CN108257146A - 运动轨迹显示方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种运动轨迹显示方法及装置，涉及视频监控技术领域，包括：获取图像序列和预设绘制的平面地图；在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标；根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标；根据多个三维坐标确定目标运动对象在平面地图中的运动轨迹；显示目标运动对象在平面地图中的运动轨迹。本发明提供的一种运动轨迹显示方法及装置，可以将视频中目标运动对象的运动情况，通过投影变换正射投影到平面地图上进行显示，使监控人员可以清楚地看到目标运动对象在平面地图中的位置变化情况，无需浏览大量视频数据，节省人力物力。
Description
技术领域
本发明涉及视频监控技术领域，尤其是涉及一种运动轨迹显示方法及装置。
背景技术
目前，视频监控被广泛应用于各种领域，已经渗透到我们身边的角角落落。视频监控对于智能化的城市管理、打击犯罪违法行为和建设智慧城市与平安城市举足轻重。随着计算机技术的快速发展，使得获取和存储数据的能力飞速增长，视频监控系统也快速普及，但伴随而来的问题是爆炸式增长的视频数据。因此，在现有的视频监控中，当需要对视频中的运动目标进行跟踪时，监控人员需要对海量视频数据进行处理、存储和分析，需要浏览的信息量巨大，对人力物力的消耗非常巨大。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种运动轨迹显示方法及装置，以缓解了利用现有的视频监控对目标运动对象进行跟踪时，需要浏览巨大信息量，耗时耗力的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种运动轨迹显示方法，包括：
获取图像序列和预设绘制的平面地图；
在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标；
根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标；
根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹；
显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标之前，包括：
对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧，包括：
根据减背景法对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到去除噪声干扰的多个图像帧；
对去除噪声干扰的多个图像帧进行非团状目标去除和小目标去除处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标，包括：
在每个满足预设条件的图像中，利用质心法定位目标运动对象；
获取所述目标运动对象在所述图像坐标系中的像素坐标。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
以所述图像帧的左侧边为所述图像坐标系的Y轴；
以所述图像帧的上侧边为所述图像坐标系的X轴。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述方法还包括：
以所述平面地图的左侧边为所述世界坐标系的Y轴；
以所述平面地图的下侧边为所述世界坐标系的X轴。
第二方面，本发明实施例还提供一种运动轨迹显示装置，包括：
获取模块，用于获取图像序列和预设绘制的平面地图；
提取模块，用于在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标；
转化模块，用于根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标；
确定模块，用于根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹；
显示模块，用于显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，所述装置还包括：
处理模块，用于对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
第三方面，本发明实施例还提供一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述程序代码使所述处理器执行所述第一方面所述的方法。
第四方面，本发明实施例还提供一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行第一方面所述的方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：本发明实施例提供的一种运动轨迹显示方法及装置，可以将视频中目标运动对象的运动情况，通过投影变换正射投影到平面地图上进行显示，使监控人员可以清楚地看到目标运动对象在平面地图中的位置变化情况，无需浏览大量视频数据，节省人力物力。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的运动轨迹显示方法的流程示意图；
