CN110658518A - 一种目标入侵检测方法及装置 - Google Patents

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CN110658518A CN201810696236.1A CN201810696236A CN110658518A CN 110658518 A CN110658518 A CN 110658518A CN 201810696236 A CN201810696236 A CN 201810696236A CN 110658518 A CN110658518 A CN 110658518A
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Abstract

本申请实施例提供了一种目标入侵检测方法及装置，方法包括：标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域；单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。应用本申请实施例，能够降低目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度，并解决需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。

Description

一种目标入侵检测方法及装置
技术领域
本申请涉及数据处理技术领域，特别是涉及一种目标入侵检测方法及装置。
背景技术
雷达使用电磁波进行目标探测，其工作时不易受环境影响，在低光照、恶劣天气下雷达的目标探测性能也没有损失，具有较高的稳定性。基于此，近年来，基于雷达的目标入侵检测在交通、安防等领域得到越来越多的应用。
基于雷达进行目标入侵检测时，需要预先进行雷达警戒区域的标定，即在雷达坐标系中标定出警戒区域的投影区域。当检测到目标进入投影区域时，生成警告信息。若检测到目标未进入投影区域，则不需要关心。
目前，雷达警戒区域的标定，主要是通过雷达的安装角度、安装高度等安装参数和雷达的视场角，结合雷达的安装地理位置与警戒区域范围的关系，将警戒区域由世界坐标系映射至雷达坐标系下。
由上可见，雷达警戒区域的标定精度影响因素较多，标定较为繁琐。并且雷达警戒区域的标定严重依赖于雷达的安装参数。为了保证雷达警戒区域的标定的精度，需要有一定专业知识的用户来完成雷达的安装。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种目标入侵检测方法及装置，以降低目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度，并解决需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。具体技术方案如下：
第一方面，本申请实施例提供了一种目标入侵检测方法，所述方法包括：
标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域；所述单应性矩阵用于将所述图像坐标坐标系中的像素坐标转换为所述雷达坐标系的距离坐标。
可选的，所述单应性矩阵通过以下步骤进行标定：
获取至少一组标定参数，每一组所述标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和所述第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，所述N为不小于4的自然数，所述N个距离坐标对应的坐标点在所述雷达坐标系中不共线，所述N个像素坐标对应的坐标点在所述图像坐标系中不共线；
基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，所述基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵的步骤，包括：
针对所述至少一组标定参数中的每一组标定参数，根据以下公式求解出系数矩阵；
Figure BDA0001713645480000021
其中，(x，y)为所述图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为所述雷达坐标系中的距离坐标，
Figure BDA0001713645480000022
为待求解的所述系数矩阵；
在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，包括：
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上同步；或者，
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上不完全同步，但所述N个距离坐标与所述N个图像坐标在所述标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
可选的，在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，还包括：
获取第二参照物在所述图像坐标系中的第一图像目标点和所述第二参照物在所述雷达坐标系中的第一投影目标点；
当确定所述第一图像目标点处于所述图像区域时，判断所述第一投影目标点是否处于所述投影区域；
若否，则重新执行所述获取至少一组标定参数，基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵的步骤。
可选的，所述根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域的步骤，包括：
将所述图像区域的指定顶点在所述图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，得到所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标；
