CN107067440A - 一种图像标定方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的图像标定方法,包括:通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数。视频监控的控制端可以预先对监控视场中的特定位置进行标定,从而在有效的视场区域内,计算出视场内任意位置与为了达到以放大状态位于视频图像中央位置所对应的摄像机旋转角度、俯仰角度和变焦倍数之间的映射关系,通过指令驱动摄像机进行相应运动,可以作为计算机视觉的自动跟踪处理的基本解决手段。还包括图像标定系统。

Description

一种图像标定方法和系统
技术领域
本发明涉及图像标定领域的方法和系统,特别涉及图像在不同视场中标定的方法和系统。
背景技术
视频监控是机器视觉的一个重要分支,即利用摄像头获取连续的视频图像,然后对视频中运动的物体进行动态跟踪监控,使得被跟踪物体以放大状态位于视频图像的中央位置,以便于监控人员更清晰、高效地进行视频监控。
视频监控采用的伺服摄像机通常包括云台,伺服摄像机能够接收控制器的运动控制指令完成包括水平转动、俯仰转动和变焦等相应运动。
动态跟踪监控中,传统的图像标定大多通过经验值确定运动参数,或者通过多摄像机的联合标定来实现对运动物体在固定视场中的放大跟踪,标定算法复杂,精度不高,难以达到实时对视频中运动物体清晰放大并准确随动的效果。
发明内容
有鉴于此,本发明实施例提供了一种图像标定方法和系统,用于解决现有视场观察无法在保持观察清晰度的同时保证伺服摄像机准确路径控制的技术问题。
本发明的图像标定方法,包括:
通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数。
还包括:
步骤200:根据初始位置建立基准位置;
步骤300:根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合;
步骤400:在基准位置轮廓中,以运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数。
所述步骤300包括:
步骤310:调整伺服摄像机至初始位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤320:调整伺服摄像机至基准位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤330:将初始位置和基准位置的标定数据形成基准位置的标定参数集合。
所述步骤400包括:
步骤410:根据视频图像中的运动物体坐标,确定与各基准位置坐标间的欧氏距离;
步骤420:通过欧氏距离运动物体坐标与连续基准位置坐标形成逐一的轮廓面积;
步骤430:逐一的轮廓面积与基准位置坐标形成的轮廓面积间的比值,形成运动方向参数;
步骤440:通过欧氏距离作为权重参数,修正运动方向参数;
步骤450:通过修正运动方向参数将标定参数集合,转换为运动物体的实时标定参数。
所述基准位置的数量至少包括3个,与数量对应,形成的轮廓可以是三角形、矩形或多边形。
还包括:
步骤100:建立伺服摄像机的初始位置。
还包括:
步骤500:根据实时标定参数形成伺服摄像机运动控制指令,保持运动物体呈现在视场中的中央位置。
所述基准位置的图像特征与其他位置的图像特征保持时域或频域内的信号差异;
所述基准位置包括相邻区域。
本发明的图像标定系统,包括:
用于通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数的装置。
还包括:
基准位置建立装置,用于根据初始位置建立基准位置。
标定参数建立装置,用于根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合。
运动物体标定参数建立装置,用于在基准位置轮廓中,以运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数。
