CN113115208A - 一种基于uwb的目标跟踪及目标图像重构技术 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，涉及目标跟踪及目标图像重构技术领域，具体为：UWB标签，其作为可穿戴设备穿戴在目标上具有定位跟踪作用；UWB基站，其与所述UWB标签相连接，摄像头，其设置于所述UWB基站的辐射范围内；服务器，其接收所述UWB标签所传回的UWB定位跟踪数据和所述摄像头传回的图像数据。该基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，通过UWB定位跟踪，进行坐标转换映射到视频图像坐标上，实现目标人物在视频图像上的定位跟踪，并对该目标区域图像进行图像重构，提取单个目标人物的跟踪视频图像，方便快捷地对目标进行实时观察和区分，掌握目标动态以便对目标进行管理，大大释放人工操作，实现可靠、高效和实时的管理。

Description

一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术

技术领域

本发明涉及目标跟踪及目标图像重构技术领域，具体为一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术。

背景技术

在计算机视觉领域，目标跟踪经过了长时间的探索研究，虽然跟踪算法在大量涌现，但是在目标处于复杂难控的环境下时，计算机视觉中的目标跟踪还是一项极具挑战性的任务。

现有的目标跟踪技术在当目标物体的形态变化，光照变化，被遮挡，目标数量较多以及目标物体的快速移动和目标活动背景复杂等情形下会出现错跟、丢跟等跟踪不准确的情况，导致结果不可靠。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，解决了上述背景技术中提出目标跟踪技术在当目标物体的形态变化，光照变化，被遮挡，目标数量较多以及目标物体的快速移动和目标活动背景复杂等情形下会出现错跟、丢跟等跟踪不准确的情况，导致结果不可靠的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括：

UWB标签，其作为可穿戴设备穿戴在目标上具有定位跟踪作用；

UWB基站，其与所述UWB标签相连接，所述UWB基站的数量最少为3个分别命名为A基站、B基站与C基站；

摄像头，其设置于所述UWB基站的辐射范围内；

服务器，其接收所述UWB标签所传回的UWB定位跟踪数据和所述摄像头传回的图像数据，并执行定位算法，坐标转换算法，及图像重构算法。

可选的，所述UWB基站的放置位置决定了电子地图的大小位置，且UWB基站接收UWB标签的脉冲信号对目标进行测距。

可选的，所述摄像模块用于采集佩戴UWB标签的目标所在活动场景范围内的图像信息。

可选的，所述一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括下述操作步骤：

S1、确定图像采集区域：

设计电子地图范围，其中电子地图范围的确定需要比图像采集区域大一些，保证UWB跟踪区域对图像采集区域全覆盖；

S2、搭建UWB基站：

根据设计好的电子地图范围搭建UWB基站，UWB基站与服务器连接通信进行数据传输，安装摄像头，摄像头与服务器连接通信进行视频图像采集；

S3、基准点设置：

选择至少4个基准点，采集UWB电子地图坐标与对应到摄像头图像的坐标，并计算坐标转移矩阵，必要时需要将电子地图分区进行各自区域的坐标转移矩阵的计算，以降低坐标转移矩阵求得的图像坐标误差

S4、佩戴UWB标签：

目标物佩戴UWB标签于UWB基站辐射范围内进行活动，此时通过UWB标签向服务器实时传输UWB跟踪坐标数据及身份标识数据，实现目标位置的定位追踪，同时开启摄像头，视频图像数据实时传入服务器；

S5、数据同步：

UWB定位跟踪数据与视频数据进行同步，以保证所处理的UWB的数据时刻与视频图像时刻一致，由于UWB的坐标跟踪数据的采集频率可能与摄像头视频数据采集频率不一致，通常需要进行同步，同步方法可以采用插值法或者减采样方法进行同步；

S6、目标视频图像实时跟踪：

服务器通过坐标转换算法对跟踪目标进行视频图像实时跟踪；

S7、图像重构：

服务器对跟踪目标进行图像重构，包括图像的裁剪，尺寸变换，旋转的图像处理，获取目标置于图像中心的目标图像视频，并将目标图像视频存放以便调用。

可选的，所述S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率大于摄像头视频数据采集频率时需要对UWB跟踪坐标数据进行减采样操作来与摄像头视频数据时刻进行同步。

可选的，所述S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率小于摄像头视频数据采集频率时，需要采用插值法对UWB跟踪坐标数据进行插值，以达到UWB数据与视频数据的时刻同步。

可选的，所述S6步骤中，坐标转换原理如下：

坐标转换是将原平面坐标系中的坐标（x，y）变换到另一个坐标系的坐标（x’，y’）也称为一个坐标到另一个坐标的投影映射，变换过程中需要求解坐标变换参数，找到坐标之间映射的关系，即确定一个平面到另一个平面的映射关系。

可选的，所述求解坐标变换参数至少需要4个基准点，需要找到坐标系1的四个点“1”，“2”，“3”，“4”和坐标系2中对应的四个点“1”，“2”，“3”，“4”，通过这四个点的坐标进行坐标变换参数求解，其中用到的变换矩阵公式如下：