根据所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标，确定所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域。
可选的，在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，还包括：
根据雷达目标在所述雷达坐标系中的第二投影目标点的距离坐标，确定所述第二投影目标点处于所述投影区域时，生成警报信息。
第二方面，本申请实施例提供了一种目标入侵检测装置，所述装置包括：
第一标定模块，用于标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
映射模块，用于根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域；所述单应性矩阵用于将所述图像坐标坐标系中的像素坐标转换为所述雷达坐标系的距离坐标。
可选的，所述装置还包括：第二标定模块，用标定所述单应性矩阵，包括：
第一获取子模块，用于获取至少一组标定参数，每一组所述标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和所述第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，所述N为不小于4的自然数，所述N个距离坐标对应的坐标点在所述雷达坐标系中不共线，所述N个像素坐标对应的坐标点在所述图像坐标系中不共线；
标定子模块，用于基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，所述标定子模块具体用于：
针对所述至少一组标定参数中的每一组标定参数，根据以下公式求解出系数矩阵；
Figure BDA0001713645480000041
其中，(x，y)为所述图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为所述雷达坐标系中的距离坐标，
Figure BDA0001713645480000042
为待求解的所述系数矩阵；
在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，包括：
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上同步；或者，
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上不完全同步，但所述N个距离坐标与所述N个图像坐标在所述标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
可选的，所述第二标定模块还包括：
第二获取子模块，用于在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，获取第二参照物在所述图像坐标系中的第一图像目标点和所述第二参照物在所述雷达坐标系中的第一投影目标点；
判断子模块，用于当确定所述第一图像目标点处于所述图像区域时，判断所述第一投影目标点是否处于所述投影区域；
所述第一获取子模块，还用于在所述判断子模块的判断结果为否的情况下，获取至少一组标定参数。
可选的，所述映射模块具体用于：
将所述图像区域的指定顶点在所述图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，得到所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标；
根据所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标，确定所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域。
可选的，所述装置还包括：
生成模块，用于在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，根据雷达目标在所述雷达坐标系中的第二投影目标点的距离坐标，确定所述第二投影目标点处于所述投影区域时，生成警报信息。
第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现上述任一目标入侵检测方法步骤。
第四方面，本申请实施例提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一目标入侵检测方法步骤。
本申请实施例中，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。当然，实施本申请的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的目标入侵检测系统的一种结构示意图；
图2为本申请实施例提供的雷达与图像采集设备的一种布置示意图；
图3(a)-(b)为本申请实施例提供的预设路线的一种示意图；
图4(a)-(b)为本申请实施例提供的雷达警戒区域的一种示意图；
图5(a)-(c)为本申请实施例提供的验证雷达警戒区域的一种示意图；
图6为本申请实施例提供的目标入侵检测法的一种流程示意图；
图7为本申请实施例提供的目标点匹配的一种示意图；
图8为本申请实施例提供的目标入侵检测装置的一种结构示意图；
图9为本申请实施例提供的电子设备的一种结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为便于理解，下面对本申请实施例中出现的词语进行解释。
毫米波雷达：是工作在毫米波(millimeter wave)波段探测的雷达。毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的波。但通常24GHz的雷达也认为是毫米波雷达。
