CN107509055A - 一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪及其实施方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，包括分别设于前端且自上而下设置的旋转观测装置、全景拼接装置及系统控制装置和设于后端的系统软件模块；所述旋转观测装置包括镜头控制模块和摄像机组；全景拼接装置包括设于所述旋转观测装置下方的视频监控台和均布设于所述视频监控台下方的多个全景拼接可见光摄像机；系统控制装置包括伺服控制模块、电源控制模块及通信传输模块。与现有技术相比，本发明在视频监控对目标跟踪时，不仅可以对目标实现焦点式自动跟踪放大监控，还可以同时进行360°全景实时拼接，解决了在跟踪目标时形成视频盲区的缺陷。

Description

一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪及其实施方法
技术领域
本发明涉及视频监控领域，具体涉及一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪及其实施方法。
背景技术
光电跟踪仪具有远距离观测、目标定位跟踪、全天候运行、伺服精确控制等特点。在使用过程中，需要针对目标区域进行观测预置位设定，使光电跟踪仪按一定方位角度进行不间断旋转巡视，在发现目标后进行跟踪，跟踪时设备视场集中显示跟踪目标附近画面，不再对其他方位进行观测监控，这样容易形成视频盲区，漏掉其他重要信息，给犯罪分子造成可乘之机。
发明内容
为解决上述缺陷，本发明的目的是提供一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，在使用时视场不仅能够集中显示跟踪目标附近画面，而且能对其他方位也进行观测监控，避免漏掉其他信息，实现全面监控。
本发明的另一目的是提供一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪的实施方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，包括分别设于前端且自上而下设置的旋转观测装置、全景拼接装置及系统控制装置和设于后端的系统软件模块；
所述旋转观测装置包括镜头控制模块和摄像机组，所述摄像机组设有相互配合工作的长焦可见光摄像机和红外热成像摄像机，所述镜头控制模块通过设有俯仰伺服机构控制所述摄像机组俯仰移动，通过设有方位伺服机构控制所述摄像机组左右移动；
全景拼接装置包括设于所述旋转观测装置下方的视频监控台和均布设于所述视频监控台下方的多个全景拼接可见光摄像机，各全景拼接可见光摄像机之间夹角为30°，且各全景拼接可见光摄像机均通过方位调节机构进行调节；
系统控制装置包括伺服控制模块、电源控制模块及通信传输模块，所述伺服控制模块执行对俯仰伺服机构和方位伺服机构的控制，所述电源控制模板对各模块电源分配管理，所述通讯传输模块执行数据的通讯传输；
所述系统软件模块包括基础设置单元、设备管理单元、全景拼接单元、运动检测单元、目标跟踪单元及联动报警单元。
优选的是，相邻两全景拼接可见光摄像机的视场角均具有大于5%的视场重叠区。
所述全景拼接可见光摄像机具有12个，均匀分布在所述视频监控台的下方。
一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪的实施方法，其特征在于包括以下步骤：
1）启动运行后，通过方位调节结构对12个全景拼接可见光摄像机进行位置调节定位，水平间隔角为30°，俯仰角调整范围在-30°～30°，使各全景拼接可见光摄像机俯仰角度一致，视场中心点在同一纬度线上；
2）定位旋转观测装置的水平旋转零度值，以此为标定，确定12个全景拼接可见光摄像机的方位值，对各全景拼接可见光摄像机进行标号，将方位值和全景拼接可见光摄像机标号传输给系统软件模块；
3）通过系统软件模块中的全景拼接单元对12个全景拼接可见光摄像机采集的实时图像进行全景拼接，生成360°全景拼接画面，并根据摄像机方位值，对图像进行区域划分；
