CN104079868A - 一种单视点视频监控的激光辅助测距装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单视点视频监控的激光辅助测距装置和方法，所述装置包括支架，还包括与支架相连的横支撑，横支撑相对支架旋转，横支撑通过连接轴与激光器、摄像机相连，激光器、摄像机沿横支撑水平滑动，激光器、摄像机相对连接轴旋转。本发明首先将摄像机光轴和激光光轴会聚至目标点并记录调整所需的旋转角度、俯仰角度、基线长度等参数，然后采用基于激光辅助的单视点视频监控系统的目标测距模型给出目标点的距离及坐标。通过这些参数可以精确的计算出目标点的距离和所处位置坐标。本发明测量精度高，能探测距离远，并且计算结果快速、准确，可以满足当前单视点视频监控对目标定位的需求。

Description

一种单视点视频监控的激光辅助测距装置和方法

技术领域

本发明属于视频监控技术领域，具体涉及一种单视点视频监控的激光辅助测距装置和方法。

背景技术

监控系统是安防系统中应用最多的系统之一，视频监控是主流。视频监控是安全防范系统的重要组成部分，它是一种防范能力较强的综合系统。视频监控以其直观、准确、及时和信息内容丰富而广泛应用于众多场合。近年来，随着计算机、网络以及图像处理、传输技术的快速发展，视频监控技术也有了长足的发展。

随着视频监控系统朝着智能监控方向的发展，现有的单一摄像机监控系统也出现一些弊端。其中一项较大的弊端是单一摄像机不能进行目标物体的精确定位，给视频监控的使用者带来诸多不便。例如现阶段的智能行为识别中的越界识别是通过在视频画面上人为的画一道线或曲线，可以识别出物体穿越此界限的行为。该方法虽然简单，但是其判断的标准中含有较强的主观因素和不确定因素，导致监控设备的虚警和漏报行为增多。因此，针对智能监控的更高要求，目标物体的测距成为了一项急需解决的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有摄像机不能精确的给目标定位，提供一种定位精确的单视点视频监控的激光辅助测距装置和方法。

本发明的技术方案是以下述方式实现的：一种适用于单视点视频监控的激光辅助测距方法的装置，包括支架，还包括与支架相连的横支撑，横支撑相对支架旋转，横支撑通过连接轴与激光器、摄像机相连，激光器、摄像机沿横支撑水平滑动，激光器、摄像机相对连接轴旋转。

一种单视点视频监控的激光辅助测距方法，是按照下述方式进行的：

步骤一、确定监控摄像机的主点坐标，初始状态下识别被测目标点；

步骤二、调整摄像机，记录摄像机旋转角度α和光轴面俯仰角γ，或者调整激光器，记录激光器旋转角度β和光轴面俯仰角γ；

步骤三、完成目标点的测距和世界坐标重建

确定目标点到视频监控系统基线的距离L

                  (1)

其中B为摄像机和激光器之间的距离；则目标点的世界坐标为

         (2)。

 

本发明首先将摄像机光轴和激光光轴会聚至目标点并记录调整所需的旋转角度、俯仰角度、基线长度等参数，然后采用基于激光辅助的单视点视频监控系统的目标测距模型给出目标点的距离及坐标。通过这些参数可以精确的计算出目标点的距离和所处位置坐标。本发明测量精度高，能探测距离远，并且计算结果快速、准确，可以满足当前单视点视频监控对目标定位的需求。