本发明的图像标定方法和系统,利用初始位置保证了视场对视频采集区域图像的可靠覆盖。利用基准位置与初始位置的准确关联,形成运动物体移动时的伺服摄像机实时控制水平角度、垂直角度、放大倍数的可靠运算基础。通过将运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,使得运动物体的运动轨迹计算更加精确并迅速,形成的伺服摄像机运动控制指令,保证了运动物体实时运动时始终能以最大尺度准确出现在视场的中央。视频监控的控制端可以预先对监控视场中的特定位置进行标定,从而在有效的视场区域内,计算出视场内任意位置与为了达到以放大状态位于视频图像中央位置所对应的摄像机旋转角度、俯仰角度和变焦倍数之间的映射关系,通过指令驱动摄像机进行相应运动,可以作为计算机视觉的自动跟踪处理的基本解决手段。
附图说明
图1为本发明实施例的图像标定方法的流程示意图。
图2为本发明实施例的图像标定方法的具体应用示意图。
图3为本发明实施例的图像标定系统的架构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图纸中的步骤编号仅用于作为该步骤的附图标记,不表示执行顺序。
本发明实施例的图像标定方法,包括:
通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数。
运动物体位置可以为图像像素位置坐标,也可以为伺服摄像机视角覆盖的视频采集区域的坐标,图像像素位置坐标与视频采集区域的坐标具有单一映射。
本发明实施例利用物理参数距离作为修正数据,修正跟踪运动物体的伺服摄像机的实时标定参数,使得控制端可以利用现有的控制传输途径形成更精确的视场控制。
图1为本发明一实施例的图像标定方法,包括:
步骤100:建立伺服摄像机的初始位置。
初始位置的约束参数类型包括伺服摄像机的光轴的水平基准角度、垂直基准角度、基准放大倍数,以及光轴与视频采集区域相交交点的坐标。初始位置可以保证采集的视频图像中任一局部内容都可以以放大状态呈现在视场的中央位置。
步骤200:根据初始位置建立基准位置。
基准位置的约束参数类型包括伺服摄像机的光轴的水平基准角度、垂直基准角度、基准放大倍数,以及光轴与视频采集区域相交交点的坐标。基准位置的约束参数是初始位置的约束参数值偏移形成的。
在视频图像反映的视频采集区域,基准位置可以是特定的固定物体,固定物体的图像特征与视频采集区域其他位置的图像特征保持差异。即基准位置的图像特征不应是连续或重复物体或表面的一部分,基准位置的图像特征与其他位置的图像特征应保持时域或频域内的信号差异。
形成的基准位置轮廓,覆盖视频采集区域中运动物体(被检测物体)的活动区域。
基准位置的数量至少包括3个,与数量对应,形成的轮廓可以是三角形、矩形、多边形。
步骤300:根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合。
基准位置可以是视频采集区域内的对象范围或点状对象。相应的在采集的视频图像中具有坐标范围或点坐标。
基准位置的标定参数是伺服摄像机相对于初始位置的水平转角度、俯仰转角度和变焦倍数,格式为(panA,tiltA,zoomA)。例如,基准位置A的参数(30,15,2.0)表示伺服摄像机需要水平向右旋转30度、竖直向上旋转15度、变焦倍数为放大到2倍。
步骤400:在基准位置轮廓中,以运动物体坐标(即在视频采集区域的位置)与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数。
实时标定参数可以包括水平基准角度、垂直基准角度、基准放大倍数,以及运动物体坐标。
步骤500:根据实时标定参数形成伺服摄像机运动控制指令,保持运动物体呈现在视场中的中央位置。
本发明实施例的图像标定方法,利用初始位置保证了视场对视频采集区域图像的可靠覆盖。利用基准位置与初始位置的准确关联,形成运动物体移动时的伺服摄像机实时控制水平角度、垂直角度、放大倍数的可靠运算基础。通过将运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,使得运动物体的运动轨迹计算更加精确并迅速,形成伺服摄像机运动控制指令,保证了运动物体实时运动时始终能以最大尺度准确出现在视场的中央。
在上述实施例基础上,步骤300还包括:
步骤310:调整伺服摄像机至初始位置,调整约束参数(其中的基准放大倍数)使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤320:调整伺服摄像机至基准位置,调整约束参数(其中的基准放大倍数)使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤330:(形成伺服摄像机运动控制指令的控制端)将初始位置和基准位置的标定数据形成基准位置的标定参数集合。
