本发明专利技术提供一种应用于视频监控系统中的定位地面目标的方法，该方法利用地平面约束，将监控网络划分为规模较小的子网络，对子网络建立局部参考坐标系，设置地面参考点，利用各摄像机节点和地平面的投影关系，由目标图像位置的观测值计算出地面坐标。该方法无需精确测量摄像头的角度、位置等参数；只依赖局部地平面约束，可用于大部分使用固定摄像头的监控系统，尤其是广场、街道等常见应用场景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于视频监控
，特别涉及。
技术介绍
在视频监控研究领域中，运动目标在地面上的实时位置是异常行为检测、摄像机协同等高层应用的有效辅助信息；由摄像机阵列捕获到的目标图像确定对应的目标地面位置是一项重要研究内容。到目前，大部分已投入实用的视频监控系统采用单个固定摄像机监视模式，此条件下，现有的一类基于摄像机测量的定位方法，要求在安装时精确测量出每台摄像机的位置、角度等参数，根据图像上目标相对光轴的偏移量定位目标。对装备了大量摄像机的监控网络，该方法在实际测量操作上有一定局限性，不仅测量不方便且难以进行精确测量。另一类定位方法使用激光或红外测距传感器主动测量深度信息辅助定位，成本较高，难以大规模实用。许多应用场景，如广场、街道，在一定范围内的地面较平整，形状近似为平面；目标位于地面上，具有目标约束在地平面的内在、不变的结构化特征；而地平面和摄像机之间存在投影关系。利用此特点，可通过对摄像机网络进行网络划分，使同一子网络区域的摄像机对应同一定位地平面，测量区域基准点地理坐标以初步定位子网络；对每个子区域的各摄像机，通过在地面设置多个参考点，测量出摄像机坐标系和地面坐标系的投影关系矩阵，进而将目标图像坐标转换为地面坐标，确定目标的地面位置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简便有效的应用于视频监控系统中的定位地面目标的方法；利用场景中目标位于地平面上的外在约束，将摄像机监控网络划分为规模较小的子网络，建立子网络局部地面坐标系，设置地面参考点，在子网络内进行局部直接定位；利用各摄像机节点和地平面的投影关系，由目标图像位置的观测值计算出局部地面坐标，最后用子网络的地理坐标和区域内的局部地面坐标表示目标的真实地面位置。为实现此目的，本专利技术提出的技术方案为，该方法通过划分监控网络和结合基于参考点的单摄像机定位方法实现地面目标定位，其步骤为步骤(1)将监控网络划分成具有统一地平面约束的子网络；步骤( 设置定位子网络的位置基准点，测量出其地理坐标；步骤C3)建立局部地面坐标系，设置地面参考点，测量摄像机坐标系与地面坐标系之间的转换关系；步骤(4)根据步骤(3)的转换关系，将单摄像机摄像头图像上的目标观测位置转换得到目标的局部地面坐标，使用区域地理坐标和局部地面坐标表示目标的真实地面位置；其中，所述的基于參考点的单摄像机定位方法，是通过在监控场景地面上设定參 考点，利用測量到的參考点地面坐标和图像坐标，计算出单摄像机坐标系与地面坐标系之 间的转换关系矩阵；之后，将观测到的目标图像坐标转换为地面坐标；当单摄像机固定吋， 投影变换矩阵是不变、唯一的，其參数可用不少于4个的ー组參考点測量得到。所述步骤(1)中，观测摄像头节点监视区域地面形状分布，将位于同一地平面的 节点划分到同一子网络中；所述步骤O)中，对每个子网络，在其区域地面上选择一点作为子网络的位置基 准点，利用卫星定位工具測量出其地理坐标，并作为局部地面坐标系下的定位參考点；所述步骤(3)中，以子网络的区域地平面为x_y平面建立局部地面坐标系，步骤 (2)的定位參考点为局部地面坐标系原点，地面參考点的图像坐标和地面坐标分别为U， y)和(X，Y)，两者满足投影变换关系，表达式如公式(1)，其中转换矩阵如公式O)。对N个 地面參考点，得到一组测量方程，表达式如公式(3)，求解此方程得到转换矩阵。权利要求1.