角反射器：角反射器可以对雷达信号产生很强的回波信号，方便生成稳定的雷达目标。
标定：实现两个坐标系之间的转换关系的方法，本申请中指雷达坐标系和图像坐标系之间的转换。雷达坐标系中的坐标为距离坐标，图像坐标系中的坐标为像素坐标。
雷达警戒区域：为警戒区域在雷达坐标系下的投影区域。
图像警戒区域：为警戒区域在图像坐标系下的图像区域。
目前，目标入侵检测中，雷达警戒区域的标定精度影响因素较多，标定较为繁琐。并且雷达警戒区域的标定严重依赖于雷达的安装参数。为了保证雷达警戒区域的标定的精度，需要有一定专业知识的用户来完成雷达的安装。
为降低目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度，并解决需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题，本申请实施例提供了一种目标入侵检测方法。该方法可应用于雷达、图像采集设备或与雷达和图像采集设备连接的电子设备，本申请对此不进行限定。
本申请实施例提供的目标入侵检测方法中，先标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域，然后根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域，实现对雷达警戒区域进行标定。其中，单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
可见，本申请实施例中，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
下面通过具体实施例，对本申请进行说明。
参考图1，图1为本申请实施例提供的目标入侵检测系统的一种结构示意图。该目标入侵检测系统包括：雷达110、图像采集设备120和电子设备130。
电子设备130可以集成在雷达110上，也可以集成在图像采集设备120上，还可以为一台独立物理机上。本申请实施例对此不进行限定。雷达110包括但不限于毫米波雷达。图像采集设备120包括但不限于IPC(Internet Protocol Camera，网际协议相机)、球机、双目相机、鱼眼相机等。
在进行目标入侵检测时，需标定出雷达警戒区域。本申请实施例中，目标入侵检测中雷达警戒区域的标定可参考下面的描述。
雷达110，用于采集雷达第一参照物100的回波信号，将采集的回波信号发送给电子设备130。
监控场景中，如图2所示雷达与图像采集设备的布置示意图，用户将雷达110对准监控区域进行安装固定。雷达110发送雷达信号。监控区域内的各个物体根据雷达信号产生回波信号，并反馈给雷达110，实现雷达110对监控区域内各个物体的回波信号的采集。回波信号包括距离、速度、方位等信息。
雷达110获得回波信号后，将回波信号发送给电子设备130。电子设备130采用雷达处理算法，确定雷达坐标系中第一参照物100的投影目标点。这里，雷达处理算法包括但不限于FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅氏变换)等算法。
为便于雷达110采集回波信号，在第一参照物100上可安装角反射器。
图像采集设备120，用于采集图像信息，将采集的图像信息发送给电子设备130。
在监控场景中，如图2所示雷达与图像采集设备的布置示意图，用户将图像采集设备120对准监控区域进行安装固定。
图像采集设备120对监控区域进行图像采集，并将采集的图像信息发送给电子设备130。电子设备130采用目标检测算法，对采集的图像信息进行检测识别，确定图像坐标系中第一参照物100的图像目标点。其中，目标检测算法包括但不限于FRCNN(Faster RegionConvolutional Neural Network，快速区域卷积神经网络)、YOLO(You Only Live Once)、DPM(Deformable Part Model，可变形的组件模型)、背景建模等算法。
在本申请的一个实施例中，为了便于对雷达警戒区域进行标定，用户可以预先在电子设备130中设定第一参照物100运动的路线，即预设路线，如图3(a)和(b)。预设路线可以根据实际需要设定，本申请实施例并不限定于图3(a)和(b)所示的两种路线。为了提高雷达警戒区域标定的精度，预设路线可为一条曲线，且均匀分布。本申请实施例中，为便于第一参照物100的运动，第一参照物100可以为小车等带有车轮的设备。
电子设备130在确定预设路线后控制第一参照物100沿预设路线运动。第一参照物100沿预设路线运动时，雷达110采集第一参照物100的回波信号，图像采集设备120采集第一参照物100的图像信息。电子设备130根据雷达110采集的回波信号确定出多个投影目标点，根据图像采集设备120采集的图像信息确定出多个图像目标点。这里，多个投影目标点的数量至少为4个，且多个投影目标点不共线。多个图像目标点的数量至少为4个，且多个图像目标点不共线。
本申请实施例中，多个投影目标点和多个图像目标点可以分为多次采集。多个投影目标点的距离坐标和多个图像目标点的像素坐标可以分为多组标定参数。每一组标定参数包括第一参照物100在雷达坐标系中的N个距离坐标和第一参照物100在图像坐标系中的N个像素坐标，N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，N为不小于4的自然数，N个距离坐标对应的坐标点在雷达坐标系中不共线，N个像素坐标对应的坐标点在图像坐标系中不共线。
上述N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，可以为：第一参照物的N个距离坐标与N个像素坐标在时间上同步。