图2为本发明另一个实施例提供的运动轨迹显示方法的流程示意图；
图3为本发明另一个实施例提供的运动轨迹显示方法的流程示意图；
图4(a)和(b)分别为本发明实施例提供的图像坐标系和平面直角坐标系的示意图；
图5为本发明实施例提供的像片对应的地图范围示意图；
图6为本发明实施例提供的倾斜像片在Y轴方向上的像点位移示意图；
图7为本发明实施例提供的倾斜像片在X轴方向上的像点位移示意图；
图8为本发明另一个实施例提供的运动轨迹显示装置的结构示意图。
图标：
11-获取模块；12-提取模块；13-转化模块；14-确定模块；15-显示模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。
名词解释：
帧差法，是将连续的两帧灰度图像对应像素点的灰度值进行相减，用其差值判断运动区域。帧差法最关键的是阈值的设定，阈值设定过低会产生大量噪声，设定过高会遗漏图像中部分有用的变化区域，影响其检测精度。帧差法主要的优点是算法实现较为简单、运算量小和检测速度快，并且帧差法对光线变化敏感，对背景的变化的适应能力非常好。其缺点为：对移动缓慢的运动物体失效；对与背景颜色一致的物体失效；检测出的运动目标的位置不准确，内部常会出现空洞。
减背景法，应用最为广泛的固定场景下运动目标检测方法，是将每帧处理过后的灰度图像与一张背景的灰度图像每个像元的灰度值对应相减，用其差值来确定变化区域。减背景法检测运动目标的优点与帧差法一样，即算法的实现较为简单，检测速度快，运算量小。其缺点为：精度受背景抖动影响，对背景图像的选取要求高，精度受光照变化影响。
模板匹配法，是从某帧图像中获取匹配目标区域与其他帧图像进行匹配，将模板在整幅图像内进行平移，每一个像素点都要进行匹配，通过灰度值相减运算获取最接近的区域，此区域就定为检测出的运动区域。其优点为：坐标获取方便并较为准确和对指定目标跟踪非常适用；其缺点：为匹配模板要与背景有较明显区分和运算量过大，计算缓慢。
当前，视频监控在我们的生活中扮演着重要的角色，已经渗透到我们身边的角角落落。视频监控对于智能化的城市管理、打击犯罪违法行为、和建设智慧城市与平安城市举足轻重。同时，随着计算机技术的快速发展，使得我们获取数据、存储数据的能力飞速增长，视频监控系统也快速普及，伴随而来的问题是爆炸式增长的视频数据，面对海量视频数据的处理、存储和分析，对人力物力的消耗非常巨大。随着监控视频数据量的不断扩大，对于视频数据的处理、存储、分析构成了巨大挑战，传统的视频监控方法存在着大量的数据浪费，不能够将有用信息进行提取和精炼。
此外，国内国外很多大学，科研机构，安全部门对智能化监控系统展开了大量研究，对人在视频中的运动、交通线路的视频监控、人物行为模式识别和地铁站监控等方面进行了深入地研究，同时也取得了丰硕的成果。尽管在智能监控方面国内外已取得了非常多的成就，但仍然有许多棘手问题有待解决，例如运动目标的识别精度、运动目标的跟踪和目标识别等。
目前，现有的视频监控对目标运动对象进行跟踪时，需要浏览巨大信息量，耗时耗力，基于此，本发明实施例提供的一种运动轨迹显示方法及装置，可以将视频中目标运动对象的运动情况，通过投影变换正射投影到平面地图上进行显示，使监控人员可以清楚地看到目标运动对象在平面地图中的位置变化情况，无需浏览大量视频数据，节省人力物力。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种运动轨迹显示方法进行介绍。
如图1所示，本发明的一个实施例中，提供了一种运动轨迹显示方法，包括以下步骤。
S101，获取图像序列和预设绘制的平面地图。
S102，在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标。
具体的，如图2所示，当获取到图像序列后，对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，处理方法包括以下步骤。
S201，根据减背景法对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到去除噪声干扰的多个图像帧。
S202，对去除噪声干扰的多个图像帧进行非团状目标去除和小目标去除处理，得到满足预设提取条件(即满足运动目标检测和坐标获取要求)的多个图像帧。
如图3所示，在得到满足预设提取条件的多个图像帧后，提取所述目标运动对象在图像坐标系中的像素坐标的步骤如下。
S301，在每个满足预设条件的图像中，利用质心法定位目标运动对象。
S302，获取所述目标运动对象在所述图像坐标系中的像素坐标。
具体的，所述图像坐标系是以所述图像帧的左侧边为所述所述图像坐标系的Y轴，以所述图像帧的上侧边为所述所述图像坐标系的X轴。
S103，根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标。
具体的，所述世界坐标系是以所述平面地图的左侧边为所述世界坐标系的Y轴，以所述平面地图的下侧边为所述世界坐标系的X轴。
