CN105741261B - 一种基于四摄像头的平面多目标定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其包括：环绕监控区布置四个摄像头，使得每个摄像头能覆盖各自两侧的摄像头；计算图像中目标的方位角，并将相邻两摄像头所得的目标方位角两两组合，定位目标位置；对目标进行二次虚假目标排查从而获得监控区内多目标的二维坐标等步骤。本发明方法利用四个摄像头中的其中两个摄像头定位，另外两个摄像头进行辅助排查的技术方案，不仅可以方便地定位视频图像画面中多个目标的二维坐标，还能够有效提升对监控区域内多目标的识别率。
Description
技术领域
本发明涉及多目标定位技术，具体涉及一种利用四台摄像机定位视频图像画面中多个目标的二维坐标的方法。
背景技术
基于视频图像的目标跟踪定位技术广泛应用于智能监控系统、录播系统、远程互动教学系统等。现有的目标自动定位技术主要有超声波定位法、红外线定位法、图像定位法等。超声波定位法将多个具有特殊频率的超声波发射和接收装置安装在特定位置，根据超声波接收装置接收的反射波变化来判断目标方位。该方式技术较成熟，可直接判断目标与传感器间距离，但定位精度不高。红外线定位法将红外发射装置放置在被跟踪对象身上，接收装置安放在摄像机旁，摄像机根据红外接收装置接收的红外信号的方向判定摄像机拍摄方位。该方式成本较低，实施简单，但由于目标需佩戴特殊装备，限制了其应用范围，此外其抗干扰能力较差。
相比上述两种定位方法，图像定位法在进行目标跟踪时目标无需佩戴其它信号装置，其抗干扰性强，定位准确，跟踪过程平滑，不会丢失目标；而且安装部署简单，建设成本低廉。但是，由于基于图像分析和运动检测方式的跟踪系统技术及设备成本高，且在目前的实际应用中频繁出现跟丢和乱跟的现象。此外，现有双摄像头定位方法中视线易被遮挡，且当画面中出现多个目标时容易计算出虚假目标，识别分析难度极具增大的情况。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明提供一种基于四摄像头的多目标定位方法。根据本发明方法，利用四个摄像头交叉搭配无缝覆盖监控区域，并通过多个视角的联合检测，可有效降低目标的误判概率。
为实现上述目的，本发明包括如下技术方案：
一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其包括：
步骤1在监控区安装四个摄像头，并将其布置到合理的位置和高度；
步骤2调整摄像头方向、视角及其关注区，使其能覆盖各自两侧的摄像头；
步骤3获取需要进行目标定位的某一时刻四个摄像头捕捉的4帧视频帧图像；
步骤4利用目标在监控画面中的位置计算每个摄像头捕捉的帧图像中目标的方位角；
步骤5将相邻两摄像头所得的目标方位角两两组合，算出该两摄像头共同关注区内所有可疑目标的二维坐标，从而定位目标位置；
步骤6利用物理位置的合理性进行第一次虚假目标排查,排查相邻两摄像头所得所有目标的物理位置，若位于此两摄像头共同关注区域之外则判定为虚假目标，对其进行排除；
步骤7利用摄像头非关注区获得的信息进行第二次虚假目标排查，第一次排查后，根据相邻两摄像头共同负责区域内目标的物理位置，反向计算其在另外两摄像头画面中的位置，若在另外两摄像头中至少有一个摄像头在计算所得位置处没有目标,则判定目标为虚假目标；若在另外两摄像头画面中的计算所得位置处均有目标，则判定目标为实际目标；
步骤8经过二次虚假目标排查后，获得监控区内多目标的二维坐标。
本发明还包括如下技术方案：
所述步骤1进一步包括，将四个摄像头分散地环绕被监控区安装，并使摄像头高度位于与待测目标高度适当的水平面上，以使各摄像头所捕捉的图像包括该摄像头左右两侧的摄像头。
所述步骤4中计算摄像头捕捉到的帧图像的方位角是指，将相邻两摄像头的连线作为横坐标轴建立坐标系，计算视轴角度α如下：
(a)利用关注区边缘的实际标定点，可得关注区的视角K，其中K为常量；
(b)利用公式cotα＝P*(cotK+tanα)+cotK计算得视轴角度α，
其中
b'、a'分别为监控画面中线到左右关注区边缘的像素点个数。
每个摄像头捕捉到的帧图像中目标的方位角x计算如下：
其中b和a分别为监控画面中目标到左右关注区边缘的像素点个数。
所述步骤5进一步包括，当监控区中存在两个实际目标时，每个摄像头均可算得两个方位角，采用排列组合方式计算两摄像头得到的四个方位角，从而得到两个实际目标所对应的四个二维坐标，所计算出来的4个二维坐标中包括两个实际目标和两个虚假目标。
步骤5进一步包括，当监控区中存在n个实际目标时，则每个摄像头算得n个方位角，采用排列组合的方式算得n2个二维坐标，其中包括n个实际目标和n2-n个虚假目标。
所述步骤7还包括，反向计算位于监控区目标坐标在另外两台摄像机中的投影位置，此时目标落在另外两台摄像机的非关注区内，计算得其方位角X，根据公式(2)计算监控画面中目标到左关注区边缘的像素点个数b或者目标到右关注区边缘的像素点个数a的大小：
若另外两台摄像机中至少有一个在其b值(左关注区边缘向左b个像素点的位置)处没有目标则判定目标为虚假目标；若两台摄像机各自的b值处均有目标则判定目标为实际目标。
