CN106846284A - 基于cell的主动式智能感知装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于cell的主动式智能感知装置，包括用于探测待测区域中是否有目标物体的探测器、主动摄像机组、图像处理单元；探测器能够探测到的区域称为cell区，cell区被划分为n*k个cell单元；主动摄像机组包括控制器和若干个主动摄像机，每个主动摄像机配有一个调节主动摄像机旋转角度的旋转云台，且每个主动摄像机的摄像范围与一个所述的cell单元相同；控制器用于根据探测器的信号调整对应主动摄像机的旋转云台；图像处理单元用于将主动摄像机拍摄的照片进行合成。本发明能够主动感知目标物体，通过将探测器能探测到的区域进行分区，在有目标物体时利用已标定好的主动摄像机对分区进行拍摄清晰的图像，方便主动摄像机针对单个或几个cell单元进行拍摄。

Description

基于cell的主动式智能感知装置与方法

技术领域

本发明属于摄像机目标物体感知领域，具体涉及一种基于cell的主动式智能感知装置与方法。

背景技术

近年来，内河航运在国民经济的发展中起着越来越重要的作用，随着内河船只数量增加，通航环境不断恶化，内河航道的安全性问题也日益突出，因此，对内河复杂水域的监控显得尤为重要，而视觉监控又是目前监控领域应用较为广泛的一种监控方式，捕获高分辨率、较好标定的视频图像一直以来都是视觉监控领域中的一项艰难的任务。目前市面捕获视频图像的方式大都是被动感知，所谓被动感知是指把摄像机固定起来拍摄视频或图片，另一部分是主动感知，所谓主动感知是指摄像机在支撑云台的带动下进行平移、倾斜、竖直运动，同时具有缩放和聚焦功能，来捕获视频或图片。在安防监控领域，利用单个摄像机的平移或倾斜来捕获视频或图片已经很常见了，也有固定摄像机通过缩放聚焦来捕获清晰的图片，但是，到目前为止，没有一款主动摄像机能具有自动标定功能的同时，自动捕捉动态目标物体并自动进行缩放聚焦拍摄目标物体清晰图片的，更加没有主动摄像机通过与外部器材(被动摄像机或雷达)配合捕捉目标物体清晰图像的。

目前，捕获图像的方法或装置主要有以下几种：

a.由天津中科智能识别产业技术研究院有限公司发明的专利:一种复杂场景多模态生物特征图像获取方法及其装置(已公开的专利号：CN105574525A)，该发明公开了一种复杂场景多模态生物特征图像获取装置，该发明可以对现实复杂场景条件下多个用户的生物特征进行多模态识别，满足复杂成像场景中多用户的身份识别需求，实现对大范围内的虹膜、人脸、步态多模态生物特征进行有效获取，该发明能够主动捕获复杂区域的多个目标物体，但是，其无法将主动摄像机的性能进一步扩展。

b.由宏碁股份有限公司发明的专利：图像获取装置及其自动对焦方法(已公开的专利号：CN106034204A)，该发明公开了一种图像获取装置及其自动对焦方法，该发明可以实现拍摄静态目标物体的清晰的图像，但无法自动对准目标物体，更无法根据目标物体所在位置和场景，通过缩放来捕获目标物体的图像。

c.由努比亚技术有限公司发明的专利：一种图像获取方法和装置、以及移动终端(已公开的专利号：CN106027879A)，该发明公开了一种获取取景框对应的图像的方法与装置，该发明主要的是利用被动摄像机捕获图像，可以根据取景框的图像来得到拍摄的图片。但是，没有云台实现摄像机的主动控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于cell的主动式智能感知装置与方法，能够快速得到目标物体的清晰图像。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种基于cell的主动式智能感知装置，其特征在于：它包括用于探测待测区域中是否有目标物体的探测器、用于在有目标物体时进行拍照的主动摄像机组、图像处理单元；其中，

所述的探测器能够探测到的区域称为cell区，cell区被划分为n*k个cell单元；

所述的主动摄像机组包括控制器和若干个主动摄像机，每个主动摄像机配有一个调节主动摄像机旋转角度的旋转云台，且每个主动摄像机的摄像范围与一个所述的cell单元相同；控制器用于根据探测器的信号调整对应主动摄像机的旋转云台；

图像处理单元用于将主动摄像机拍摄的照片进行合成。

按上述方案，所述的探测器为雷达。

按上述方案，所述的探测器为被动摄像机。

按上述方案，本装置还包括用于标定的棋盘格标定板。

利用所述的基于cell的主动式智能感知装置实现的感知方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、利用标定好的探测器对待测区域进行探测，当探测到目标物体时，判断目标物体所在cell单元的位置及个数；

