CN103310442B - 基于多频信息融合的智能定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多频信息融合的智能定位系统及其定位方法，智能定位系统包括分布于监控区域内的多个带有可控云台的电动三可变CCD像机，CCD像机与终端相通信，每个待监测对象上携带有电子标签，监控区域边界设置多个无线传感器，无线传感器采集电子标签的数据信息，同时每个无线传感器与终端相通信，终端根据所获得的数据信息对待监测对象进行位置跟踪。本发明对拍摄的数据进行信息分析、融合，达到准备定位跟踪的目的。

Description

基于多频信息融合的智能定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种智能定位系统,尤其是涉及一种可以应用于复杂场合中对多个目标的实时监测、定位，能够自动寻找待监测目标具体方位并监视的定位系统,属于计算机图象自动处理技术领域。

背景技术

在很多场所的视频监控中，由于待监测物体的行踪随机性较大，活动范围广以及现场环境复杂，很难做到待监测物体始终被摄像机视野所覆盖，如果安装多个摄像头，可以解决视野限制，但是由于物体的随机运动和环境所限，很难做到多个摄像头协调工作，自动切换跟踪目标，同时利用单目像机无法进行精确定位。

目前国内尚无良好的解决方案，大多都是对现场地图建模，并记录所有摄像头坐标，运用图像处理技术通过摄像头发现目标，再匹配至地图模型中得到大致方位，当目标周围背景复杂或者移动随机性较大时，无法保证良好的跟踪效果。

发明内容

本发明目的在于提供一种智能监控定位系统，可以实现对目标物体在周围背景复杂或者移动随机性较大时的良好跟踪。

为解决上述技术问题，本发明是采取以下的技术方案实现的：

一种基于多频信息融合的智能定位系统，其特征在于：包括分布于监控区域内的多个带有可控云台的电动三可变CCD像机，CCD像机与终端相通信，每个待监测对象上携带有电子标签，监控区域边界设置多个无线传感器，无线传感器采集电子标签的数据信息，同时每个无线传感器与终端相通信，终端根据所获得的数据信息对待监测对象进行位置跟踪。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统，其特征在于：所述云台转动包括水平偏转P和垂直俯仰T两个自由度。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统，其特征在于：还包括固定在每个像机上的音频接收装置和扬声器。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）在终端建立监控区域地图模型，记录所有像机和无线传感器位置信息；

2）无线传感器接收电子标签发射的无线信号，对监测对象进行定位并将位置信息送至终端；

3）根据不同位置，终端自动选定视野范围较好的像机对目标进行跟踪；

4）将监控区域坐标系(X,Y)与像机转动自由度坐标(P,T)融合，通过坐标融合公式计算出距离目标最近的预置位(p,t)，目标进行跟踪、调焦抓拍和特征提取；

5）当目标运动接近图像视野边缘处，或且云台即将到达转动极限时，对目标的跟踪效果将会变差，停用该像机，终端根据位置信息选择下一个视野较好的像机，实现接力跟踪。

前述基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤3）中，包括以下步骤：

31）每部像机均设定固定的若干预置位置(p₁,t₁)…(p_n,t_n)，并使所有的预置位覆盖该像机的全部视野；

32）在系统初始化阶段，每部像机对自己所有预置位置内场景建立背景模型；

33）选择视野范围内较好的像机进行跟踪拍摄。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤33）中，选择视野范围内较好的像机的方法为：

331）根据监控区域平面图，拟合外接矩形T作为二维坐标图，矩形T宽为w，高为h，令该矩形一个顶角为坐标原点O，两条相交的矩形边分别为X轴和Y轴，标定监控区域，使得整个监控区域都在坐标系XOY中，矩形区域以点集的形式表示为：

R={(x,y)|0<x<w,0<y<h}

设集合R_f为监控区域边界以外的点集，R_c为监控区域内障碍物、遮挡物等监控对象无法到达的区域，则监控区域表示为：

A=R-R_f-R_c

每个像机视野范围表示为：

$C_n=\left\{(x,y)\right|a_{1n}<x_n<a_{2n},b_{1n}<y_n<b_{2n},(x,y)\&NotElement;R_c\}$

其中a_1n、a_2n表示像机在区域R中x轴方向上的视野范围，b_1n，b_2n表示像机在区域R中y轴方向上的视野范围。

332）调用像机，包括步骤如下：

a）得到各监控对象坐标(x₁,y₁)…(x_k,y_k)；

b）分别打开视野范围内包含各监控对象坐标的像机(x_k,y_k)∈C_n；

c）评价第n台像机对第k个目标的视野范围的评价值F_nk为：（n就是第n台像机）

$F_{\mathrm{nk}}=\sqrt{{[(a_{2n}-x_k)-(x_k-a_{1n})]}^2+{[(b_{2n}-y_k)-(y_k-b_{1n})]}^2}$

$=\sqrt{{(a_{2n}+a_{1n}-{2x}_k)}^2+{(b_{2n}+b_{1n}-{2y}_k)}^2}$

当F_nk越小，表示该像机对于该目标跟踪的范围越大，则第k个目标对应得到一组被监控像机的评价向量f_k=(F_1k,F_2k…F_nk)；

d）利用评价向量对像机与目标进行调节，当目标A出现在监控区域中，而覆盖A视野的像机被其余监控目标占用时，调用每个像机当前对其监控目标的评价向量，选择评价值大的m部像机，调用作为A的跟踪像机。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤4）中，监控区域坐标系与像机转动自由度坐标系融合的过程为：假设被选中用于跟踪的像机位置为（x₀、y₀），目标位置为(x,y)，像机高度为H，在笛卡尔坐标系中有如下坐标融合公式：