上述N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，也可以为：第一参照物的N个距离坐标与N个像素坐标在时间上不完全同步，但N个距离坐标与N个图像坐标在标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
电子设备130，用于标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域；单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
本申请实施例中，利用图像画面实现雷达警戒区域的标定，这使得雷达警戒区域的标定过程更为直观、方便和快捷。
在本申请的一个实施例中，电子设备130可以通过以下步骤标定单应性矩阵。获取至少一组标定参数，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
在本申请的一个实施例中，为了便于电子设备130获取到图像警戒区域，目标入侵检测系统还可包括输入设备。输入设备包括但不限定于鼠标、触摸板、触屏等设备。
输入设备，用于将图像采集设备120采集的图像信息上的图像警戒区域输入电子设备130。
具体的，用户通过输入设备在图像采集设备120采集的图像画面上标示出图像警戒区域，并将标示出的图像警戒区域输入电子设备130。用户通过输入设备标示出图像警戒区域时，可以利用多边形的形式标示出图像警戒区域，如图4(a)所示。用户通过输入设备标示出图像警戒区域时，也可以利用警戒线的形式标示出图像警戒区域，如图4(b)所示。用户还可以利用其他形式标示出图像警戒区域，本申请实施例对此不进行限定。
在本申请的一个实施例中，为了保证雷达警戒区域标定的准确性，电子设备130利用单应性矩阵和图像警戒区域，将图像警戒区域映射至雷达坐标系，得到雷达警戒区域之后，对雷达警戒区域进行验证。
具体的，电子设备130对标定的雷达警戒区域进行验证时，控制第二参照物进出雷达警戒区域。第二参照物可以与第一参照物100相同，也可以不同，本申请实施例对此不进行限定。
雷达110采集第二参照物的回波信号。图像采集设备120采集第二参照物图像信息。
电子设备130根据雷达110采集的第二参照物的回波信号和图像采集设备120采集的第二参照物图像信息，获取到第二参照物在图像坐标系中的第一图像目标点，和第二参照物在雷达坐标系中的第一投影目标点。
当电子设备130确定第一图像目标点处于图像警戒区域时，电子设备130判断第一投影目标点是否处于雷达警戒区域。
若判定第一投影目标点处于雷达警戒区域，则电子设备130确定雷达警戒区域的标定准确，结束雷达警戒区域的标定处理流程。
若判定第一投影目标点未处于雷达警戒区域，则电子设备130确定雷达警戒区域的标定不准确，重新获取至少一组标定参数，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵，标定雷达警戒区域。这里，重新获取的至少一组标定参数，与上一次获取的至少一组标定参数不同。
本申请实施例中，可以针对雷达警戒区域的各个边界分别进行验证。
例如，如图5(a)所示的图像警戒区域。电子设备确定参考物X的图像目标点进入图像警戒区域的边界l1。若电子设备确定参考物X的投影目标点进入雷达警戒区域的边界l1'，如图5(b)所示的雷达警戒区域，则电子设备确定边界l1'通过验证，边界l1'标定无误差，继续验证雷达警戒区域的其他边界。其中，边界l1与边界l1'对应。
若电子设备确定参考物X的投影目标未进入雷达警戒区域的边界l1'，如图5(c)所示的雷达警戒区域，则电子设备确定边界l1'未通过验证，边界l1'的标定误差较大，重新获取至少一组标定参数，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵，标定雷达警戒区域。
本申请实施例中，针对雷达警戒区域的各个边界分别进行验证时，若各个边均验证通过，则可确定雷达警戒区域的标定准确，结束雷达警戒区域的标定处理流程。若各个边中存在验证未通过的边，则可确定雷达警戒区域的标定不准确，重新获取至少一组标定参数，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵，标定雷达警戒区域。
在本申请的一个实施例中，为了延长图像采集设备120的使用寿命，在电子设备130将图像警戒区域映射至雷达坐标系下，得到雷达警戒区域之后，可以将图像采集设备120拆除，雷达110单独工作。当需要更新雷达警戒区域时，在重新安装图像采集设备120。
本申请实施例中，在将图像警戒区域映射至雷达坐标系下，得到雷达警戒区域之后，目标入侵检测系统可正常的进行目标入侵检测。具体的，雷达110采集雷达目标的回波信号，发送给电子设备130。电子设备130根据雷达目标的回波信号，确定雷达目标在雷达坐标系中的第二投影目标点。之后，电子设备130根据第二投影目标点的距离坐标，判断第二投影目标点是否处于雷达警戒区域内。若处于雷达警戒区域内，则电子设备130生成警报信息。若未处于雷达警戒区域内，则电子设备130不做其他处理，继续进行目标入侵检测。
本申请实施例提供的目标入侵检测系统中，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
基于目标入侵检测系统实施例，本申请实施例还提供了一种目标入侵检测方法。参考图6，图6为本申请实施例提供的目标入侵检测方法的一种流程示意图。该方法可应用于图1所示目标入侵检测系统的电子设备130。该目标入侵检测方法包括如下步骤。
步骤601，标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域。
在进行目标入侵检测时，需标定出雷达警戒区域。为了直观、方便和快捷的标定出雷达警戒区域，本申请实施例中，标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域，即标定出图像警戒区域，基于图像警戒区域，标定雷达警戒区域。
