CN103747207A - 基于视频监控网络的定位与追踪方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于视频监控网络定位与追踪方法，包括：获取各视频监控设备的地理坐标；以各视频监控设备为中心，根据监控范围，建立视频监控网络的空间坐标系；选择特征点进行测绘，获取特征点的地理坐标，并对应特征点在视频监控设备的成像矩阵中的像素值；以上述特征点为控制点，进行投影变换与坐标转换，使成像矩阵中的其他地面像素点具有相应地理坐标值；当目标出现在监控范围时，通过获取目标所在像素点坐标，并结合环境周边关系，换算出目标的地理坐标；通过调取目标在视频监控网络中不同帧的地理坐标，形成目标的移动轨迹。本发明可以快速的定位与追踪目标的移动轨迹，有效的利用了城市的已有的资源，输出更加准确的目标的行动路线。
Description
技术领域
本发明涉及视频监控技术领域，尤其涉及一种基于视频监控网络的定位与追踪方法。
背景技术
视频监控网络在城市安全方面发挥了重要作用，动态的视频图像中有丰富的运动信息，而视频图像运动分析的目的就是找出视频图像中的行人、车辆等运动目标，并对此目标进行识别、跟踪，该视频图像运动分析技术在视频监控、智能交通等领域应用广泛。
但基于视频监控网络的定位应用相对较少，尤其是精确的定位。而目前的精确定位的方式，主要是通过GPS或手机定位等，而该类方式是属于被动定位方式，一般需要被定位者的配合才能进行。
因此，设计出一种基于已有的视频监控网络而形成的具有主动性、普及型强的定位与追踪的方法则成为视频监控领域，尤其是城市安全方面的一个新的关注点。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于视频监控网络定位与追踪方法，用于对目标进行主动定位，无需目标对象的配合，且基于城市已有的视频监控设备即可轻松实现。
本发明的基于视频监控网络定位与追踪方法，用于利用视频监控设备对目标进行主动定位与追踪，包括如下步骤：(1)通过测绘获取各视频监控设备的地理坐标；
(2)以所述各视频监控设备为中心，根据各视频监控设备的监控范围，建立所述视频监控网络的空间坐标系；
(3)选择所述监控范围中的特征点，进行测绘，获取所述特征点的地理坐标，并对应所述特征点在视频监控设备的成像矩阵中的像素值；
(4)以上述特征点为控制点，进行投影变换与坐标转换，使所述成像矩阵中的其他地面像素点具有相应地理坐标值；
(5)当所述目标出现在所述监控范围时，通过获取所述目标所在像素点坐标，并结合环境周边关系，换算出所述目标的地理坐标；
(6)通过调取所述目标在视频监控网络中不同帧的地理坐标值，形成目标的移动轨迹。
优选地，所述测绘所采用的仪器包括三维激光扫描仪、水准仪、经纬仪、全站仪、GPS手持机、超站仪、陀螺仪、求积仪、钢尺、秒表中的一种或多种的组合。
优选地，所述监控范围包括设备本身的可辨识距离、或有效辨识距离。
优选地，所述地理坐标记录为（经度，纬度），所述像素值记录为（行数，列数）。
优选地，在步骤(6)中，还包括输出不同帧的截图。
优选地，输出的截图的方式包括：手动选择输出、自动输出所述目标清晰的截图、自动输出所述地理坐标清晰的截图。
在本发明中，通过对视频监控设备及其监控范围内的特征点进行测绘，并结合坐标转换，最终将监控视频中的图像与实际的地理坐标相对应，可以快速的定位与追踪目标的移动轨迹，有效的利用了城市的已有的资源，输出更加准确的目标的行动路线。
附图说明
图1是本发明中基于视频监控网络定位与追踪方法的流程示意图。
图2是本发明中视频监控网络的空间坐标系在理想状态下的示意图。
图3是将特征点的坐标与像素值相对应的流程示意图。
图4是本发明所引用的世界坐标系与像坐标系的变化关系的示意图。
具体实施方式
如图1所示，为本发明中基于视频监控网络定位与追踪方法，可以对目标进行主动的定位及追踪。
具体而言，包容如下步骤：
在步骤S101中，通过测绘获取各视频监控设备的地理坐标。
其中，测绘的仪器包括三维激光扫描仪、水准仪、经纬仪、全站仪、GPS手持机、超站仪、陀螺仪、求积仪、钢尺、秒表等。地理坐标主要是指经度与纬度。
在步骤S102中，以各个视频监控设备为中心，根据监控范围，建立视频监控网络的空间坐标系。
以图2的视频监控网络的空间坐标系为例，比如，视频监控设备A的地理坐标为（X0，Y0），其监控范围的半径r=10米。在本实施例中，监控范围一般是指设备本身可辨识的距离，也可以选择为有效辨识距离，即，因安装位置、障碍物等因素而形成不规则形状的监控范围。
在步骤S103中，选择监控范围中的特征点，进行测绘，获取其地面部分的地理坐标，并对应其在视频监控设备的成像矩阵中的像素值。
其中，视频监控设备采集的图像在计算机中可以存储为数组（即成像矩阵），数组中的每个元素（像素，pixel）的值即是图像点的亮度，在成像矩阵中可以通过行数ROW与列数COLUMN来确定。
具体而言，请结合图2的视频监控网络的空间坐标系与图3的特征点坐标与像素值相对应的流程图所示，包括：