本发明的有益效果在于：其一，通过四个摄像头有效避免双摄像头在复杂场景下画面易被遮挡的情况，部署更为灵活。根据本发明方法利用四个摄像头中的其中两个摄像头定位，另外两个摄像头辅助的方式，有效提升了对监控区域内多目标的识别率。
附图说明
图1为根据本发明的一个优选实施方式的流程图；
图2为根据本发明的优选实施方式中四摄像头的安装布置示意图；
图3为根据本发明的优选实施方式中采用单摄像头定位目标方向的示意图；
图4为根据本发明的优选实施方式中定位目标时虚假目标示意图；
图5为根据本发明的优选实施方式中利用的物理位置反向计算目标在画面中位置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明揭露的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法的优选实施例，其包括如下步骤：
步骤1，在监控区安装四个摄像头，将其布置到合理的位置和高度。优选地，将四个摄像头分散地环绕被监控区安装，并使摄像头高度位于与待测目标高度适当的水平面上，以使各摄像头所捕捉的图像可包括该摄像头左右两侧的摄像头。在一个具体实施例中，如图2所示，四个摄像头分别位于图2中的A、B、C、D四个位置，为方便说明本发明的实施例的具体技术方案，可将四个摄像头分别称为摄像头A、摄像头B、摄像头C和摄像头D，连接A、B、C、D四点，四个摄像头即围成一个四边形。安装布置摄像头时，使得各摄像头捕捉的画面可包括其左右两侧的摄像头，即摄像头A可捕捉到摄像头B和摄像头D，其他3个摄像头的安装也遵循此规则。
步骤2，调整摄像头方向、视角及其关注区，使能覆盖各自两侧的摄像头。
由步骤1可知，在以四个摄像头为顶点连线围成的四边形ABCD中，AC和BD为对角线。调整摄像头的方向，使得各摄像头均将由各自引出的对角线的同一侧作为其关注区，具体可参照图1来说明。如图2所示，摄像头A引出对角线AC，由A点向C点看去摄像头A的右侧(也可以是左侧)为其关注区，其他摄像头的关注区可按此规则调整好(如图2中箭头所示方向)。参看图2可知，相邻两摄像头的关注区存在重叠区域，将此区域作为此二摄像头的共同关注区。如图2所示，相邻摄像头A和B关注区的重叠区域为图1中部分I，四个摄像头交叉搭配，共同覆盖整个监控区：摄像头A和B关注I区域，摄像头B和C关注II区域，摄像头C和D关注III区域，摄像头D和A关注IV区域。
步骤3，获取需要进行目标定位的某一时刻四个摄像头捕捉的4帧视频帧图像。
步骤4，计算每个摄像头捕捉的帧图像中目标的方位角。利用目标在监控画面中的位置，可算出每个摄像头关注区内待测目标的方位角。
具体结合图2来看，将相邻两摄像头(如摄像头A和B)的连线作为横坐标轴建立坐标系，以摄像头A捕捉到的帧图像为例，如图3所示(各变量已在图3中标明)，该帧图像的方位角计算方法如下：
(a)利用关注区边缘的实际标定点，可得关注区的视角K，作为常量。
(b)利用公式cotα＝P*(cotK+tanα)+cotK可计算得视轴角度α，作为常量。其中
b'、a'分别为监控画面中线到左右关注区边缘的像素点个数。具体计算公式如下：
利用公式(1)可计算出目标的方位角x。其中b、a分别为监控画面中目标到左右关注区边缘的像素点个数。
步骤5，两两组合方位角，计算出目标的二维坐标，从而定位目标位置。具体地，根据步骤2中关注区的交叉覆盖规则，将相邻两个摄像头所得的目标方位角组合，算出此二摄像头共同关注区内所有可疑目标的二维坐标。在一个具体实施例中，结合图4可以看出，当监控区中存在有两个实际目标时，每个摄像头均可算得两个方位角，由于不知道这两对方位角的对应关系，故通过排列组合的方式可以算得两个实际目标对应着4个二维坐标。计算出来这4个二维坐标中包括虚假目标，图4示出的G、H为实际目标，M、N则为虚假目标。
如果监控区中有n个目标，则每个摄像头可算得n个方位角，采用排列组合的方式可算得n2个二维坐标，其中包括n个实际目标和n2-n个虚假目标。
步骤6，第一次排查，也即利用物理位置的合理性进行第一次虚假目标排查。排查相邻两摄像头所得所有目标的物理位置，若位于此二摄像头共同关注区域之外则判定为虚假目标，这类目标一律排除。
步骤7，第二次排查，其利用摄像头非关注区获得的信息进行第二次虚假目标排查。具体排查方案如下：
第一次排查后，根据相邻两摄像头共同负责区域内目标的物理位置，反向计算其在另外两摄像头画面中的位置。若在另外两摄像头中，至少有一个在计算所得位置处没有目标则判定目标为虚假目标；若两摄像头画面中的计算所得位置处均有目标则判定目标为实际目标。结合如图4说明第二次虚假目标排查的具体技术方案如下：
若目标坐标位于监控区内，则反向计算其在另外两台摄像机中的投影位置(图5)，图5所示为利用的物理位置反向计算目标在画面中位置的示意图，结合图5：此时目标应落在另外两台摄像机的非关注区内，其方位角已知记为X。计算公式如下：
利用公式(2)可计算得画面中b值的大小，即图5中左关注区边缘向左b个像素点的位置。若另外两台摄像机中，至少有一个在其b值处没有目标则判定目标为虚假目标；若两台摄像机各自的b值处均有目标则判定目标为实际目标。