附图说明

   图1是本发明的结构示意图。

   图2是本发明的目标测距模型。

   图3是世界坐标系和摄像机坐标系分布类型示意图。

图4是不同空间位置目标点在世界坐标系YOZ平面上的分布情况示意图。

图5不同空间位置的目标物体在摄像机光轴面上的分布情况示意图。

图6是主点的理想位置示意图。

图7是主点通过摄像机标定状态示意图。

图8是激光器调整方式示意图。

图9是摄像机调整方式示意图。

图10是本发明工作流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种单视点视频监控的激光辅助测距装置，包括支架4，还包括与支架4相连的横支撑3，横支撑3相对支架4旋转，横支撑3通过连接轴5与激光器1、摄像机2相连，激光器1、摄像机2沿横支撑3水平滑动，激光器1、摄像机2相对连接轴5旋转。本装置中，横支撑3相对支架4可旋转，能够调整激光器和摄像机的光轴面俯仰角γ，光轴面俯仰角γ由重力感应设备或者角度自测量设备记录，连接轴5可在横支撑3的轨道6内水平滑动，可调整激光器1和摄像机2之间的基线B，激光器1、摄像机2相对连接轴5可旋转，其旋转通过旋转控制器实现，旋转控制器的内部含有角度自测量设备，能够记录摄像机旋转角度α、记录激光器旋转角度β。

本装置的初始状态为：摄像机与激光器到地面的高度一致，摄像机光轴与激光器轴线保持水平且二者平行。考虑到激光使用的安全性和降低激光对人眼的损害，当监控系统需要调整设备开始测距时开启激光器，设备调整完毕或无需测距时激光器关闭。当激光器开启时，其所发射的激光是间断非连续的，发射的时间间隔由系统测距的具体要求决定。

如图2所示，本发明建立了一种目标测距模型，该模型中摄像机和激光器的光轴都汇聚到目标点P，世界坐标系原点与摄像机坐标原点重合，其X轴方向与基线重合，其Y轴方向为重力方向，基线的空间位置固定且基线长度B可调。摄像机和激光器在光轴面上的旋转角度为α、β，值域为(-π/2, π/2)。不同空间位置的目标物体在双目会聚立体摄像机光轴面上的分布共有如图5所示的三种情况，α、β在三种情况下的正负性如图3所示。因此，目标点P到视频监控系统基线的距离L为：

                  (1)

不同空间位置的目标点在世界坐标系YOZ平面上的分布共有如图4所示的三种情况，其中γ为摄像机和激光器光轴面的俯仰角，其值域为(-π/2, π/2)。因此，若已知α、β、γ和基线长度B并结合图2可得目标点P的世界坐标为：

         (2)

本发明所述单视点视频监控的激光辅助测距方法，是按照下述方式进行的：

步骤一、确定监控摄像机的主点坐标，识别被测目标点：摄像机镜头13的光轴10和图像传感器11的交点称为主点12，图像中的主点位置信息可反映出摄像机光轴的姿态。主点的理想情况如图6所示，f为摄像机镜头的焦距，此时摄像机镜头光轴与图像传感器垂直且主点位于图像传感器的中心处。若图像传感器的分辨率为A×B，则理想主点在图像中的坐标为(, )。但由于实际操作和相机装配的原因，主点坐标几乎不可能位于理想主点处，如图7所示。监控摄像机的实际主点(u, v)坐标可通过摄像机的标定得到，标定得到的主点坐标将作为摄像机的一项已知参数。

步骤二、当目标点在视频图像中的时候，采用激光器跟随监控摄像机模式采用监控摄像机跟随激光器的模式。首先调整摄像机的旋转角度α和光轴面俯仰角γ，调整过程中通过摄像机自动识别或人工监视到目标点，使目标点在监控画面的主点坐标处成像，此时摄像机光轴指向目标点。然后调整激光器，使得激光投射点至目标点，记录激光器旋转角度β。如图8所示，激光器的调整方式共有两种情况：（1）在监控画面中，若激光投射点位于目标点的右端，此时将激光器进行逆时针旋转，当摄像机检测到激光投射点与目标点重合时激光器停止旋转。此时摄像机光轴与激光器光轴会聚在目标点上。（2）在监控画面中，若激光投射点位于目标点的左端，此时将激光器进行顺时针旋转，当摄像机检测到激光投射点与目标点重合时激光器停止旋转。此时摄像机光轴与激光器光轴会聚在目标点上。摄像机和激光器进行旋转角度调整时遵循的原则是：为保证测量精度，远距离目标采用较大基线长度，近距离目标采用较小基线长度。