S301，在视频监控设备A的监控范围内选择特征点，如选择建筑B与路口C；
S302，对上述特征点进行测绘，得到建筑B的地理坐标为（Xb，Yb），路口C的地理坐标为（Xc，Yc）；
S303，获取建筑B在成像矩阵中的像素值（Rb，Cb），获取路口C在成像矩阵中的像素值（Rc，Cc）；
S304中，将建筑物B的位置记录为（Xb，Yb），（Rb，Cb）；将路口C的位置记录为（Xc，Yc），（Rc，Cc）。
应当说明的是：以上图2与图3对于特征点的选择是以2个为例来说明位置的记录方式，但实际应用中，一般应在4个及以上，并尽量分散分布在同一帧监控画面的四周，以便在后续转换过程中几何变形最小。
在步骤S104中，以上述特征点为控制点，进行投影变换与坐标转换，从而使所述成像矩阵中的其他地面像素点（道路、广场等）具有相应地理坐标值。
其中投影变换与坐标转换的具体计算方式，可参照《世界坐标系与像坐标系的变化关系》等文章，核心部分如图4所示，以位于成像平面的点P为例，其中O为视频监控设备A的光心，Xc轴与Yc轴与成像平面坐标系的X轴、Y轴平行，Zc轴为视频监控设备的光轴，与图像平面垂直，点Pc为实际存在的点。光轴与图像平面的交点为图像主点O′，世界坐标系由Xθ、Yθ与Zθ轴构成。转换方式概述为：(1)将成像平面（pixel coordinate system）增加物理单位度量，转换为成像平面坐标系（Retinal coordinate system）;(2)由视频监控设备Ａ的光心处Ｏ为圆心、与XC、YC、YC轴计算出视频监控的坐标系（又称摄像机坐标系，camera coordinate system）；(3)通过旋转3X3的正交单位矩阵R与3维平移向量t将视频监控的坐标系转换成世界坐标系（world coordinatesystem）。其中，透视投影是最常见的成像模型，用于上述视频监控的坐标系转换成世界坐标系的投影变换。由于相关投影转换及坐标转换的方式较多，在此不再详细赘述。
在步骤S105中，当目标出现在监控范围时，通过获取其所在像素点坐标，并结合环境周边关系，换算出其实际地理坐标。
在步骤S106中，通过调取目标在视频监控网络中不同帧的地理坐标值，形成目标的移动轨迹。
在本实施方式中，还可以输出不同帧的截图，其中输出的截图可以手动输出或自动输出。其中手动输出可以根据选择者的意愿进行暂停与选择，自动输出可以设定为输出所述目标清晰的截图、所述地理坐标清晰的截图，以应对不同的定位与追踪需求。
在本发明中，通过对视频监控设备及其监控范围内的特征点进行测绘，并结合坐标转换，最终将监控视频中的图像与实际的地理坐标相对应，可以快速的定位与追踪目标的移动轨迹，有效的利用了城市的已有的资源，输出更加准确的目标的行动路线。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于视频监控网络定位与追踪方法，用于利用视频监控设备对目标进行主动定位与追踪，其特征在于，包括如下步骤：
(1)通过测绘获取各视频监控设备的地理坐标；
(2)以所述各视频监控设备为中心，根据各视频监控设备的监控范围，建立所述视频监控网络的空间坐标系；
(3)选择所述监控范围中的特征点，进行测绘，获取所述特征点的地理坐标，并对应所述特征点在视频监控设备的成像矩阵中的像素值；
(4)以上述特征点为控制点，进行投影变换与坐标转换，使所述成像矩阵中的其他地面像素点具有相应地理坐标值；
(5)当所述目标出现在所述监控范围时，通过获取所述目标所在像素点坐标，并结合环境周边关系，换算出所述目标的地理坐标；
(6)通过调取所述目标在视频监控网络中不同帧的地理坐标值，形成目标的移动轨迹。
2.如权利要求1所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，所述测绘所采用的仪器包括三维激光扫描仪、水准仪、经纬仪、全站仪、GPS手持机、超站仪、陀螺仪、求积仪、钢尺、秒表中的一种或多种的组合。
3.如权利要求1所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，所述监控范围包括设备本身的可辨识距离、或有效辨识距离。
4.如权利要求1所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，所述地理坐标记录为（经度，纬度），所述像素值记录为（行数，列数）。
5.如权利要求1所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，在步骤(4)中，所述控制点的数量大于等于4。
6.如权利要求1所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，在步骤(6)中，还包括输出不同帧的截图。
7.如权利要求6所述的基于视频监控网络定位与追踪方法，其特征在于，输出的截图的方式包括：手动选择输出、自动输出所述目标清晰的截图、自动输出所述地理坐标清晰的截图。
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