CN110087032A - 一种全景式隧道视频监视装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种全景式隧道视频监视装置,包括成像模块、同步触发模块、通信模块、控制处理模块和显示模块;成像模块包括沿行车方向布设于隧道拱顶附近的若干个工业相机,用于连续采集隧道内各划分区间的俯视图像;同步触发模块包括信号发生器和信号分配器,用于产生特定的采集控制信号并同时发送给各工业相机;通信模块与成像模块、控制处理模块连接,用于实现相机配置参数和采集图像数据的实时传输;控制处理模块包括处理器、视频图像输入接口和输出接口和存储器,用于成像模块配置控制以及视频图像接收、全景拼接与存储;显示模块与控制处理模块的视频图像输出接口连接,用于显示隧道内的全景视频监控图像。
Description
技术领域
本发明属于公路隧道运营管理技术,尤其涉及一种全景式隧道视频监视装置及方法。
背景技术
隧道是公路运营管理的特殊路段,交通事故发生率及事故后果严重程度显著高于普通路段。视频监视系统作为公路隧道机电的主要分项设施,在保障隧道运营安全和事故应急处置方面意义重大。
现有公路隧道视频监视系统,普遍由摄像机、通信设备、硬盘录像机和监视器构成。其中,摄像机沿隧道内侧壁安装,镜头光轴与行车方向呈锐角相交以采集摄像机前方路段视频图像。视频图像经通信设备传输到隧道管理所内硬盘录像机处直接压缩存储,同时在大屏幕等监视器上进行显示。
上述视频监视方案在公路隧道运营管理实际中,存在着以下几方面不足:
第一,在隧道内摄像机较多的情况下,监视器上只能显示部分摄像机的实时图像,全部摄像机图像的显示需要人工逐一或自动定时去切换画面,不能将隧道行车区间的所有场景整体、直观地展示出来;
第二,监视器即使能同时显示全部摄像机图像,所显画面也是一幅一幅的孤立场景图像,由于各图像场景间未经融合处理,监视画面内容连贯性差、易懂度低,不便于监视人员快速发现及追踪隧道内的异常情况;
第三,受隧道内摄像机布设及安装方式限制,当前图像处理技术无法对各摄像机图像进行快速而又准确的拼接显示。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的在于提供一种全景式隧道视频监视装置及方法,采用专门的监视装置并借助图像处理技术实现隧道内行车区间的全景式监视与显示。
为达到上述目的,本发明提供如下技术方案:
一方面,本发明提供一种全景式隧道视频监视装置,包括成像模块、同步触发模块、通信模块、控制处理模块和显示模块;
所述成像模块包括沿行车方向布设于隧道拱顶附近的若干个工业相机,用于连续采集隧道内各划分区间的俯视图像;
所述同步触发模块包括信号发生器和信号分配器,用于产生特定的采集控制信号并同时发送给各工业相机;
所述通信模块与成像模块、控制处理模块连接,用于实现相机配置参数和采集图像数据的实时传输;
所述控制处理模块包括处理器、视频图像输入接口和输出接口和存储器,用于成像模块配置控制以及视频图像接收、全景拼接与存储;
所述显示模块与控制处理模块的视频图像输出接口连接,用于显示隧道内的全景视频监控图像。
进一步,所述的各工业相机距隧道路面的安装高度相等,镜头朝下且光轴与隧道路面垂直,相机感光元件的长边与行车方向平行。
进一步,所述工业相机的布设满足以下条件:相邻工业相机的成像视场沿行车方向具有一定重叠,且全部相机的成像视场合并后应覆盖整个隧道的纵向区间。
进一步,所述各工业相机上设有外部触发接口,还包括广角定焦镜头,在相同视场下图像分辨率相等。
另一方面,本发明提供一种基于上述装置的全景式隧道视频监视方法,包括以下步骤:
S1:对各工业相机的畸变系数进行初始标定;
S2:根据隧道内光环境变化特点配置各处工业相机的工作参数,包括曝光模式、曝光时间和感光度;
S3:依据相邻工业相机所采图像在畸变矫正后的重叠情况设定各相机图像的矩形感兴趣区域;
S4:视频监视启动后,同步触发模块每向各工业相机同时发送一次采集控制信号,各工业相机分别采集一次隧道内不同区间的俯视图像Imgorg_1、Imgorg_2、……、Imgorg_n,图像经通信模块实时传输到控制处理模块中;
S5:针对俯视图像Imgorg_m,控制处理模块由已知的畸变系数k1、k2和k3,利用以下坐标变换公式及双线性插值方法求解畸变矫正后的图像Imgche_m,其中m为[1,n]范围内的整数,(xorg,yorg)、(xche,yche)分别是像素在Imgorg_m、Imgche_m中的位置坐标