4）通过系统软件模块中的运动检测单元在生成的360°全景拼接画面中进行运动目标检测，对检测到的目标自动捕获分析，进行方位标定，将方位值传输给旋转观测装置；
5）按方位值控制旋转观测装置中的俯仰伺服机构和方位伺服机构进行方位和俯仰旋转，通过系统软件模块的目标跟踪单元控制长焦可见光摄像机或红外热成像摄像机锁定画面运动目标，进行运动目标跟踪，同时对目标实现焦点式自动跟踪放大；
6）在联动报警单元中进行报警规则设置，定义报警阈值；对采集视频流进行智能分析图像处理，检测异常行为报警事件；启动报警响应，进行报警信息上传。
本发明为上中下塔式结构，采用多摄像机进行360°全景实时拼接，在360°全景实时拼接画面中进行运动目标检测，伺服电机带动长焦可见光摄像机或红外热成像摄像机进行旋转，实现运动目标跟踪。
本发明具有全景实时拼接，运动目标检测，智能识别跟踪，多摄像机联动响应等多种功能，在视频监控对目标跟踪时，不仅可以对目标实现焦点式自动跟踪放大监控，还可以同时进行360°全景实时拼接，解决了在跟踪目标时形成视频盲区的缺陷，实现了单台监控设备在进行目标跟踪的同时，还可以进行全角度视频监控的目的，适用于大面积视频监控区域，可应用于高空瞭望、要地防卫、边境防御、机场港口等场景。
附图说明
下面结合附图和实施例，对本发明的结构和特征作进一步描述。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的软硬件组成示意图。
图3是本发明的工作原理流程图。
图4是本发明的全景拼接流程图。
图5是本发明的目标检测流程图。
图6是本发明的目标跟踪流程图。
图7是本发明的局部放大流程图。
图8是本发明的报警响应示意图。
图1中，1.长焦可见光摄像机；2.红外热成像摄像机；3.俯仰伺服机构；4.方位伺服机构；5.全景拼接可见光摄像机；6.系统控制装置，7.旋转观测装置；8.全景拼接装置。
具体实施方式
为说明本发明的技术内容、构造特征以及所实现的目的和效果，具体实施例包括如下步骤：
1）本发明的实施例采用上中下塔式结构，整体结构设计，紧凑简单，实用性强；旋转观测装置集长焦可见光摄像机和红外热成像摄像机于一体，采用自主设计的光栅式多光谱平行光管系统实现光轴一致性调节；采用球体设计，具有良好的抗风性；采用分体式模块化设计，预留焦距500mm长焦可见光镜头安装位置，可以根据应用需求选择不同的镜头进行匹配；采用气密性设计，设备可达到IP66等级；
2）旋转可视范围大，伺服控制精度高：方位角度可达：0°～360°，俯仰角度可达：-50°～+60°；采用高精度码盘设计，可实现0.001°位置精度定位；采用高精度测速电机，系统回转速度可达0.01°/s；采用宽动态设计，系统带宽大，响应速度快，最大加速度可达500°/s2；采用轮廓设计和复合PID控制算法，可保证伺服系统延迟低，静态误差小；
3）全景拼接：获取多可见光摄像机视频图像，并进行特征点提取及匹配，根据匹配的特征点计算仿射变换矩阵；利用上一步计算的矩阵进行图像拼接处理，实时显示拼接图像；为了提高拼接速度，采用多线程同步方案进行处理，两幅图像一组进行特征提取、特征匹配和仿射变换矩阵计算，最后图像融合拼接；特征点提取使用SIFT方法，特征匹配采用RANSAC参数估计方法，图像融合采用加权平均法，视频拼接速率可达20fps；
4）目标检测：采用背景减除法和帧差法相结合的方案，确定目标焦点，提高目标检测的准确度和实时性，通过三帧帧差运算得到图像中的运动区域；在求取的运动区域内运用三帧帧差图像和背景减除图像的逻辑或操作，得到高精度、比较完整的前景图像：
其中：为三帧帧差法的二值图像，为背景减除法得到的前景图像；