S2、选取与目标物体所在cell单元的个数相同的主动摄像机，查找已标定好的对应的参数，控制旋转云台旋转，使得主动摄像机与目标物体所在cell单元一对一的对准；拍摄单个的cell单元的图像；

S3、将得到的单个的cell单元的图像进行组合，得到目标物体的完整图像。

按上述方法，所述的S2中，所述的参数通过以下方法标定：

2.1、选取一台主动摄像机，人工对准一个cell单元，记录此时旋转云台的姿态及角度值；

2.2、利用棋盘格标定板对主动摄像机进行标定：分别建立主动摄像机坐标系与图像坐标系；根据尺度因子和主动摄像机内参，建立主动摄像机坐标系与图像坐标系之间的关系；利用棋盘格标定板建立世界坐标系，获得世界坐标系与主动摄像机坐标系之间的关系，计算世界坐标系到主动摄像机坐标系的旋转矩阵R与平移矩阵t；

2.3、对每一台主动摄像机，分别采用2.1和2.2，对准每一个cell单元，分别进行标定。

本发明的有益效果为：通过探测器与主动摄像机相配合的方式，能够主动感知目标物体，并且采用划分cell单元的方法，通过将探测器能探测到的区域进行分区，在有目标物体时利用已标定好的主动摄像机对分区进行拍摄清晰的图像，方便主动摄像机针对单个或几个cell单元进行拍摄，再将每个分区的图像进行合成，最终得到完整的清晰图像，整个过程快速方便。

附图说明

图1为本发明一实施例的结构示意图。

图2为主动摄像机的结构示意图。

图3为本发明又一实施例的结构示意图。

图4为目标物体占cell区的示意图。

图中：1-待测区域，2-被动摄像机，3-主动摄像机组，4-cell区，5-雷达，6-目标物体，3-1-主动摄像机，3-2-旋转云台。

具体实施方式

下面结合具体实例和附图对本发明做进一步说明。

本发明提供一种基于cell的主动式智能感知装置，如图1所示，它包括用于探测待测区域1中是否有目标物体6的探测器、用于在有目标物体时进行拍照的主动摄像机组3、图像处理单元；其中，所述的探测器能够探测到的区域称为cell区4，cell区4被划分为n*k个cell单元；所述的主动摄像机组3如图2所示，包括控制器和若干个主动摄像机3-1，每个主动摄像机3-1配有一个调节主动摄像机3-1旋转角度的旋转云台3-2，且每个主动摄像机3-1的摄像范围与一个所述的cell单元相同；控制器用于根据探测器的信号调整对应主动摄像机3-1的旋转云台3-2；图像处理单元用于将主动摄像机3-1拍摄的照片进行合成。

所述的探测器可以是雷达5，或者被动摄像机2，如图1和图3所示。

本装置还包括用于标定的棋盘格标定板。所述的旋转云台3-2能够平移、旋转、倾斜和竖直方向运动，从而调整主动摄像机3-1的位置。

利用所述的基于cell的主动式智能感知装置实现的感知方法，它包括以下步骤：

S1、利用标定好的探测器对待测区域进行探测，当探测到目标物体6时，判断目标物体6所在cell单元的位置及个数，如图4所示。具体的，将待测区域(可视为不规则区域，可以是复杂水域、街道场景、高速公路等)划分为m(m≥2)个cell单元(所有cell单元面积之和≥目标区域面积)。

S2、选取与目标物体6所在cell单元的个数相同的主动摄像机3-1，查找已标定好的对应的参数，控制旋转云台3-2旋转，使得主动摄像机3-1与目标物体6所在cell单元一对一的对准；拍摄单个的cell单元的图像；主动摄像机的台数≥1。

S3、将得到的单个的cell单元的图像进行组合，得到目标物体6的完整图像。

所述的S2中，所述的参数通过以下方法标定：

2.1、选取一台主动摄像机，人工对准一个cell单元，记录此时旋转云台的姿态及角度值。

2.2、利用棋盘格标定板对主动摄像机进行标定：分别建立主动摄像机坐标系与图像坐标系；根据尺度因子和主动摄像机内参，建立主动摄像机坐标系与图像坐标系之间的关系；利用棋盘格标定板建立世界坐标系，获得世界坐标系与主动摄像机坐标系之间的关系，计算世界坐标系到主动摄像机坐标系的旋转矩阵R与平移矩阵t。具体的：

1)建立主动摄像机坐标系与图像坐标系

首先建立两个基本坐标系，即图像坐标系与主动摄像机坐标系：图像坐标系以照片左上角建立以像素为单位的直角坐标系，图像坐标点设为[X_P Y_P]^T；主动摄像机坐标系以相机光心为原点，光轴为z轴，以图片坐标系中x，y方向建立x轴，y轴，坐标系满足右手法则，其坐标点为[X_C Y_C Z_C]^T。