S6:从图像Imgche_m中提取感兴趣区域图像ROIm,按照从隧道入口到出口的顺序依次将各ROIm拼接成隧道全景图像,其中m为[1,n]范围内的整数;
S7:将全景图像缩放至合适分辨率后直接发送到显示装置进行单行显示;或在全景图像缩放至合适分辨率后,沿图像宽度方向拆分为宽度一定的多幅全景子图,再将全景子图从上往下排列并发送到显示装置进行分行显示;
S8:将全景图像作为一帧数据写入到监控视频文件中长期保存;
S9:重复执行步骤S4~步骤S8,直至当前视频监视任务停止。
进一步,步骤S1包括以下步骤:
S11:在工业相机正前方一定距离处放置矩形标定板,标定板板面充满黑色方格、白色方格沿板长和板高方向均交叉排列的网格图案;
S12:调整标定板与工业相机的相对位置,使板面图案满布工业相机整个视场,板面与镜头光轴垂直,板面长边与相机感光元件的长边平行;
S13:工业相机拍摄标定板获得标定图像;
S14:以标定图像中心点为原点、宽度方向为x轴、高度方向为y轴建立图像坐标系,计算标定图像中每个角点的位置坐标(xorg,yorg);
S15:统计图像中x方向、y方向的方格数ax和ay以及这些方格所占用的像素总数bx和by,计算出每个方格在x方向、y方向应平均占用的像素数bx/ax和by/ay,由此反算标定图像中每个角点的无畸变位置坐标(xche,yche);
S16:由(xorg,yorg)及对应(xche,yche)构成样本集,根据以下公式求解工业相机畸变系数k1、k2和k3的最优解;
进一步,所述S3中,各相机图像的矩形感兴趣区域在高度方向上像素数相等,宽度方向上成像视场连续且正好无重叠。
进一步,所述S4中,同步触发模块发送采集控制信号的时间间隔固定,且各工业相机每秒钟采集图像的次数均不少于15次。
进一步,所述S6中,全景图像拼接时在相邻两幅感兴趣区域图像的拼缝附近采用加权平滑算法进行平滑处理。
本发明的有益效果在于:基于特定的隧道视频监视装置,对隧道内俯视图像进行同步采集、畸变矫正和无缝拼接,能将隧道行车区间的全部场景整体、直观、准确、流畅地展现出来,有利于隧道运营管理单位快速发现和追踪隧道内的异常情况。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作优选的详细描述,其中:
图1为本发明实施例所述全景式隧道视频监视装置的结构示意图;
图2为本发明实施例所述成像模块中工业相机在隧道内的布设与安装示意图;
图3为本发明实施例所述全景式隧道视频监视方法的流程图;
图4为本发明实施例所述工业相机畸变系数初始标定用矩形标定板的板面图案示意图;
图5为本发明实施例所述全景图像的单行显示与分行显示示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式,本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用,本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用,在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是,以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想,在不冲突的情况下,以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中,附图仅用于示例性说明,表示的仅是示意图,而非实物图,不能理解为对本发明的限制;为了更好地说明本发明的实施例,附图某些部件会有省略、放大或缩小,并不代表实际产品的尺寸;对本领域技术人员来说,附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件;在本发明的描述中,需要理解的是,若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制,对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
一方面,本发明提供一种全景式隧道视频监视装置,如图1、图2所示,包括成像模块、同步触发模块、通信模块、控制处理模块和显示模块;