S104，根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
S105，显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
发明实施例提供的一种运动轨迹显示方法，可以将视频中目标运动对象的运动情况，通过投影变换正射投影到平面地图上进行显示，使监控人员可以清楚地看到目标运动对象在平面地图中的位置变化情况，无需浏览大量视频数据，节省人力物力。
以下以举例方式说明本发明实施例提供的运动轨迹显示方法的具体过程：
1、基于减背景法对图像进行处理，减少噪音，去除干扰物，尽可能地准确的提取出运动的行人。其中，减背景法的阈值选择是关键，经过实验验证对比，阈值设置为30比较合理，虽然有噪声但对运动人物的保留比较完整。在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。
之后去除非团状的线性干扰物，去除非团状目标可以有效地去除经减背景法处理后得图像中的线性元素，更好地提取真实运动目标。具体操作是首先创建一个圆盘模型，然后对图像进行运算，即将圆盘模型去和每一个检测出的变化区域进行比较，能将圆盘模型包含的保留，不能将圆盘模型包含的区域删除。其中，经实验验证，最终选择半径为2的圆盘模型进行处理。
最后再去除图像中的小目标，去除小目标是图像处理的最后一步，由于需要检测的运动目标一般比较大，故可以将面积较小的区域删除掉，只保留面积较大的区域，方便下一步获取运动人物的坐标。其中，经实验验证，最终选择去除小于200像素的目标区域。
2、运动目标坐标获取和转换。
运动目标的图像坐标的获取是行人线路地图表达的关键，只有获取了运动目标在图像中的位置才能将其坐标在平面地图上进行投影变换。
获取运动目标在图标坐标系的坐标，首先要获取结果图像中每个目标的面积和质心，最大面积的目标就是运动目标(即运动行人)。即先对图像中的每一个连通区域标号，然后获取每个连通区域的面积属性和质心位置，然后将最大面积定义为运动行人，获取最大面积的连通区域的质心位置，即运动目标的坐标。
由于图像坐标和平面直角坐标系第一象限坐标不同，因此需要对坐标进行变换。如图4(a)所示，图像坐标系是在图像中以左上角为原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴；如图4(b)所示，而平面直角坐标系为左下角为原点，水平方向为X轴，竖直方向为Y轴。在图像中获得的质心位置(x0，y0)，因为图像长宽像素分别为640像素和360像素，所以转换之后在平面直角坐标系中的坐标为(x0，360-y0)。
3、运动行人坐标投影计算。
因摄像机画面为中心投影，所以当像片倾斜时，就会发生地面点在像片上构象的点位偏离了应有的正确位置，产生了像点位移，其结果就是影像发生几何畸变，就是行人运动轨迹发生了变形，需要进行校正投影。因此，为了将视频中的运动行人位置坐标的变化投影至地图中，可以根据像片倾斜引起的像点位移规律进行投影校正。
根据像片倾斜引起的像点位移规律，可以发现像片变形发生在X轴和Y轴两个方向上，像片为矩形，但与之对应的地面区域为倒梯形，而预设绘制的地图又为矩形，如图5所示。A代表像片范围，B代表像片所对应地面区域示意图，C代表需要绘制的平面地图区域。
图6为倾斜像片在Y轴方向上的像点位移示意图。如图6所示，S为摄影中心，α角为像片倾角，vi是倾斜像片，vh是与像片对应的地面区域，VH是像片中对应的实际地面区域，SN是摄影中心到地面的高度，NV为摄影中心垂点到相片下边缘的距离，sn的长度设为a，nv的长度设为b。通过测量SN、NV、VH的长度，再根据相似三角形可以得到a、b、vh的比例，再根据像片高度为360像素，可以计算得到a、b、vh的相应长度(以像素为单位)。
图7为是倾斜像片在X轴方向上的像点示意图。如图7所示，S为摄影中心，pq为像片，PQ为像片中对应的地面区域，Sm是像片的垂线段，M为m点对应的地面点，c为Sm的以像素为单位的长度，d为SM的以像素为单位的长度。
之后根据视频中位置进行实际测量，测量像片的上侧边对应地面的实际长度L，再根据图6中VH和vh的比例关系求得与实际长度L对应的所需绘制地图的长l。求得的l作为长方形地图C的长度，图6中的vh为长方形地图C的宽度，绘制出所需的长方形地图C。
由于在倾斜摄影时主光轴、主垂线、像片上下边缘中点与摄影中心S的连线的延长线都在同一平面内，如图6。α角为像片倾角，此角与主光轴和铅垂线的夹角相同。将图像上每一个像素点的位置转换为以左下角为原点，单位长度为一个像素值的平面直角坐标系坐标。将检测出的运动目标的坐标设为(x0，y0)，将转换出的地面坐标定义为以地图的左下角为原点(即世界坐标系)的平面坐标，设为(x，y)。
转换公式如下：
x＝x1+w (8)
其中，w为像片所拍摄的梯形地面，与以梯形长边为基准的矩形地图在x轴方向上的增量，x1为一个中间变量。通过计算最后得到运动目标在地图中的坐标(x，y)。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容，如图8所示，在本发明的另一个实施例中，还提供了一种运动轨迹显示装置，包括：获取模块11、提取模块12、转化模块13、确定模块14和显示模块15。