$t=\arctan \frac{\sqrt{{(x-x_0)}^2+{(y-y_0)}^2}}{H}$

$p=\arctan \frac{y}{x}$

其中t为像机云台垂直方向上转动角度，p为像机云台水平方向上转动角度。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤4）中，通过背景差提取目标图像作为跟踪信息，同时提取目标图像的颜色、纹理、尺寸等信息作为图像跟踪依据，调整云台，使目标出现在像机的正中。

前述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤5）中，停用的跟踪结束的像机返回初始位置。

本发明所达到的有益效果：本发明利用无线定位装置和多摄像头协同工作，通过控制终端处理不同设备的数据信息，进行信息分析、融合，达到准备定位跟踪的目的，适用于包括矿井，军事地区在内的敏感地区的人员监控、贵重物品的保存等，不受能见度影响。

附图说明

图1为场景的俯视图；

图2为目标在定位系统下的坐标(x,y)；

图3为目标在像机坐标系(P,T)下的位置。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明做进一步介绍：

如图1所示，假设监控场景区域在坐标系(X,Y)中，像机a,b,c的视野可以覆盖全部场景，目标运动轨迹从(x_t1,y_t1)至(x_t2,y_t2)。

当目标出现在(x_t1,y_t1)时，通过判断该场景内每个像机对该目标的视野评价向量，选中监视效果最好的像机a。同时目标通过定位标签获得的场景坐标信息如图2所示。图3所示为像机a相对于目标的位置情况，当该像机被确定作为跟踪像机使用时，通过目标位置信息(x_t1,y_t1)来得到包含该视野的像机预置位，随后转动像机至该预置位，提取目标特征信息，进行图像跟踪，同时通过坐标融合公式实时矫正像机转动位置。当图像跟踪失效，可以依靠定位标签提供的位置信息纠正错误。当目标向(x_t2,y_t2)移动时，通过视野评价向量可得，a像机对目标的跟踪效果变差，像机b的跟踪效果变好。满足一定阈值条件，关闭像机a，转为b继续跟踪。

Claims (4)

1.基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，所述基于多频信息融合的智能定位系统,包括分布于监控区域内的多个带有可控云台的电动三可变CCD相机，CCD相机与终端相通信，每个待监测对象上携带有电子标签，监控区域边界设置多个无线传感器，无线传感器采集电子标签的数据信息，同时每个无线传感器与终端相通信，终端根据所获得的数据信息对待监测对象进行位置跟踪，其特征在于，包括以下步骤：

1)在终端建立监控区域地图模型，记录所有相机和无线传感器位置信息；

2)无线传感器接收电子标签发射的无线信号，对监测对象进行定位并将位置信息送至终端；

3)根据不同位置，终端自动选定视野范围较好的相机对目标进行跟踪；

4)将监控区域坐标系(X,Y)与相机转动自由度坐标(P,T)融合，通过坐标融合公式计算出距离目标最近的预置位(p,t)，对目标进行跟踪、调焦抓拍和特征提取；

5)当目标运动到图像视野之外，且云台到达转动极限时，停用该相机，终端根据位置信息选择下一个视野较好的相机，实现接力跟踪。

在所述步骤3)中，包括以下步骤：

31)每部相机均设定固定的若干预置位置(p₁,t₁)…(p_n,t_n)，并使所有的预置位覆盖该相机的全部视野；

32)在系统初始化阶段，每部相机对自己所有预置位置内场景建立背景模型；

33)选择视野范围内较好的相机进行跟踪拍摄,

在所述步骤33)中，选择视野范围内较好的相机的方法为：

331)根据监控区域平面图，拟合外接矩形T作为二维坐标图，矩形T宽为w，高为h，令该矩形一个顶角为坐标原点O，两条相交的矩形边分别为X轴和Y轴，标定监控区域，使得整个监控区域都在坐标系XOY中，矩形区域以点集的形式表示为：

R＝{(x,y)|0＜x＜w,0＜y＜h}

设集合R_f为监控区域边界以外的点集，R_c为监控区域内障碍物、遮挡物监控对象无法到达的区域，则监控区域表示为：

A＝R-R_f-R_c

第n个相机视野范围表示为：

其中a_1n、a_2n表示相机在区域R中x轴方向上的视野范围，b_1n，b_2n表示相机在区域R中y轴方向上的视野范围。

332)调用相机，包括步骤如下：

a)得到各监控对象坐标(x_1,y₁)…(x_k,y_k)；

b)分别打开视野范围内包含各监控对象坐标的相机(x_k,y_k)∈C_n；

c)评价第n台相机对第k个目标的视野范围的评价值F_nk为：

当F_nk越小，表示该相机对于该目标跟踪的范围越大，则第k个目标对应得到一组被监控相机的评价向量f_k＝(F_1k,F_2k…F_nk)，n表示第n台相机；

d)利用评价向量对相机与目标进行调节，当目标A出现在监控区域中，而覆盖A视野的相机被其余监控目标占用时，调用每个相机当前对其监控目标的评价向量，选择评价值大的m部相机，调用作为A的跟踪相机。

2.根据权利要求1所述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤4)中，监控区域坐标系与相机转动自由度坐标系融合的过程为：假设被选中用于跟踪的相机位置为(x₀、y₀)，目标位置为(x,y)，相机高度为H，在笛卡尔坐标系中有如下坐标融合公式：

其中t为相机云台垂直方向上转动角度，p为相机云台水平方向上转动角度。

3.根据权利要求1或2所述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤4)中，通过背景差提取目标图像作为跟踪信息，同时提取目标图像的颜色、纹理、尺寸信息作为图像跟踪依据，调整云台，使目标出现在相机的正中。

4.根据权利要求1所述的基于多频信息融合的智能定位系统的定位方法，其特征在于：在所述步骤5)中，停用的跟踪结束的相机返回初始位置。