所述成像模块包括沿行车方向布设于隧道拱顶附近的若干个工业相机,用于连续采集隧道内各划分区间的俯视图像;
所述同步触发模块包括信号发生器和信号分配器,用于产生特定的采集控制信号并同时发送给各工业相机;
所述通信模块与成像模块、控制处理模块连接,用于实现相机配置参数和采集图像数据的实时传输;
所述控制处理模块包括处理器、视频图像输入接口和输出接口和存储器,用于成像模块配置控制以及视频图像接收、全景拼接与存储;
所述显示模块与控制处理模块的视频图像输出接口连接,用于显示隧道内的全景视频监控图像。
可选地,所述的各工业相机距隧道路面的安装高度相等,镜头朝下且光轴与隧道路面垂直,相机感光元件的长边与行车方向平行。
可选地,所述工业相机的布设满足以下条件:相邻工业相机的成像视场沿行车方向具有一定重叠,且全部相机的成像视场合并后应覆盖整个隧道的纵向区间。
可选地,所述各工业相机上设有外部触发接口,还包括广角定焦镜头,在相同视场下图像分辨率相等。
另一方面,本发明提供一种基于上述装置的全景式隧道视频监视方法,如图3所示,包括以下步骤:
S1:对各工业相机的畸变系数进行初始标定;
S2:根据隧道内光环境变化特点配置各处工业相机的工作参数,包括曝光模式、曝光时间和感光度;
S3:依据相邻工业相机所采图像在畸变矫正后的重叠情况设定各相机图像的矩形感兴趣区域;
S4:视频监视启动后,同步触发模块每向各工业相机同时发送一次采集控制信号,各工业相机分别采集一次隧道内不同区间的俯视图像Imgorg_1、Imgorg_2、……、Imgorg_n,图像经通信模块实时传输到控制处理模块中;
S5:针对俯视图像Imgorg_m,控制处理模块由已知的畸变系数k1、k2和k3,利用以下坐标变换公式及双线性插值方法求解畸变矫正后的图像Imgche_m,其中m为[1,n]范围内的整数,(xorg,yorg)、(xche,yche)分别是像素在Imgorg_m、Imgche_m中的位置坐标
S6:从图像Imgche_m中提取感兴趣区域图像ROIm,按照从隧道入口到出口的顺序依次将各ROIm拼接成隧道全景图像,其中m为[1,n]范围内的整数;
S7:如图5所示,将全景图像缩放至合适分辨率后直接发送到显示装置进行单行显示;或在全景图像缩放至合适分辨率后,沿图像宽度方向拆分为宽度一定的多幅全景子图,再将全景子图从上往下排列并发送到显示装置进行分行显示;
S8:将全景图像作为一帧数据写入到监控视频文件中长期保存;
S9:重复执行步骤S4~步骤S8,直至当前视频监视任务停止。
可选地,步骤S1包括以下步骤:
S11:如图4所示,在工业相机正前方一定距离处放置矩形标定板,标定板板面充满黑色方格、白色方格沿板长和板高方向均交叉排列的网格图案;
S12:调整标定板与工业相机的相对位置,使板面图案满布工业相机整个视场,板面与镜头光轴垂直,板面长边与相机感光元件的长边平行;
S13:工业相机拍摄标定板获得标定图像;
S14:以标定图像中心点为原点、宽度方向为x轴、高度方向为y轴建立图像坐标系,计算标定图像中每个角点的位置坐标(xorg,yorg);
S15:统计图像中x方向、y方向的方格数ax和ay以及这些方格所占用的像素总数bx和by,计算出每个方格在x方向、y方向应平均占用的像素数bx/ax和by/ay,由此反算标定图像中每个角点的无畸变位置坐标(xche,yche);
S16:由(xorg,yorg)及对应(xche,yche)构成样本集,根据以下公式求解工业相机畸变系数k1、k2和k3的最优解;
可选地,所述S3中,各相机图像的矩形感兴趣区域在高度方向上像素数相等,宽度方向上成像视场连续且正好无重叠。
可选地,所述S4中,同步触发模块发送采集控制信号的时间间隔固定,且各工业相机每秒钟采集图像的次数均不少于15次。
可选地,所述S6中,全景图像拼接时在相邻两幅感兴趣区域图像的拼缝附近采用加权平滑算法进行平滑处理。
最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (9)
1.一种全景式隧道视频监视装置,其特征在于:包括成像模块、同步触发模块、通信模块、控制处理模块和显示模块;
所述成像模块包括沿行车方向布设于隧道拱顶附近的若干个工业相机,用于连续采集隧道内各划分区间的俯视图像;