获取模块11，用于获取图像序列和预设绘制的平面地图。
提取模块12，用于在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标。
转化模块13，用于根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标。
确定模块14，用于根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
显示模块15，用于显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
在前述实施例的基础上，所述装置还包括：处理模块，用于对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述程序代码使所述处理器执行所述运动轨迹显示方法。
在本发明的另一个实施例中，还提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行所述所述运动轨迹显示方法。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
本发明实施例所提供的运动轨迹显示方法及系统的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统和装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种运动轨迹显示方法，其特征在于，包括：
获取图像序列和预设绘制的平面地图；
在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标；
根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标；
根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹；
显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
2.根据权利要求1所述的运动轨迹显示方法，其特征在于，在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标之前，包括：
对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
3.根据权利要求2所述的运动轨迹显示方法，其特征在于，对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧，包括：
根据减背景法对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到去除噪声干扰的多个图像帧；
对去除噪声干扰的多个图像帧进行非团状目标去除和小目标去除处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
4.根据权利要求3所述的运动轨迹显示方法，其特征在于，在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标，包括：
在每个满足预设条件的图像中，利用质心法定位目标运动对象；
获取所述目标运动对象在所述图像坐标系中的像素坐标。
5.根据权利要求4所述的运动轨迹显示方法，其特征在于，所述方法还包括：
以所述图像帧的左侧边为所述图像坐标系的Y轴；
以所述图像帧的上侧边为所述图像坐标系的X轴。
6.根据权利要求5所述的运动轨迹显示方法，其特征在于，所述方法还包括：
以所述平面地图的左侧边为所述世界坐标系的Y轴；
以所述平面地图的下侧边为所述世界坐标系的X轴。
7.一种运动轨迹显示装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取图像序列和预设绘制的平面地图；
提取模块，用于在所述图像序列的多个满足预设提取条件的图像帧中提取目标运动对象的像素坐标；
转化模块，用于根据预设的图像坐标系与世界坐标系之间的转换关系，将图像坐标系中的各所述像素坐标转化为世界坐标系中的三维坐标；
确定模块，用于根据多个所述三维坐标确定所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹；
显示模块，用于显示所述目标运动对象在所述平面地图中的运动轨迹。
8.根据权利要求7所述的运动轨迹显示装置，其特征在于，所述装置还包括：
处理模块，用于对所述图像序列中的多帧图像进行背景处理，得到满足预设提取条件的多个图像帧。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至6任一所述的方法。
10.一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，其特征在于，所述程序代码使所述处理器执行所述权利要求1至6任一所述的方法。
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