CN107645646A - 一种区域监控系统实现方法 - Google Patents

Abstract

一种区域监控系统实现方法，特别是在城市重要路段或重点部位采取组合式布设监控探头的系统实现方法。监控系统硬件组成包括监控探头(1)、数据网络、中心控制机和显示器。通过统一设计，固定监控探头(1)的安装参数，计算将监控探头(1)的监控图像实时投影到地理信息图像的对应位置上，实现基于地理信息图像上对监控区域的所有监控图像的拼接融合，支持在监控区域内对运动目标的追踪，实现监控目标始终保持在显示画面的中心位置，而只有除监控目标外的街道两侧的地理信息和其它运动目标图像向监控目标运动方向的反向相对移动，监控画面稳定不跳跃。

Description

一种区域监控系统实现方法

技术领域

一种通过光学采集影像的监控系统，特别是在城市重要路段或重点部位采 取组合式布设监控探头的系统。

背景技术

目前城市监控系统采用在重要路段或重点部位布设监控探头的方式。监控 系统包括监控探头、数据网络、中心控制机、显示屏幕；传统的监控系统采用 一个监控探头为一路，一路输入一个画面的显示形式。当监控目标进入监控区 域时，至少有一个独立的监控探头监测到目标，并且将图像传送到该监控探头 对应的显示器上，由若干个显示器组成显示屏幕；当监控目标进入另外一个监 控区域时，会有另外一个独立的监控探头将监控目标的图像传送到另外一个对 应的显示器上；两个系统之间相互独立，图像相互独立无关联。当监控目标快 速运动经过多个监控探头监测区域时，需要观测者在多个显示器上查看，由于 相邻的监控探头所对应的显示器不相邻，观测者在追踪运动目标时，需要从一 个显示器画面跳跃到另一个显示器画面，有时因为显示器排列的不同，会产生 画面的断续不连贯。

根据当前跟踪监控的要求，有需要在全城范围内追踪运动目标时，首先，在 城市区域的电子交通图上，定位出各个监控探头的具体位置点，对其进行编号 标注并将各监控探头叠加到电子交通图上；其次，当发现追踪运动目标到达某 监控探头的监控区域时，从中心控制机上调出该号监控探头的实时画面，当追 踪运动目标离开该监控探头的监控区域时，再从中心控制机上调出下一相邻探 头的实时画面。同样，观测者在追踪运动目标时，需要从一个显示器画面跳跃 到另一个显示器画面，有时因为显示器排列的不同，会产生画面的断续不连贯。 而且，有些同志对二维的电子交通图观察不习惯，需要将街道还原成三维图像， 再在三维图像上叠加定位出在追踪的运动目标位置。

另外，传统监控系统因建设时间、厂家品牌、施工条件等因素不同，导致监 控探头布置点高度、角度、距离、分辨率、像素、色彩等参数不同，因此有些 监控区域图像重叠，造成监控资源浪费；有些区域未监控到位，产生监控盲点。

发明内容

本发明为实现城市监控系统的布局优化和监控过程的观测连贯，采用了以 下技术方案。

监控系统硬件组成包括监控探头、数据网络、中心控制机和显示器。

监控探头：探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度A3、绕光轴 旋转角度A4，探头安装高度为H，探头分辨率像素宽T、像素高S，探头与相 邻探头的布置间距为L；

中心控制机：由软件进行信息获取、信息计算和信息处理；

1、各监控探头的监控图像按照固定采集频率送中心控制机；

2、中心控制机根据输入指令要求调取指定区域的城市地理信息，并将各监 控探头图像信息与城市地理信息按照实际定位的需要进行融合；对各监控探头 的图像进行裁剪、校正、拼接、纹理等处理；并将多个监控探头的监控图像进 行统一区域的同步叠加显示，使该区域如同一个监控显示画面；

3、根据监控运动目标的运动速度对该区域的显示画面图像进行区域移动。

系统实现：

步骤一：规划道路上监控探头的布设点：每一个监控探头与相邻监控探头 距离L；监控探头参数为：探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度 A3、绕光轴旋转角度A4，探头分辨率像素宽T、像素高S，探头安装高度为H；

步骤二：提取各有关监控探头监控区域内的地理信息图像，并将该地理信 息图像统一显示在屏幕墙上；

步骤三：再提取监控区域内的各有关监控探头T时刻图像信息，结合监控 探头的探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度A3、绕光轴旋转角度 A4、探头高度H，探头分辨率像素宽T、像素高S，计算投影模型参数，根据投 影参数实现图像上每个像素显示在地理信息图像上的相应位置上，并通过对投 影的图像进行多边形裁剪，使各相邻监控探头之间的监控图像实现无缝衔接， 在地理信息图像基础上实现区域内监控视频的实时拼接融合显示。这时从显示 屏幕上看，监控区域内的监控图像是一幅叠加了地理信息和被监控目标的整体 图像；