2)建立两坐标系间关系

由于照相机满足针孔模型，因此满足以下关系式

式中，λ为尺度因子，K为照相机内参数，由张正友标定法得到。

3)建立世界坐标系

为方便计算，下面引入世界坐标系，并建立世界坐标系与上述两坐标系的关系。世界坐标系中设定沿棋盘格长宽方向为x，y轴，垂直于棋盘格方向为z轴，世界坐标系中点设为[X_W Y_W Z_W]^T。

世界坐标系与主动摄像机坐标系及图像坐标系关系如下：

4)计算世界坐标系到主动摄像机坐标系的旋转矩阵R与平移矩阵t

获取对棋盘格标定板中的所有角点在世界坐标系下的坐标，其第i个角点坐标为[X_Wi Y_Wi 0]^T，同时找到图像坐标系下对应点坐标[X_Pi Y_Pi]^T，结合标定照相机内参数K，用下式对R和t进行求解：

其中，λ为尺度因子，R为3×3的矩阵，表示世界坐标系到主动摄像机坐标系的旋转角度，t为3×1的矩阵，表示世界坐标系到相机坐标系的平移距离，通过上式求出R与λ，从而得到主动摄像机组的最优成像参数；

将主动摄像机标定的结果，进行统计，并存在计算机中，以便随时取出。

2.3、对每一台主动摄像机，分别采用2.1和2.2，对准每一个cell单元，分别进行标定。

本实施例中，把长江某段选为观察区，将长江某段划分为35个cell单元，序号为1～35号，将9台主动摄像机3-1分别对准35个cell单元，并记录对准每个cell单元时的旋转云台3-2的角度值，同时，每台主动摄像机3-1对准每个cell单元时都进行标定，并记录标定结果。

把待测区域中的某个小船作为探测目标，探测小船的所在观察区的位置，探测得知，小船所占的cell单元个数为6个，于是，选取主动摄像机组中的前序号为1～6号的主动摄像机参与工作(7～9号本次案例不工作)。按照已标定好的参数，将6台主动摄像机迅速运动到对准小船，按照主动摄像机的序号与cell单元的序号一一对应，取出每台主动摄像机对准相应cell单元时的参数(内参与外参)，从而拍摄清晰的图像，于是，获得的6个主动摄像机针对6个cell单元的图像，并合成一幅整的图像。

以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于cell的主动式智能感知装置，其特征在于：它包括用于探测待测区域中是否有目标物体的探测器、用于在有目标物体时进行拍照的主动摄像机组、图像处理单元；其中，

所述的探测器能够探测到的区域称为cell区，cell区被划分为n*k个cell单元；

所述的主动摄像机组包括控制器和若干个主动摄像机，每个主动摄像机配有一个调节主动摄像机旋转角度的旋转云台，且每个主动摄像机的摄像范围与一个所述的cell单元相同；控制器用于根据探测器的信号调整对应主动摄像机的旋转云台；

图像处理单元用于将主动摄像机拍摄的照片进行合成。

2.根据权利要求1所述的基于cell的主动式智能感知装置，其特征在于：所述的探测器为雷达。

3.根据权利要求1所述的基于cell的主动式智能感知装置，其特征在于：所述的探测器为被动摄像机。

4.根据权利要求1所述的基于cell的主动式智能感知装置，其特征在于：本装置还包括用于标定的棋盘格标定板。

5.利用权利要求1所述的基于cell的主动式智能感知装置实现的感知方法，其特征在于：它包括以下步骤：

S1、利用标定好的探测器对待测区域进行探测，当探测到目标物体时，判断目标物体所在cell单元的位置及个数；

S2、选取与目标物体所在cell单元的个数相同的主动摄像机，查找已标定好的对应的参数，控制旋转云台旋转，使得主动摄像机与目标物体所在cell单元一对一的对准；拍摄单个的cell单元的图像；

S3、将得到的单个的cell单元的图像进行组合，得到目标物体的完整图像。

6.根据权利要求5所述的感知方法，其特征在于：所述的S2中，所述的参数通过以下方法标定：

2.1、选取一台主动摄像机，人工对准一个cell单元，记录此时旋转云台的姿态及角度值；

2.2、利用棋盘格标定板对主动摄像机进行标定：分别建立主动摄像机坐标系与图像坐标系；根据尺度因子和主动摄像机内参，建立主动摄像机坐标系与图像坐标系之间的关系；利用棋盘格标定板建立世界坐标系，获得世界坐标系与主动摄像机坐标系之间的关系，计算世界坐标系到主动摄像机坐标系的旋转矩阵R与平移矩阵t；

2.3、对每一台主动摄像机，分别采用2.1和2.2，对准每一个cell单元，分别进行标定。