在本申请实施例中，在标定图像警戒区域时，可以由用户基于电子设备显示的图像信息，输入图像警戒区域的多边形的各个顶点的像素坐标。电子设备根据各个顶点的像素坐标，标定出图像警戒区域。
在标定图像警戒区域时，还可以由用户基于电子设备显示的图像信息，输入图像警戒区域的警戒线的端点的像素坐标。电子设备根据端点的像素坐标，标定出图像警戒区域。
步骤602，根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域。其中，单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
电子设备预先标定了单应性矩阵，根据预先标定的单应性矩阵，将图像警戒区域映射至雷达坐标系，得到雷达警戒区域。
可见，本申请实施例中，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
在本申请的一个实施例中，电子设备通过以下步骤进行标定出单应性矩阵。
步骤11，获取至少一组标定参数。其中，每一组标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，N为不小于4的自然数，N个距离坐标对应的坐标点在雷达坐标系中不共线，N个像素坐标对应的坐标点在图像坐标系中不共线。
本申请实施例中，每一组标定参数中的N个坐标对，每一个坐标对包括一个距离坐标和一个像素坐标。坐标对可以采用如下步骤确定。
步骤21，确定雷达坐标系中的投影目标点，以及图像采集设备采集的图像目标点。
在本申请的一个实施例中，为了便于对雷达警戒区域进行标定，提高雷达警戒区域标定的精度，用户可以预先在电子设备中设定第一参照物运动的路线，即预设路线，如图3(a)和(b)。预设路线可以根据实际需要设定，本申请实施例并不限定于图3所示的两种路线。为了提高雷达警戒区域标定的精度，预设路线可为一条曲线，且均匀分布。本申请实施例中，为便于第一参照物的运动，第一参照物可以为小车等带有车轮的设备。
第一参照物沿预设路线运动时，雷达采集第一参照物的回波信号，发送给电子设备。为便于雷达采集回波信号，在标定参考物上可安装角反射器。图像采集设备采集第一参照物的图像信息，发送给电子设备。
电子设备采用雷达处理算法，根据雷达采集的回波信号确定雷达坐标系中第一参照物的多个投影目标点。这里，雷达处理算法包括但不限于FFT等。
电子设备采用目标检测算法，对采集的图像信息进行检测识别，确定图像坐标系中第一参照物的多个图像目标点。其中，目标检测算法包括但不限于FRCNN、YOLO、DPM、背景建模等算法。
本申请实施例中，多个投影目标点和多个图像目标点可以分为多次采集。
在本申请的一个实施例中，为了提高雷达警戒区域标定的精度，可将获取在预期的雷达警戒区域附近的投影目标点和图像目标点。
步骤22，对多个投影目标点和多个图像目标点进行匹配，确定至少一组标定参数。
电子设备确定每个投影目标点的距离坐标和每个图像目标点的像素坐标，将在时间和空间上满足预设匹配条件的一个距离坐标与一个像素坐标，作为一个坐标对，放入一组标定参数中，最后，电子设备获得至少一组标定参数，每一组标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标。
本申请的一个实施例中，第一参照物的1个距离坐标与第一参照物的1个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，可以为：该距离坐标与该像素坐标在时间上同步。例如，10:00采集到第一参照物的1个距离坐标1，10:02采集到第一参照物的1个距离坐标2，10:00第一参照物的1个像素坐标1，10:02第一参照物的1个像素坐标2。则电子设备可确定距离坐标1和像素坐标1为一个坐标对，距离坐标2和像素坐标2为一个坐标对。
本申请的另一个实施例中，第一参照物的1个距离坐标与第一参照物的1个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，也可以为：第一参照物的距离坐标与像素坐标在时间上不完全同步，但距离坐标与图像坐标在标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
例如，如图7所示的目标点匹配示意图。图7中，图像坐标系中每一个小矩形为一个图像目标点，雷达坐标系中每一个小矩形为一个投影目标点。这里，投影目标点的时间与图像目标点的时间不完全同步，也就是，距离坐标与像素坐标在时间上不完全同步。电子设备根据标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向等信息，确定7个坐标对。图7中每一条线连接的两个目标点的坐标构成一个坐标对。
本申请的一个实施例中，电子设备可以输出这多个投影目标点和多个图像目标点。用户通过观察，将投影目标点和图像目标点一一对应，确定出至少一组匹配目标点对，并将确定的匹配目标点对输入电子设备。进而，电子设备将每个匹配目标点对中投影目标点的距离坐标和图像目标点的像素坐标，确定为一个坐标对，由每一组匹配目标点对对应的多个坐标对构成一组标定参数。
一个实施例中，为了进一步提高雷达警戒区域标定的准确度，每一组标定参数中的距离坐标在图像采集设备和雷达的公共监控区域内均匀分布，每一组标定参数中的像素坐标在图像采集设备和雷达的公共监控区域内均匀分布。
步骤12，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
在本申请的一个实施例中，待求解的系数矩阵(也可以称为待求解的单应性矩阵)为：
Figure BDA0001713645480000151
在确定至少一组标定参数后，电子设备计算出雷达与图像采集设备间单应性矩阵。这样就可以利用单应性矩阵，将图像坐标系下的点映射至雷达坐标下。
在齐次坐标中，若一图像坐标系下点p(xi，yi，1)经单应性矩阵H变换后得到雷达坐标系下点p'(x'i，y'i，1)，则p'＝H*p，如公式(2)。