步骤8，经过二次排查后，获得监控区内多目标的二维坐标。
以上是对本发明的描述，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和替换，均应落入本发明的权利要求确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，包括：
步骤1在监控区安装四个摄像头，将其布置到合理的位置和高度；
步骤2调整摄像头方向、视角及其关注区，使其能覆盖各自两侧的摄像头；
步骤3获取需要进行目标定位的某一时刻四个摄像头捕捉的4帧视频帧图像；
步骤4利用目标在监控画面中的位置计算每个摄像头捕捉的帧图像中目标的方位角；
步骤5将相邻两摄像头所得的目标方位角两两组合，算出该两摄像头共同关注区内所有可疑目标的二维坐标，从而定位目标位置；
步骤6利用物理位置的合理性进行第一次虚假目标排查,排查相邻两摄像头所得所有目标的物理位置，若位于此两摄像头共同关注区域之外则判定为虚假目标，对其进行排除；
步骤7利用摄像头非关注区获得的信息进行第二次虚假目标排查，第一次排查后，根据相邻两摄像头共同负责区域内目标的物理位置，反向计算其在另外两摄像头画面中的位置，若在另外两摄像头中至少有一个摄像头在计算所得位置处没有目标,则判定目标为虚假目标；若在另外两摄像头画面中的计算所得位置处均有目标，则判定目标为实际目标；
步骤8经过二次虚假目标排查后，获得监控区内多目标的二维坐标。
2.根据权利要求1所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，所述步骤1是指，将四个摄像头分散地环绕被监控区安装，并使摄像头高度位于与待测目标高度适当的水平面上，以使各摄像头所捕捉的图像包括该摄像头左右两侧的摄像头。
3.根据权利要求1所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，计算步骤4中摄像头捕捉到的帧图像的方位角还包括：将相邻两摄像头的连线作为横坐标轴建立坐标系，计算视轴角度α如下：
(a)利用关注区边缘的实际标定点，得到关注区的视角K，其中K为常量；
(b)利用公式cotα＝P*(cotK+tanα)+cotK计算得视轴角度α，
其中
b'、a'分别为监控画面中线到左右关注区边缘的像素点个数。
4.根据权利要求3所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法， 其特征在于，每个摄像头捕捉到的帧图像中目标的方位角x计算如下：
其中b和a分别为监控画面中目标到左右关注区边缘的像素点个数。
5.根据权利要求1或4所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，步骤5进一步包括，当监控区中存在两个实际目标时，每个摄像头均可算得两个方位角，采用排列组合方式计算两摄像头得到的四个方位角，从而得到两个实际目标所对应的四个二维坐标，所计算出来的4个二维坐标中包括两个实际目标和两个虚假目标。
6.根据权利要求1或4所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，步骤5进一步包括，当监控区中存在n个实际目标时，则每个摄像头算得n个方位角，采用排列组合的方式算得n2个二维坐标，其中包括n个实际目标和n2-n个虚假目标。
7.根据权利要求1所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，步骤7还包括，反向计算位于监控区目标坐标在另外两台摄像机中的投影位置，此时目标落在另外两台摄像机的非关注区内，计算得其方位角X，根据如下公式计算监控画面中目标到左关注区边缘的像素点个数b值或目标到右关注区边缘的像素点个数a值的大小：
8.根据权利要求7所述的一种基于四摄像头的平面多目标定位方法，其特征在于，步骤7还包括，若另外两台摄像机中至少有一个在其b值处没有目标则判定目标为虚假目标；若两台摄像机各自的b值处均有目标则判定目标为实际目标。
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Denomination of invention: A planar multi-target localization method based on four cameras Effective date of registration: 20231206 Granted publication date: 20200609 Pledgee: CHINA TECHNOLOGY EXCHANGE Co.,Ltd. Pledgor: BEIJING GOHIGH DATA NETWORKS TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2023110000516 |
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