当目标点不在视频图像中的时候，采用激光器跟随监控摄像机模式。通过摄像机自动识别或人工监视到目标点和激光投射点，首先调整激光器的β和光轴面俯仰角γ，使激光投射点与目标点在监控画面中重合，此时激光器光轴指向目标点。然后，调整摄像机姿态使主点与目标点重合，记录摄像机旋转角度α。如图9所示，摄像机的调整方式共有两种情况：（1）在监控画面中，若激光投射点位于目标点的右端，此时将摄像机进行顺时针旋转，当摄像机检测到图像主点与激光投射点重合时摄像机停止旋转。此时摄像机光轴与激光器光轴会聚在目标点上。（2） 在监控画面中，若激光投射点位于目标点的左端，此时将摄像机进行顺时针旋转，当摄像机检测到图像主点与激光投射点重合时激光器停止旋转。此时摄像机光轴与激光器光轴会聚在目标点上。

步骤三、利用步骤二中记录的数据完成目标点的测距和世界坐标重建，确定目标点P到视频监控系统基线的距离L

                  (1)

其中B为摄像机和激光器之间的距离；

目标点的世界坐标为：

         (2)。

下面以室内激光辅助单视点视频监控对靶标中心点的测距来说明本发明的具体实施过程， 

具体实施过程采用激光器跟随监控摄像机模式。

第一步：选取靶标中心点作为测距的目标点。通过图像自动识别选取靶标中心点作为被测目标点，调整监控摄像机的旋转角度和俯仰角度使摄像机的图像主点对准目标点。摄像机旋转控制器和俯仰控制器检测到摄像机调整完毕后旋转过的角度为：摄像机旋转角α=4.747°，光轴面俯仰角γ=-4.764°，监控系统自动存储角度数据。

第二步：通过监控图像对激光点的自动跟踪，调整激光器的旋转角度。当监控图像检测到激光投射点与目标点重合时，停止调整激光器的旋转角度。激光器旋转控制器检测到激光器调整完毕后旋转过的角度为β=-4.747°，此时基线长度调整器检测到基线长度为500mm，监控系统自动存储角度和基线长度数据。

第三步：计算目标点到监控系统基线的距离及目标点的世界坐标重建。通过公式(1)可计算得到目标点的距离为：L=3010.5mm，通过公式(2)可计算得到目标点的世界坐标为：(250.0, -250.0, 3000.2)，单位mm。

监控摄像机跟随激光器模式下的单视点视频监控的激光辅助测距方法与以上过程类似。

以上仅作为本发明所述方法的一个具体实施例来说明，也可以推广至与之类似的其他实施例，它们均处于本发明所述方法的范畴。正如本领域技术人员所共知，与所述实施例相类似的所有方法包括其中硬件或软件的具体实现均处于本发明所述方法的涵盖范围之内。

Claims (2)

1. 一种适用于单视点视频监控的激光辅助测距方法的装置，包括支架（4），其特征在于：还包括与支架（4）相连的横支撑（3），横支撑（3）相对支架（4）旋转，横支撑（3）通过连接轴（5）与激光器（1）、摄像机（2）相连，激光器（1）、摄像机（2）沿横支撑（3）水平滑动，激光器（1）、摄像机（2）相对连接轴（5）旋转。

2. 一种单视点视频监控的激光辅助测距方法，其特征在于是按照下述方式进行的：

步骤一、确定监控摄像机的主点坐标，初始状态下识别被测目标点；

步骤二、调整摄像机，记录摄像机旋转角度α和光轴面俯仰角γ，或者调整激光器，记录激光器旋转角度β和光轴面俯仰角γ；

步骤三、完成目标点的测距和世界坐标重建

确定目标点到视频监控系统基线的距离L

                  (1)

其中B为摄像机和激光器之间的距离；则目标点的世界坐标为

        (2)。