CN108847026A - 一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于城市交通技术领域，具体涉及一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法。本方法包括以下步骤：通过雷达监视器与监控摄像机获取实时监控信息；设置至少四个雷达目标参考点以及与之一一对应的视频画面参考点，并计算出转换矩阵；进行雷达监控目标的坐标变换，获取转换坐标；在实时的视频画面上绘制车辆速度标签以及车辆外框信息。本方法采用矩阵坐标转换的方式，实现了雷达设备与摄像机监控设备的结合使用，从而可用于解决实时监控视频不具有计算功能和无法适时感知车辆的实时速度、位置信息的问题，并能更加直观的采集道路车辆的违法行为，简化交警的执法难度，并为日后的违法行为查证提供了强有力的证据。

Description

一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法

技术领域

本发明属于城市交通技术领域，具体涉及一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法。

背景技术

在城市交通业务领域，摄像头作为一种应用广泛的监控设备，可实时监控路口的车辆通行情况，配合存储设备还可以提供录像功能，从而方便日后对交通违法行为查证提供证据。但是实时视频并不具有计算功能，通过视频监控画面，我们仅能看出道路的车辆通行和拥堵情况等信息，却无法实时的感知车辆的实时速度、位置等，从而给城市交通管理带来困扰。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种使用便捷可靠的基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法。本方法采用矩阵坐标转换的方式，实现了雷达设备与摄像机监控设备的结合使用，从而可用于解决实时监控视频不具有计算功能和无法适时感知车辆的实时速度、位置信息的问题，并能更加直观的采集道路车辆的违法行为，简化交警的执法难度，并为日后的违法行为查证提供了强有力的证据。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、通过雷达监视器与监控摄像机获取实时监控信息；

2)、设置至少四个雷达目标参考点，并利用两个向量空间之间的仿射变换，获得与雷达目标参考点数目一致的视频画面参考点，并计算出转换矩阵；

3)、根据上述转换矩阵，进行雷达监控目标的坐标变换，并获取转换坐标；

4)、在实时的视频画面上绘制一个长宽值与视频框相等的背景透明的控件，根据转换坐标在控件上绘制车辆速度标签以及车辆外框信息，从而实现雷达数据与实时视频数据的叠加融合功能。

优选的，所述步骤2)中，所述雷达目标参考点以及视频画面参考点均为四个，获取步骤及转换矩阵计算方式如下：

(1)将雷达监控数据、实时视频监控数据传至后台服务器；

(2)以雷达的采集端投影到路面的交点为原点，可通过车辆目标的俯仰角、距离信息而计算出目标相对于雷达的投影坐标的X、Y值，从而确定雷达监视器的平面坐标系坐标；

(3)在雷达平面标绘场景中，标记出四个参考点A、B、C、D，坐标分别为A(xa，ya)，B(xb，yb)，C(xc，yc)，D(xd，yd)，同理在实时的视频画面中对应标记出四个点A’、B’、C’、D’，坐标分别为A’(xa’，ya’)，B’(xb’，yb’)，C’(xc’，yc’)，D’(xd’，yd’)；

(4)根据四点对应关系，得到下述转换矩阵：

在获得上述转换矩阵后，再进行所述步骤3)中的雷达监控目标坐标的变换，变换公式如下：

其中，u,v分别为当前雷达目标的横坐标和纵坐标，变换后的坐标为x’/z’和y’/z’，即下列表达式中的x和y：

本发明的有益效果在于以下几点：

通过上述方案，本发明首先将经过监控点的目标车辆信息传至后台分析保存，再将经过监控点的雷达监控目标信息通过计算得到转换矩阵，之后将雷达监控目标坐标通过变换公式变换得到变换后的坐标，最后在实时监控视频中绘制出一个长宽与实时视频相等的透明背景控件，并在控件上绘制车辆速度标签及车辆外框信息，从而完成雷达数据、视频数据的叠加融合功能。上述方式可有效解决传统实时视频无计算功能的问题，并在此基础之上实现车流量、平均速度等统计分析功能，从而更加直观的采集道路车辆的违法行为。甚至可通过对一些关键指标的设置，进而实现自动化的车辆违规告警功能，如超速、违规变道、违规停车等行为，进而简化交警的执法难度，并为日后的违法行为查证提供强有力的证据。

附图说明

图1为本发明的工作流程框图；

图2为实施例1中真实空间绘制的平面坐标系图及真实空间的实时视频监控画面图。

具体实施方式

为便于理解，此处结合图1，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：

本发明的具体方法流程参照图1所示，包括在指定区域内布置雷达监视器与监控摄像机，实现对道路车辆信息情况实时监控的功能；并在此基础上，对于实时监控视频中不具有计算功能和无法感知车辆的实时速度、位置等信息的现实情况，从而通过转换矩阵来使雷达监测目标的坐标与视频画面中元素的自定义坐标一一对应。之后，在实时视频的画面上绘制一个背景透明的控件，将雷达探测的车辆信息叠加融合至实时监控视频中，达到更加直观的采集道路车辆的情况，实现对车流量、平均速度等统计分析功能，最后通过设置关键指标，实现对违规车辆的告警功能。