本实施例保证了初始位置标定参数的精度在基准位置的可靠传递,保证了运动物体实时标定参数的可靠性。
在上述实施例基础上,步骤400还包括:
步骤410:根据视频图像中的运动物体坐标,确定与各基准位置坐标间的欧氏距离;
步骤420:通过欧氏距离运动物体坐标与连续基准位置坐标形成逐一的轮廓面积;
步骤430:逐一的轮廓面积与基准位置坐标形成的轮廓面积间的比值,形成运动方向参数;
步骤440:通过欧氏距离作为权重参数,修正运动方向参数;
步骤450:通过修正运动方向参数将标定参数集合,转换为运动物体的实时标定参数。
本实施例中,利用欧式距离修正了面积比(运动方向参数)的精度,加强了运动物体矢量运动的特征精度,使得根据实时标定参数形成的伺服摄像机运动控制指令,可以保持运动物体呈现在视场中的中央位置。本实施例中的一种具体处理过程中,设定运动物体坐标为Z,基准位置坐标包括A、B、C,运动物体在基准位置A、B、C形成的轮廓范围内,与标定参数集合pt(A、B、C)的映射关系为:
pt——视频图像中某像素点的位置坐标,单位:像素;
S——由pt1,pt2,pt3构成的三角形面积。
经过大量实验发现,如果突出基准位置对运动物体位置的权重,那么可以赋予上式分子一个指数因子α,因此,可以把上述公式改写为:
上述指数因子α可以是整数,也可以是分数。
上述指数因子α可以由欧氏距离的比值形成,或根据预设定制形成与最大欧氏距离,或最小欧氏距离的比值。
上述指数因子α可以取值应>=1,当α=1时,上述公式2等同于公式1。
如果想突出基准位置的标定参数对运动物体的实时标定参数的权重,那么α可以取>1的数值。
如果视频图像中有超过三个标定点,标定方法与上述方法相同。
本发明一实施例中,在视频图像中当运动物体Z与一个基准位置无限接近的情况下,可以认为运动物体Z点对应的伺服摄像机运动参数与该基准位置的标定参数。
所述无限接近,包括运动物体Z与一个基准位置A重合,或运动物体Z落入一个基准位置A的相邻区域。即(panZ,tiltZ,zoomZ)与(panA,tiltA,zoomA)数值相同。
一个基准位置A的相邻区域为基准位置A在视频图像中坐标点像素的周围像素。该阈值就是基准位置A像素点相邻的阈值数量像素点围成的区域为所述A相邻区域。例如:
当相邻区域阈值设置为1,基准位置A相邻1个像素所围成的区域为基准位置A相邻区域。
当相邻区域阈值设置为2,基准位置A相邻2个像素所围成的区域为基准位置A相邻区域。
与本发明实施例相应的图像标定系统,包括:
用于通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数的装置。
本发明实施例的图像标定系统,还包括:
基准位置建立装置20,用于根据初始位置建立基准位置。
标定参数建立装置30,用于根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合。
运动物体标定参数建立装置40,用于在基准位置轮廓中,以运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数。
本发明实施例的图像标定系统,还包括:
初始位置建立装置10,用于建立伺服摄像机的初始位置。
本发明实施例的图像标定系统,还包括:
控制装置50,用于根据实时标定参数形成伺服摄像机运动控制指令,保持运动物体呈现在视场中的中央位置。
本发明实施例的图像标定系统,标定参数建立装置30包括:
初始标定参数建立装置31,用于调整伺服摄像机至初始位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
基准标定参数建立装置32,用于调整伺服摄像机至基准位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
标定参数集合建立装置33,用于将初始位置和基准位置的标定数据形成基准位置的标定参数集合。
本发明实施例的图像标定系统,运动物体标定参数建立装置40包括:
欧氏距离建立装置41,用于根据视频图像中的运动物体坐标,确定与各基准位置坐标间的欧氏距离;
连续轮廓面积建立装置42,用于通过欧氏距离运动物体坐标与连续基准位置坐标形成逐一的轮廓面积;
运动方向建立装置43,用于逐一的轮廓面积与基准位置坐标形成的轮廓面积间的比值,形成运动方向参数;
运动方向修正装置44,用于通过欧氏距离作为权重参数,修正运动方向参数;