步骤四：当系统追踪的目标在运动时，根据该目标的运动方向和运动速度， 在屏幕墙上方划取一排显示区域，将该目标放置在该区域的中心；如果此时目 标以速度V向右侧或左侧运动，这样就会很快移动到显示区域的边缘，需要重 新调整显示区域的整体画面，但如果要求目标始终放置在显示区域的中心点不 动时，则显示画面除向右或向左运动的监控目标不动外，其它静止物体和运动 物体均显示与监控目标作向左或向右的相对运动，即显示屏的显示物体画面向 左或向右面运动。显示屏长度为D，纵坐标显示地面的距离为S，目标速度 V·(D/S)＝V’，其中V’为显示画面移动速度。

本发明通过统一设计，固定了监控探头的间隔距离L，结合探头安装参数： 探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度A3、绕光轴旋转角度A4、探 头分辨率像素宽T、像素高S、探头高度H等投影模型参数，通过计算将探头的 监控图像实时投影到地理信息图像的对应位置上，实现基于地理信息图像上对 监控区域的所有监控图像的拼接融合，同时支持在监控区域内对运动目标的追 踪，通过计算能够得到与运动目标成比例的画面运动距离，通过消除一端显示， 增加另一端等距离显示，实现监控目标始终保持在显示画面的中心位置，而只 有除监控目标外的街道两侧的地理信息和其它运动目标图像向监控目标运动方向的反向相对移动，监控画面稳定不跳跃。

附图说明

图1为监控探头安装方式示意图之一；

图2为显示器显示示意图之一；

图3为显示器显示示意图之二；

图4为显示器显示示意图之三；

图5为监控探头视场角示意图；

图6为监控探头安装水平角度说明；

图7为监控探头安装垂直角度说明；

图8为监控探头绕光轴旋转角度说明；

图9为单路监控探头安装示意图；

图10是本发明三个监控探头为一组的安装示意图；

图11是本发明信息获取、变换和计算完成的信息流程图。

说明：1监控探头，2水平安装角，3垂直安装角，4绕探头光轴旋转角，5探头 安装高度，6监控探头组合。

具体实施方式

实施例1：

步骤一：规划道路上监控探头的布设点。选取监控探头具体型号，探头视 场角A1＝60°，当监控探头采用垂直地面安装方式时，统一水平安装角度 A2＝180°、垂直安装角度A3＝90°、绕光轴旋转角度A4＝0°，探头分辨率像 素宽T＝1920、像素高S＝1080，探头安装高度为H＝20米。每一个监控探头与相 邻监控探头距离L＝30米。使用监控探头视场角A1和探头图像分辨率T、S参 数，计算透视变换矩阵M1(参考：《计算机图形学(第三版)》【美】Donald Hearn M.Pauline Baker电子工业出版社P3087.8.5透视变换)。使用监控探头 的安装角度A2、A3、A4，计算坐标旋转矩阵M2(参考：3D数学基础：图形与 游戏开发P89 8.2.23D中绕坐标轴旋转)。计算监控图像上的某个像素位置Pt1 在变换后在空间中的目标位置Pt2，通过乘以变换矩阵实现：Pt2＝Pt1*M1* M2。

步骤二：根据前期测量生成三维地图数据库，结合三维地图引擎，确定监 控探头在三维地图中的经纬度和高层信息，正确展示当前区域三维电子地图， 并通过形象的监控探头的图标，在地图上标示出监控探头在地图上的位置；当 确定需要显示的监控区域和监控探头初始点时，调取该初始点的地理信息图像， 将该地理信息图像显示在屏幕墙上；以监控探头的坐标位置点P为射线的起点， 目标坐标Pt2为射线方向，计算得到射线与地平面相交的点Pt3。参考射线与平 面相交计算：

http：//www.cnblogs.com/graphics/archive/2009/10/17/1585281.html。

步骤三：根据道路监控探头的IP和端口信息，通过ONVIF协议获取监控 探头视频码流，解码得到T时刻的一帧图像信息，结合监控探头的探头视场角 A1＝60°、水平安装角度A2＝0°、垂直安装角度A3＝90°、绕光轴旋转角度 A4＝0°、探头分辨率像素宽T＝1920、像素高S＝1080，探头高度H＝20米，计 算投影模型参数，具体步骤如图11，根据投影参数实现监控图像上每个像素显 示在地理信息图像上的相应位置上，并通过对投影的图像进行多边形裁剪，使 各相邻监控探头之间的监控图像实现无缝衔接，在地理信息图像基础上实现区 域内监控视频的实时拼接融合显示。这时从显示屏幕上看，监控区域内的监控 图像是一幅叠加了地理信息和被监控目标的整体图像；对Pt3位置点进行着色： 读取监控图像像素点Pt1上的颜色值C，将Pt3位置上像素赋值颜色值为C。