Figure BDA0001713645480000152
其中，(x，y)为图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为雷达坐标系中的距离坐标。可以根据公式(2)的变换公式
Figure BDA0001713645480000161
构建正定方程，如下
Figure BDA0001713645480000162
对于透视变换，h33＝1。此时，系数矩阵H有8个自由度。这样，结合公式(4)，通过4个坐标对，即通过4个距离坐标和4个像素坐标，构建8个正定方程，就可以确定出雷达与图像采集设备间的单应性矩阵。
若匹配目标点对的个数大于4个，根据公式(4)，得到矩阵A。
Figure BDA0001713645480000163
Figure BDA0001713645480000164
其中，n为一组标定参数中坐标对的个数，即N。
根据矩阵A，构建最优单应性矩阵的求取方程：
Figure BDA0001713645480000165
公式(7)中，hi表示第i个匹配目标点对对应的单应性矩阵；对矩阵A进行SVD(Singular Value Decomposition，奇异值分解)，可以得到：
公式(8)中C的最小特征值λ对应的特征向量vmin即为最优的单应性矩阵H。
由于有至少一组标定参数，因此，可求解出至少一个系数矩阵。在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
一个实施例中，电子设备将图像警戒区域映射至雷达坐标系，得到雷达警戒区域时，将图像警戒区域的指定顶点在图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，例如，利用预先标定的单应性矩阵，结合上述公式(3)，对图像警戒区域的指定顶点运算，得到指定顶点在雷达坐标系中的距离坐标。电子设备根据指定顶点在雷达坐标系中的距离坐标，确定雷达警戒区域。这里，若雷达警戒区域通过警戒线的确定，指定顶点为警戒线的端点。若雷达警戒区域通过有多边形确定，指定顶点为多边形的各个顶点。
在本申请的一种实施例中，为了保证雷达警戒区域的标定的准确性，电子设备在将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域之后，获取第二参照物在图像坐标系中的第一图像目标点和第二参照物在雷达坐标系中的第一投影目标点。当确定第一图像目标点处于图像区域时，电子设备判断第一投影目标点是否处于投影区域。若判定第一投影目标点处于投影区域，则电子设备重新获取至少一组标定参数，基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。若判定第一投影目标点未处于投影区域，则电子设备确定标定准确，结束雷达警戒区域的标定。
本申请实施例中，在将图像警戒区域映射至雷达坐标系下，得到雷达警戒区域之后，目标入侵检测系统可正常的进行目标入侵检测。具体的，雷达采集雷达目标的回波信号，发送给电子设备。电子设备根据雷达目标的回波信号，确定雷达目标在雷达坐标系中的第二投影目标点。之后，电子设备根据第二投影目标点的距离坐标，判断第二投影目标点是否处于雷达警戒区域内。若处于雷达警戒区域内，则电子设备生成警报信息。若未处于雷达警戒区域内，则电子设备不做其他处理，继续进行检测。
基于相同的发明构思，根据上述目标入侵检测方法和系统实施例，本申请实施例还提供了一种目标入侵检测装置。参考图8，图8为本申请实施例提供的目标入侵检测装置的一种结构示意图。该装置包括以下模块。
第一标定模块801，用于标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
映射模块802，用于根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域；单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
可选的，上述目标入侵检测装置还可以包括：第二标定模块，用标定单应性矩阵，可包括：
第一获取子模块，用于获取至少一组标定参数，每一组标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，N为不小于4的自然数，N个距离坐标对应的坐标点在雷达坐标系中不共线，N个像素坐标对应的坐标点在图像坐标系中不共线；
标定子模块，用于基于至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，标定子模块具体可以用于：
针对至少一组标定参数中的每一组标定参数，根据以下公式求解出系数矩阵；
Figure BDA0001713645480000181
其中，(x，y)为图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为雷达坐标系中的距离坐标，为待求解的系数矩阵；
在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将图像坐标系中的像素坐标映射为雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
可选的，N个距离坐标与N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，包括：
第一参照物的N个距离坐标与N个像素坐标在时间上同步；或者，
第一参照物的N个距离坐标与N个像素坐标在时间上不完全同步，但N个距离坐标与N个图像坐标在标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
可选的，第二标定模块还可包括：
第二获取子模块，用于在将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域之后，获取第二参照物在图像坐标系中的第一图像目标点和第二参照物在雷达坐标系中的第一投影目标点；