所述同步触发模块包括信号发生器和信号分配器,用于产生特定的采集控制信号并同时发送给各工业相机;
所述通信模块与成像模块、控制处理模块连接,用于实现相机配置参数和采集图像数据的实时传输;
所述控制处理模块包括处理器、视频图像输入接口和输出接口和存储器,用于成像模块配置控制以及视频图像接收、全景拼接与存储;
所述显示模块与控制处理模块的视频图像输出接口连接,用于显示隧道内的全景视频监控图像。
2.根据权利要求1所述的全景式隧道视频监视装置,其特征在于:所述的各工业相机距隧道路面的安装高度相等,镜头朝下且光轴与隧道路面垂直,相机感光元件的长边与行车方向平行。
3.根据权利要求1所述的全景式隧道视频监视装置,其特征在于:所述工业相机的布设满足以下条件:相邻工业相机的成像视场沿行车方向具有一定重叠,且全部相机的成像视场合并后应覆盖整个隧道的纵向区间。
4.根据权利要求1所述的全景式隧道视频监视装置,其特征在于:所述各工业相机上设有外部触发接口,还包括广角定焦镜头,在相同视场下图像分辨率相等。
5.一种基于权利要求1~4任一所述全景式隧道视频监视装置的全景式隧道视频监视方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1:对各工业相机的畸变系数进行初始标定;
S2:根据隧道内光环境变化特点配置各处工业相机的工作参数,包括曝光模式、曝光时间和感光度;
S3:依据相邻工业相机所采图像在畸变矫正后的重叠情况设定各相机图像的矩形感兴趣区域;
S4:视频监视启动后,同步触发模块每向各工业相机同时发送一次采集控制信号,各工业相机分别采集一次隧道内不同区间的俯视图像Imgorg_1、Imgorg_2、……、Imgorg_n,图像经通信模块实时传输到控制处理模块中;
S5:针对俯视图像Imgorg_m,控制处理模块由已知的畸变系数k1、k2和k3,利用以下坐标变换公式及双线性插值方法求解畸变矫正后的图像Imgche_m,其中m为[1,n]范围内的整数,(xorg,yorg)、(xche,yche)分别是像素在Imgorg_m、Imgche_m中的位置坐标
S6:从图像Imgche_m中提取感兴趣区域图像ROIm,按照从隧道入口到出口的顺序依次将各ROIm拼接成隧道全景图像,其中m为[1,n]范围内的整数;
S7:将全景图像缩放至合适分辨率后直接发送到显示装置进行单行显示;或在全景图像缩放至合适分辨率后,沿图像宽度方向拆分为宽度一定的多幅全景子图,再将全景子图从上往下排列并发送到显示装置进行分行显示;
S8:将全景图像作为一帧数据写入到监控视频文件中长期保存;
S9:重复执行步骤S4~步骤S8,直至当前视频监视任务停止。
6.根据权利要求5所述的全景式隧道视频监视方法,其特征在于:步骤S1包括以下步骤:
S11:在工业相机正前方一定距离处放置矩形标定板,标定板板面充满黑色方格、白色方格沿板长和板高方向均交叉排列的网格图案;
S12:调整标定板与工业相机的相对位置,使板面图案满布工业相机整个视场,板面与镜头光轴垂直,板面长边与相机感光元件的长边平行;
S13:工业相机拍摄标定板获得标定图像;
S14:以标定图像中心点为原点、宽度方向为x轴、高度方向为y轴建立图像坐标系,计算标定图像中每个角点的位置坐标(xorg,yorg);
S15:统计图像中x方向、y方向的方格数ax和ay以及这些方格所占用的像素总数bx和by,计算出每个方格在x方向、y方向应平均占用的像素数bx/ax和by/ay,由此反算标定图像中每个角点的无畸变位置坐标(xche,yche);
S16:由(xorg,yorg)及对应(xche,yche)构成样本集,根据以下公式求解工业相机畸变系数k1、k2和k3的最优解;
7.根据权利要求5所述的全景式隧道视频监视方法,其特征在于:所述S3中,各相机图像的矩形感兴趣区域在高度方向上像素数相等,宽度方向上成像视场连续且正好无重叠。
8.根据权利要求5所述的全景式隧道视频监视方法,其特征在于:所述S4中,同步触发模块发送采集控制信号的时间间隔固定,且各工业相机每秒钟采集图像的次数均不少于15次。
9.根据权利要求5所述的全景式隧道视频监视方法,其特征在于:所述S6中,全景图像拼接时在相邻两幅感兴趣区域图像的拼缝附近采用加权平滑算法进行平滑处理。
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