步骤四：当被追踪的目标运动时，根据该目标的运动方向和运动速度，将 该目标放置在一排显示区域的中心；此时目标以速度V＝10米/秒向右侧运动， 要求目标始终放置在显示画面的中心点不动时，则显示画面除向右运动的监控 目标不动，其它静止物体和运动物体均显示与监控目标向左的相对运动，即显 示屏的显示物体画面向左面运动。显示屏长度为D＝5米，纵坐标显示地面的距 离为S＝500米，V’＝10·(5/500)＝0.1米/秒，其中V’为显示画面移动速度。

实施例2：

步骤一：规划道路上监控探头的布设点。选取监控探头具体型号，每一组 监控探头由三个监控探头组成，分别为监控探头T1、监控探头T2、监控探头 T3，如图10所示。探头T1的视场角A1＝60°，探头T1的水平安装角度A2＝180°、 探头T1垂直安装角度A3＝30°、探头T1绕光轴旋转角度A4＝0°，探头T1分 辨率像素宽T＝1920、像素高S＝1080，探头T1安装高度为H＝20米；探头T2 的视场角A1＝60°，探头T2的水平安装角度A2＝180°、探头T2垂直安装角度 A3＝90°、探头T2绕光轴旋转角度A4＝0°，探头T2分辨率像素宽T＝1920、 像素高S＝1080，探头T2安装高度为H＝20米；探头T3的视场角A1＝60°，探 头T3的水平安装角度A2＝180°、探头T3垂直安装角度A3＝150°、探头T3 绕光轴旋转角度A4＝0°，探头T3分辨率像素宽T＝1920、像素高S＝1080，探 头T3安装高度为H＝20米；每一组监控探头与相邻组监控探头距离L＝200米；

步骤二：根据前期测量生成三维地图数据库，结合三维地图引擎，确定监 控探头在三维地图中的经纬度和高层信息，正确展示当前区域三维电子地图， 并通过形象的监控探头的图标，在地图上标示出监控探头在地图上的位置；当 确定需要显示的监控区域和监控探头初始点时，调取该初始点的地理信息图像， 将该地理信息图像显示在屏幕墙上；

步骤三：根据道路监控探头的IP和端口信息，通过ONVIF协议获取监控 探头视频码流，解码得到T时刻的一帧图像信息，结合监控探头的探头视场角 A1＝60°、水平安装角度A2＝0°、垂直安装角度A3＝90°、绕光轴旋转角度 A4＝0°、探头分辨率像素宽T＝1920、像素高S＝1080，探头高度H＝20米，计算 投影模型参数，具体步骤如图11，根据投影参数实现图像上每个像素显示在地 理信息图像上的相应位置上，并通过对投影的图像进行多边形裁剪，使各相邻 监控探头之间的监控图像实现无缝衔接，在地理信息图像基础上实现区域内监 控视频的实时拼接融合显示。这时从显示屏幕上看，监控区域内的监控图像是 一幅叠加了地理信息和被监控目标的整体图像；

步骤四：当被追踪的目标运动时，根据该目标的运动方向和运动速度，将 该目标放置在一排显示区域的中心；此时目标以速度V＝10米/秒向右侧运动， 要求目标始终放置在显示画面的中心点不动时，则显示画面除向右运动的监控 目标不动，其它静止物体和运动物体均显示与监控目标向左的相对运动，即显 示屏的显示物体画面向左面运动。显示屏长度为D＝5米，纵坐标显示地面的距 离为S＝500米，V’＝10·(5/500)＝0.1米/秒，其中V’为显示画面移动速度。

Claims (1)

1.一种区域监控系统实现方法，硬件有监控探头、数据网络、中心控制机、显示屏幕，其特征在于：

步骤一：规划道路上监控探头的布设点：统一每一个监控探头与相邻监控探头距离L；测量探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度A3、绕光轴旋转角度A4，探头分辨率像素宽T、像素高S，探头安装高度H，并整理形成数据库；

步骤二：提取数据库中各有关监控探头监控区域内的地理信息图像，并将该地理信息图像作为背景显示在屏幕上；

步骤三：再提取监控区域内的各有关监控探头T时刻图像信息，结合监控探头的探头视场角A1、水平安装角度A2、垂直安装角度A3、绕光轴旋转角度A4、探头高度H，探头分辨率像素宽T、像素高S，计算透视变换矩阵M1，计算坐标旋转矩阵M2，根据监控图像上的某个像素位置Pt1，通过公式Pt2＝Pt1*M1*M2，得到变换后在空间中的目标位置Pt2；以监控探头的坐标位置点P为射线的起点，目标坐标Pt2为射线方向，计算得到射线与地平面相交的点Pt3；

步骤四：当目标以速度V向右侧或左侧运动时，根据显示屏长度D，纵坐标显示地面的距离S；V’为显示画面移动速度；

V’＝V·(D/S)。