技术特征摘要】
1.一种利用多目摄像头检测运动目标的装置，其特征在于，包括4个摄像头，分别为中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3以及控制系统，所述中心摄像头C0、摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3均与控制系统连接；所述摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3沿中心摄像头C0周向分布，所述中心摄像头C0为基于苍蝇复眼的摄像头；控制系统包括信号处理器、现场可编程门阵列、复眼摄像头控制电路，其中，所述信号处理器用于产生控制信号，所述现场可编程门阵列在控制信号的作用下驱动复眼摄像头控制电路，所述复眼摄像头控制电路根据控制信号控制摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3转动，对摄像头摄像区域监控；当至少摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3中的一个摄像头检测到目标时，输出一个脉冲，收到脉冲后通过复眼摄像头控制电路控制中心摄像头C0对目标成像。2.根据权利要求1所述利用多目摄像头检测运动目标的装置，其特征在于：所述摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3沿中心摄像头C0周向均匀分布。3.一种采用权利要求1或2所述利用多目摄像头检测运动目标的装置的检测运动目标的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)，通过控制系统控制控制摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3转动，对摄像头摄像区域监控；步骤2)，中心摄像头C0根据步骤1)中摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3的检测结果决定是否启动，若收到摄像头一C1、摄像头二C2、摄像头三C3中一个摄像头输出的确认脉冲，获得目标确实存在及目标所在位置的信息，中心摄像头C0开始工作，将对目标成像，没有收到脉冲时中心摄像头C0待机；步骤3)，中心摄像头C0将空间信息映射至球坐标系，并以球坐标成像，设置一个以小眼中心为球心的一个球面W，表示为：x2+y2+z2＝L2，(0，0，0)即原点表示球心，L表示目标物体与复眼的距离；所述球面的x轴与中心摄像头C0竖直方向垂直且正轴指向前方，y轴与中心摄像头C0竖直方向平行且正轴指向左侧，z轴与中心摄像头C0竖直方向垂直且正轴指向上方；计算穿过球面上一点P(x′，y′，z′)切平面的法向量步骤4)，从外部的目标物体汇聚到内部小眼的一点，在空间球坐标系里形成圆锥投影，所述圆锥投影有两种情况，当圆锥面与球面相切时，称为切线圆锥投影，相切处的平面为切平面；当圆锥面与球面间相割时，称为割线圆锥投影，相割处的平面为割线平面；计算割线平面与切平面间的夹角θ，若0°≤θ＜90°，则能形成目标平面上的圆形或椭圆形投影；步骤5)判断目标平面与圆锥体相交的线的情况，当截面平面穿过圆锥顶点或不穿过圆锥顶点时，计算出锥顶顶角φ，根据步骤4)中的割线平面与切平面间的夹角θ判断是否满足φ≤θ，若满足则小眼能成像，根据割线平面与切平面间的夹角θ、锥顶顶角φ、割线平面和轴相交的交点到圆锥顶点的距离l1计算得到椭圆投影面积S，得出目标椭圆成像结果；不满足时，重新检测目标。...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊礼亮，岳文静，陈志，朱正天，徐秋石，周传，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32