运动物体实施标定建立装置45,用于通过修正运动方向参数将标定参数集合,转换为运动物体的实时标定参数。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像标定方法,包括:
通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数。
2.如权利要求1所述的图像标定方法,其特征在于,还包括:
步骤200:根据初始位置建立基准位置;
步骤300:根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合;
步骤400:在基准位置轮廓中,以运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数。
3.如权利要求2所述的图像标定方法,其特征在于,所述步骤300包括:
步骤310:调整伺服摄像机至初始位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤320:调整伺服摄像机至基准位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
步骤330:将初始位置和基准位置的标定数据形成基准位置的标定参数集合。
4.如权利要求2所述的图像标定方法,其特征在于,所述步骤400包括:
步骤410:根据视频图像中的运动物体坐标,确定与各基准位置坐标间的欧氏距离;
步骤420:通过欧氏距离运动物体坐标与连续基准位置坐标形成逐一的轮廓面积;
步骤430:逐一的轮廓面积与基准位置坐标形成的轮廓面积间的比值,形成运动方向参数;
步骤440:通过欧氏距离作为权重参数,修正运动方向参数;
步骤450:通过修正运动方向参数将标定参数集合,转换为运动物体的实时标定参数。
5.如权利要求1至4任一所述的图像标定方法,其特征在于,所述基准位置的数量至少包括3个,与数量对应,形成的轮廓可以是三角形、矩形或多边形。
6.如权利要求2所述的图像标定方法,其特征在于,还包括:
步骤100:建立伺服摄像机的初始位置。
7.如权利要求2所述的图像标定方法,其特征在于,还包括:
步骤500:根据实时标定参数形成伺服摄像机运动控制指令,保持运动物体呈现在视场中的中央位置。
8.如权利要求2所述的图像标定方法,其特征在于,所述基准位置的图像特征与其他位置的图像特征保持时域或频域内的信号差异;
所述基准位置包括相邻区域。
9.一种图像标定系统,包括:
用于通过视频图像中运动物体位置与采集视频图像的伺服摄像机基准位置间的欧氏距离作为权重参数修正运动方向,形成运动物体的实时标定参数的装置。
10.如权利要求9所述的图像标定系统,还包括:
基准位置建立装置,用于根据初始位置建立基准位置;
标定参数建立装置,用于根据视场中央位置的初始位置的标定参数,形成视场中央位置的基准位置的标定参数集合;
运动物体标定参数建立装置,用于在基准位置轮廓中,以运动物体坐标与各基准位置坐标间的欧氏距离作为权重参数,通过标定参数集合,形成运动物体的实时标定参数;
进一步,还可以包括:
初始位置建立装置,用于建立伺服摄像机的初始位置;
进一步,还可以包括:
控制装置,用于根据实时标定参数形成伺服摄像机运动控制指令,保持运动物体呈现在视场中的中央位置;
进一步,标定参数建立装置还可以包括:
初始标定参数建立装置,用于调整伺服摄像机至初始位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
基准标定参数建立装置,用于调整伺服摄像机至基准位置,调整约束参数使得初始位置呈现在视场中的中央位置,形成标定参数;
标定参数集合建立装置,用于将初始位置和基准位置的标定数据形成基准位置的标定参数集合;
进一步,运动物体标定参数建立装置还可以包括:
欧氏距离建立装置,用于根据视频图像中的运动物体坐标,确定与各基准位置坐标间的欧氏距离;
连续轮廓面积建立装置,用于通过欧氏距离运动物体坐标与连续基准位置坐标形成逐一的轮廓面积;
运动方向建立装置,用于逐一的轮廓面积与基准位置坐标形成的轮廓面积间的比值,形成运动方向参数;
运动方向修正装置,用于通过欧氏距离作为权重参数,修正运动方向参数;
运动物体实施标定建立装置,用于通过修正运动方向参数将标定参数集合,转换为运动物体的实时标定参数。
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