，该方法通过划分监控网络和结合基于参考点的单摄像机定位方法实现地面目标定位，其特征在于其步骤为步骤(1)将监控网络划分成具有统一地平面约束的子网络；步骤( 设置定位子网络的位置基准点，测量出其地理坐标；步骤C3)建立局部地面坐标系，设置地面参考点，测量单摄像机坐标系与地面坐标系之间的转换关系；步骤⑷根据步骤⑶的转换关系，将单摄像机图像上的目标观测位置转换得到目标的局部地面坐标，使用区域地理坐标和局部地面坐标表示目标的真实地面位置；其中，所述的基于参考点的单摄像机定位方法，是通过在监控场景地面上设定参考点， 利用测量到的参考点地面坐标和图像坐标，计算出单摄像机坐标系与地面坐标系之间的转换关系矩阵；之后，将观测到的目标图像坐标转换为地面坐标；当单摄像机固定时，投影变换矩阵是不变、唯一的，其参数可用不少于4个的一组参考点测量得到。2.根据权利要求1所述的，其特征在于所述步骤(1)中，观测摄像头节点监视区域地面形状分布，将位于同一地平面的节点划分到同一子网络中。3.根据权利要求1所述的，其特征在于所述步骤O)中，对每个子网络，在其区域地面上选择一点作为子网络的位置基准点，利用卫星定位工具测量出其地理坐标，并作为局部地面坐标系下的定位参考点。4.根据权利要求1所述的，其特征在于所述步骤(3)中，以子网络的区域地平面为XY平面建立局部地面坐标系0-ΧΥ，步骤 (2)的定位参考点为局部地面坐标系原点0，地面参考点的图像坐标和地面坐标分别为(X， y)和(X，Y)；设定世界坐标系Ow-XwYwZw WXwYw平面与地面坐标系相同，地面参考点的世界坐标为(Χ，Υ，0)，根据摄像机透视变换原理，可获得图像坐标(x，y)和地面坐标(X，Y)之间的投影变换关系，表达式如公式(1)，其中的各参数组成变换矩阵，如公式O)；对N个地面参考点，得到一组测量方程，表达式如公式(3)，求解此方程得到转换矩阵，确定转换关系；5.根据权利要求1所述的，其特征在于所述步骤中，观测的目标图像位置为目标与地面结合处的中心点的观测值，受地平面约束；由步骤C3)转换矩阵C和目标图像位置观测值(x，y)计算目标地面坐标(X，Y)， 表达式如公式；用步骤( 子网络的地理坐标和计算出的目标局部地面坐标联合表示目标的地面位置；r ν-Γ Γι^ 「厂-Γ ν (4)Qix-QiC32J-C 1"X"[C—-Cc^y-CYC-C^y _上式由公式(1)转换得到阵元素值。(χ，y)为图像坐标，(X，Y)为局部地面坐标，Ci,为转换矩全文摘要本专利技术提供，该方法利用地平面约束，将监控网络划分为规模较小的子网络，对子网络建立局部参考坐标系，设置地面参考点，利用各摄像机节点和地平面的投影关系，由目标图像位置的观测值计算出地面坐标。该方法无需精确测量摄像头的角度、位置等参数；只依赖局部地平面约束，可用于大部分使用固定摄像头的监控系统，尤其是广场、街道等常见应用场景。文档编号G01C11/28GK102359780SQ20111032838公开日2012年2月22日 申请日期2011年10月26日 优先权日2011年10月26日专利技术者王建, 王智灵, 赵宇宙, 郭明玮, 陈宗海 申请人:中国科学技术大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种应用于视频监控系统中的定位地面目标的方法，该方法通过划分监控网络和结合基于参考点的单摄像机定位方法实现地面目标定位，其特征在于：其步骤为：步骤（１）将监控网络划分成具有统一地平面约束的子网络；步骤（２）设置定位子网络的位置基准点，测量出其地理坐标；步骤（３）建立局部地面坐标系，设置地面参考点，测量单摄像机坐标系与地面坐标系之间的转换关系；步骤（４）根据步骤（３）的转换关系，将单摄像机图像上的目标观测位置转换得到目标的局部地面坐标，使用区域地理坐标和局部地面坐标表示目标的真实地面位置；其中，所述的基于参考点的单摄像机定位方法，是通过在监控场景地面上设定参考点，利用测量到的参考点地面坐标和图像坐标，计算出单摄像机坐标系与地面坐标系之间的转换关系矩阵；之后，将观测到的目标图像坐标转换为地面坐标；当单摄像机固定时，投影变换矩阵是不变、唯一的，其参数可用不少于４个的一组参考点测量得到。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈宗海，王智灵，赵宇宙，郭明玮，王建，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：34
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