判断子模块，用于当确定第一图像目标点处于图像区域时，判断第一投影目标点是否处于投影区域；
第一获取子模块，还用于在判断子模块的判断结果为否的情况下，获取至少一组标定参数。
可选的，映射模块802具体可以用于：
将图像区域的指定顶点在图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，得到指定顶点在雷达坐标系中的距离坐标；
根据指定顶点在雷达坐标系中的距离坐标，确定警戒区域在雷达坐标系中的投影区域。
可选的，上述目标入侵检测装置还可以包括：
生成模块，用于在将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域之后，根据雷达目标在雷达坐标系中的第二投影目标点的距离坐标，确定第二投影目标点处于投影区域时，生成警报信息。
应用本申请实施例，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
基于相同的发明构思，根据上述目标入侵检测方法和系统实施例，本申请实施例还提供了一种电子设备，如图9所示，包括处理器901和存储器902。
存储器902，用于存放计算机程序；
处理器901，用于执行存储器902上所存放的计算机程序时，实现上述图6所示的目标入侵检测方法。具体的，该目标入侵检测方法包括：
标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域；单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
应用本申请实施例，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
存储器902可以包括RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，也可以包括NVM(Non-Volatile Memory，非易失性存储器)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器902还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
处理器901可以是通用处理器，包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
基于相同的发明构思，根据上述目标入侵检测方法和系统实施例，本申请实施例还提供了一种机器可读存储介质，机器可读存储介质内存储有计算机程序，计算机用程序被处理器执行时实现上述图6所示的目标入侵检测方法。具体的，该目标入侵检测方法包括：
标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
根据预先标定的单应性矩阵，将图像区域映射至雷达坐标系，得到警戒区域在雷达坐标系中的投影区域；单应性矩阵用于将图像坐标坐标系中的像素坐标转换为雷达坐标系的距离坐标。
应用本申请实施例，雷达警戒区域的标定精度受单应性矩阵的影响，雷达警戒区域的标定精度影响因素减少，降低了目标入侵检测中雷达警戒区域标定的复杂度。另外，进行雷达警戒区域的标定时，不需要任何安装参数，降低了对专业知识的要求，没有专业知识的用户也可完成雷达的安装，解决了需要专业知识的用户来完成雷达的安装的问题。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于目标入侵检测装置、电子设备、机器可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于目标入侵检测方法和系统实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见目标入侵检测方法和系统实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本申请的保护范围内。

Claims (16)

1.一种目标入侵检测方法，其特征在于，所述方法包括：
标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域；所述单应性矩阵用于将所述图像坐标坐标系中的像素坐标转换为所述雷达坐标系的距离坐标。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述单应性矩阵通过以下步骤进行标定：
获取至少一组标定参数，每一组所述标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和所述第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，所述N为不小于4的自然数，所述N个距离坐标对应的坐标点在所述雷达坐标系中不共线，所述N个像素坐标对应的坐标点在所述图像坐标系中不共线；
基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵的步骤，包括：
针对所述至少一组标定参数中的每一组标定参数，根据以下公式求解出系数矩阵；
Figure FDA0001713645470000011
其中，(x，y)为所述图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为所述雷达坐标系中的距离坐标，
Figure FDA0001713645470000012
为待求解的所述系数矩阵；
在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，包括：
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上同步；或者，