5）目标跟踪：采用Kalman 滤波和SURF特征相结合的方法，首先确定跟踪目标，检测出区域内的动目标后，采用 SURF 算子进行特征提取，选取特征点最多的目标作为跟踪目标；在目标预测阶段，构建一个基于目标定位的搜索区域，通过Kalman 滤波算法获取下一帧目标可能出现的大致方位，在这个局部区域进行目标的搜索定位，将大大减少运算时间和提高跟踪的鲁棒性；SURF 特征点匹配时，采用最近邻匹配法去除误匹配点和定位目标的算法，通过设置阈值的方式，判定特征点是否匹配成功，同时在基于 SURF 的定位后，由于搜索区域中的相似特征点或目标会导致偶然的错误匹配情况，采用直方图匹配方法进一步排除错误目标，实现目标定位；
6）目标局部放大：确定鼠标划出确定的矩形大小和位置，将矩形区域的中心点作为放大区域的中心点，并将其移至窗口当前视区的中心（实际上是重设相机的焦点位置）；用矩形的两条边与视区矩形相对应的两条边做比，将较大的那个比值用作放大比例的基值，将整个图形放大至适当比例，将所选区域平移至视区中心位置；源矩形与目的矩形大小之比，决定图象的缩放倍数，可实现无限次放大；
7）报警响应：在联动报警单元中进行报警规则设置，定义报警阈值；对采集视频流进行智能分析图像处理，检测异常行为报警事件；启动报警响应，进行报警信息上传。
以上所描述的仅为本发明的较佳实施例，上述具体实施例不是对本发明的限制，凡本领域的普通技术人员根据以上描述所做的润饰、修改或等同替换，均属于本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，其特征在于：包括分别设于前端且自上而下设置的旋转观测装置、全景拼接装置及系统控制装置和设于后端的系统软件模块；所述旋转观测装置包括镜头控制模块和摄像机组，所述摄像机组设有相互配合工作的长焦可见光摄像机和红外热成像摄像机，所述镜头控制模块通过设有俯仰伺服机构控制所述摄像机组俯仰移动，通过设有方位伺服机构控制所述摄像机组左右移动；全景拼接装置包括设于所述旋转观测装置下方的视频监控台和均布设于所述视频监控台下方的多个全景拼接可见光摄像机，各全景拼接可见光摄像机之间夹角为30°，且各全景拼接可见光摄像机均通过方位调节机构进行调节；系统控制装置包括伺服控制模块、电源控制模块及通信传输模块，所述伺服控制模块执行对俯仰伺服机构和方位伺服机构的控制，所述电源控制模板对各模块电源分配管理，所述通讯传输模块执行数据的通讯传输；所述系统软件模块包括基础设置单元、设备管理单元、全景拼接单元、运动检测单元、目标跟踪单元及联动报警单元。
2.根据权利要求1所述的旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，其特征在于：相邻两全景拼接可见光摄像机的视场角均具有大于5%的视场重叠区。
3.根据权利要求1所述的旋转式全景焦点识别光电跟踪仪，其特征在于：所述全景拼接可见光摄像机具有12个，均匀分布在所述视频监控台的下方。
4.一种旋转式全景焦点识别光电跟踪仪的实施方法，其特征在于包括以下步骤：
1）启动运行后，通过方位调节结构对12个全景拼接可见光摄像机进行位置调节定位，水平间隔角为30°，俯仰角调整范围在-30°～30°，使各全景拼接可见光摄像机俯仰角度一致，视场中心点在同一纬度线上；
2）定位旋转观测装置的水平旋转零度值，以此为标定，确定12个全景拼接可见光摄像机的方位值，对各全景拼接可见光摄像机进行标号，将方位值和全景拼接可见光摄像机标号传输给系统软件模块；
3）通过系统软件模块中的全景拼接单元对12个全景拼接可见光摄像机采集的实时图像进行全景拼接，生成360°全景拼接画面，并根据摄像机方位值，对图像进行区域划分；
4）通过系统软件模块中的运动检测单元在生成的360°全景拼接画面中进行运动目标检测，对检测到的目标自动捕获分析，进行方位标定，将方位值传输给旋转观测装置；
5）按方位值控制旋转观测装置中的俯仰伺服机构和方位伺服机构进行方位和俯仰旋转，通过系统软件模块的目标跟踪单元控制长焦可见光摄像机或红外热成像摄像机锁定画面运动目标，进行运动目标跟踪，同时对目标实现焦点式自动跟踪放大；
6）在联动报警单元中进行报警规则设置，定义报警阈值；对采集视频流进行智能分析图像处理，检测异常行为报警事件；启动报警响应，进行报警信息上传。
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