本发明所采用的基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法对实时视频进行叠加的具体步骤如下：

1.车辆信息采集

将经过监控点的目标车辆的雷达数据信息和视频监控信息进行采集，并传至后台分析保存。

2.计算矩阵

在雷达平面标绘场景中，标记出四个参考点A、B、C、D，坐标分别为A(xa，ya)，B(xb，yb)，C(xc，yc)，D(xd，yd)。同理在实时视频画面中也标记出四个点A’、B’、C’、D’，坐标分别为A’(xa’，ya’)，B’(xb’，yb’)，C’(xc’，yc’)，D’(xd’，yd’)，这四个参考点在空间上属于一一对应关系，且四个点刚好能决定一个平面。当然，实际操作时，更可通过实地测量道路参考点来进一步提升转换精度。

在获得各参考点后，根据四点对应关系，得到转换矩阵，矩阵表示形式如下所示：

3.转换坐标

对雷达监控目标坐标变换，并获取转换坐标，其变换公式如下：

其中，u,v分别为当前雷达目标的横坐标和纵坐标，变换后的坐标为x’/z’和y’/z’，即下列表达式中的x和y：

4.叠加融合

将雷达监控目标坐标通过变换公式变换得到变换后的坐标，在实时监控视频中绘制出一个长宽与实时视频相等的透明背景控件，根据转换坐标在控件上绘制车辆速度标签、车辆外框甚至更多可通过雷达所获取的信息，即可完成雷达数据、视频数据的叠加融合功能。

为便于进一步理解本发明，此处给出如下具体实施例：

实施例1：

实验地点：合肥高新技术开发区香樟大道与银杏路交口；

实验步骤：

1)、图2左侧图为真实空间绘制的平面坐标系图。坐标原点为画面中由下向上逐渐发散的三条细线的交汇处。在平面坐标系中分别设置四个参考点A、B、C、D，并拖动至图中所示的四个位置，并获得坐标如下：

A：(0.00,25.00)、B：(-0.60,75.00)、C：(6.30,75.00)、D:(6.30,25.00)。

2)、图2右侧为真实空间的实时视频监控画面图。坐标原点为监控画面左下角。同样，在视频监控画面中也分别设置四个参考点A、B、C、D，并分别拖动图中所示位置。此时，请确保右侧图所示视频画面中的四个参考点位置，与左侧图所示平面坐标中的四个参考点位置在真实空间上一一对应，这样才能保证计算出来的矩阵系数更加准确。坐标系统计算方式为：参考点X轴像素坐标/监控画面宽度，参考点Y轴坐标/监控画面高度，从而获得坐标系数如下：

A’：(0.15,0.77)、b’：(0.24,0.20)、C’：(0.74,0.20)、D’:(0.97,0.77)。

图2右侧为真实空间的实时视频监控画面图，因软件编程影响，因此仍采用的A、B、C、D来标注，此处加以说明。

3)、由上两步中八个点的坐标通过数据矩阵模型可以得出同一空间下的矩阵变化系数为：

现在雷达设备检测到一个目标P，并给出了其相对于平面坐标系的坐标为(75，3.7)，带入如下矩阵公式：

带入如下公式

可计算出该目标相对于上图中实时监控画面的坐标为：(0.43,0.70)，并根据此坐标在右侧的画面中绘制一个红色矩形框，由图可看出红色矩形框与目标实现重叠，从而完成雷达数据、视频数据的叠加融合功能。

Claims (2)

1.一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、通过雷达监视器与监控摄像机获取实时监控信息；

2)、设置至少四个雷达目标参考点，并利用两个向量空间之间的仿射变换，获得与雷达目标参考点数目一致的视频画面参考点，并计算出转换矩阵；

3)、根据上述转换矩阵，进行雷达监控目标的坐标变换，并获取转换坐标；

4)、在实时的视频画面上绘制一个长宽值与视频框相等的背景透明的控件，根据转换坐标在控件上绘制车辆速度标签以及车辆外框信息，从而实现雷达数据与实时视频数据的叠加融合功能。

2.根据权利要求1所述的一种基于矩阵坐标转换实现数据叠加显示的方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述雷达目标参考点以及视频画面参考点均为四个，获取步骤及转换矩阵计算方式如下：

(1)将雷达监控数据、实时视频监控数据传至后台服务器；

(2)以雷达的采集端投影到路面的交点为原点，可通过车辆目标的俯仰角、距离信息而计算出目标相对于雷达的投影坐标的X、Y值，从而确定雷达监视器的平面坐标系坐标；

(3)在雷达平面标绘场景中，标记出四个参考点A、B、C、D，坐标分别为A(xa，ya)，B(xb，yb)，C(xc，yc)，D(xd，yd)，同理在实时的视频画面中对应标记出四个点A’、B’、C’、D’，坐标分别为A’(xa’，ya’)，B’(xb’，yb’)，C’(xc’，yc’)，D’(xd’，yd’)；

(4)根据四点对应关系，得到下述转换矩阵：

在获得上述转换矩阵后，再进行所述步骤3)中的雷达监控目标坐标的变换，变换公式如下：

其中，u,v分别为当前雷达目标的横坐标和纵坐标，变换后的坐标为x’/z’和y’/z’，即下列表达式中的x和y：