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上不完全同步，但所述N个距离坐标与所述N个图像坐标在所述标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，还包括：
获取第二参照物在所述图像坐标系中的第一图像目标点和所述第二参照物在所述雷达坐标系中的第一投影目标点；
当确定所述第一图像目标点处于所述图像区域时，判断所述第一投影目标点是否处于所述投影区域；
若否，则重新执行所述获取至少一组标定参数，基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵的步骤。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域的步骤，包括：
将所述图像区域的指定顶点在所述图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，得到所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标；
根据所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标，确定所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，还包括：
根据雷达目标在所述雷达坐标系中的第二投影目标点的距离坐标，确定所述第二投影目标点处于所述投影区域时，生成警报信息。
8.一种目标入侵检测装置，其特征在于，所述装置包括：
第一标定模块，用于标定警戒区域在图像坐标系中的图像区域；
映射模块，用于根据预先标定的单应性矩阵，将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域；所述单应性矩阵用于将所述图像坐标坐标系中的像素坐标转换为所述雷达坐标系的距离坐标。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：第二标定模块，用标定所述单应性矩阵，包括：
第一获取子模块，用于获取至少一组标定参数，每一组所述标定参数包括第一参照物在雷达坐标系中的N个距离坐标和所述第一参照物在图像坐标系中的N个像素坐标，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，所述N为不小于4的自然数，所述N个距离坐标对应的坐标点在所述雷达坐标系中不共线，所述N个像素坐标对应的坐标点在所述图像坐标系中不共线；
标定子模块，用于基于所述至少一组标定参数和待求解的系数矩阵，求解出一个用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述标定子模块具体用于：
针对所述至少一组标定参数中的每一组标定参数，根据以下公式求解出系数矩阵；
Figure FDA0001713645470000031
其中，(x，y)为所述图像坐标系中的像素坐标，(x'，y')为所述雷达坐标系中的距离坐标，为待求解的所述系数矩阵；
在所求解出的至少一个系数矩阵中，选取一个系数矩阵作为用于将所述图像坐标系中的像素坐标映射为所述雷达坐标系中的距离坐标的单应性矩阵。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间和空间上满足预设匹配条件，包括：
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上同步；或者，
所述第一参照物的所述N个距离坐标与所述N个像素坐标在时间上不完全同步，但所述N个距离坐标与所述N个图像坐标在所述标定参考物的运动轨迹、速度和运动方向上匹配。
12.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述第二标定模块还包括：
第二获取子模块，用于在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，获取第二参照物在所述图像坐标系中的第一图像目标点和所述第二参照物在所述雷达坐标系中的第一投影目标点；
判断子模块，用于当确定所述第一图像目标点处于所述图像区域时，判断所述第一投影目标点是否处于所述投影区域；
所述第一获取子模块，还用于在所述判断子模块的判断结果为否的情况下，获取至少一组标定参数。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述映射模块具体用于：
将所述图像区域的指定顶点在所述图像坐标系中的像素坐标与预先标定的单应性矩阵进行设定运算，得到所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标；
根据所述指定顶点在所述雷达坐标系中的距离坐标，确定所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域。
14.根据权利要求8-13任一项所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
生成模块，用于在将所述图像区域映射至雷达坐标系，得到所述警戒区域在所述雷达坐标系中的投影区域之后，根据雷达目标在所述雷达坐标系中的第二投影目标点的距离坐标，确定所述第二投影目标点处于所述投影区域时，生成警报信息。
15.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述存储器上所存放的程序，实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
16.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一所述的方法步骤。
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