，

而等式

中将用A标示为坐标变换矩阵，[x’，y’]为坐标系2的坐标，[x，y]为坐标系1的坐标，w可设为1，w’与变换矩阵变换前后坐标有关，坐标与w’的关系等式如下：

，

通过基准点坐标计算求得的A坐标变换矩阵后，用等式

求任意一点[x，y]到[x’，y’]的坐标变换。

本发明提供了一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，具备以下有益效果：

该基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，通过UWB定位跟踪，进行坐标转换映射到视频图像坐标上，实现目标人物在视频图像上的定位跟踪，并对该目标区域图像进行图像重构，提取单个目标人物的跟踪视频图像，方便快捷地对目标进行实时观察和区分，掌握目标动态以便对目标进行管理，该技术实现自动视频处理分析，大大释放人工操作，实现可靠、高效和实时的管理，且本技术运用场景广泛，适合推广使用。

附图说明

图1为本发明技术流程示意图；

图2为本发明坐标变换示意图；

图3为本发明UWB工作原理结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本发明提供技术方案：一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括：

UWB标签，其作为可穿戴设备穿戴在目标上具有定位跟踪作用；

UWB基站，其与UWB标签相连接，UWB基站的数量最少为3个分别命名为A基站、B基站与C基站；

摄像头，其设置于UWB基站的辐射范围内；

服务器，其接收UWB标签所传回的UWB定位跟踪数据和摄像头传回的图像数据，并执行定位算法，坐标转换算法，及图像重构算法。

UWB基站的放置位置决定了电子地图的大小位置，且UWB基站接收UWB标签的脉冲信号对目标进行测距。

摄像模块用于采集佩戴UWB标签的目标所在活动场景范围内的图像信息。

一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括下述操作步骤：

S1、确定图像采集区域：

设计电子地图范围，其中电子地图范围的确定需要比图像采集区域大一些，保证UWB跟踪区域对图像采集区域全覆盖；

S2、搭建UWB基站：

根据设计好的电子地图范围搭建UWB基站，UWB基站与服务器连接通信进行数据传输，安装摄像头，摄像头与服务器连接通信进行视频图像采集；

S3、基准点设置：

选择至少4个基准点，采集UWB电子地图坐标与对应到摄像头图像的坐标，并计算坐标转移矩阵，必要时需要将电子地图分区进行各自区域的坐标转移矩阵的计算，以降低坐标转移矩阵求得的图像坐标误差

S4、佩戴UWB标签：

目标物佩戴UWB标签于UWB基站辐射范围内进行活动，此时通过UWB标签向服务器实时传输UWB跟踪坐标数据及身份标识数据，实现目标位置的定位追踪，同时开启摄像头，视频图像数据实时传入服务器；

S5、数据同步：

UWB定位跟踪数据与视频数据进行同步，以保证所处理的UWB的数据时刻与视频图像时刻一致，由于UWB的坐标跟踪数据的采集频率可能与摄像头视频数据采集频率不一致，通常需要进行同步，同步方法可以采用插值法或者减采样方法进行同步；

S6、目标视频图像实时跟踪：

服务器通过坐标转换算法对跟踪目标进行视频图像实时跟踪；

S7、图像重构：

服务器对跟踪目标进行图像重构，包括图像的裁剪，尺寸变换，旋转的图像处理，获取目标置于图像中心的目标图像视频，并将目标图像视频存放以便调用。

S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率大于摄像头视频数据采集频率时需要对UWB跟踪坐标数据进行减采样操作来与摄像头视频数据时刻进行同步。

S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率小于摄像头视频数据采集频率时，需要采用插值法对UWB跟踪坐标数据进行插值，以达到UWB数据与视频数据的时刻同步。

S6步骤中，坐标转换原理如下：

坐标转换是将原平面坐标系中的坐标（x，y）变换到另一个坐标系的坐标（x’，y’）也称为一个坐标到另一个坐标的投影映射，变换过程中需要求解坐标变换参数，找到坐标之间映射的关系，即确定一个平面到另一个平面的映射关系。

求解坐标变换参数至少需要4个基准点，需要找到坐标系1的四个点“1”，“2”，“3”，“4”和坐标系2中对应的四个点“1”，“2”，“3”，“4”，通过这四个点的坐标进行坐标变换参数求解，其中用到的变换矩阵公式如下：

，

而等式

中将用A标示为坐标变换矩阵，[x’，y’]为坐标系2的坐标，[x，y]为坐标系1的坐标，w可设为1，w’与变换矩阵变换前后坐标有关，坐标与w’的关系等式如下：

，

通过基准点坐标计算求得的A坐标变换矩阵后，用等式

求任意一点[x，y]到[x’，y’]的坐标变换；

该基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，通过UWB定位跟踪，进行坐标转换映射到视频图像坐标上，实现目标人物在视频图像上的定位跟踪，并对该目标区域图像进行图像重构，提取单个目标人物的跟踪视频图像，方便快捷地对目标进行实时观察和区分，掌握目标动态以便对目标进行管理，该技术实现自动视频处理分析，大大释放人工操作，实现可靠、高效和实时的管理，且本技术运用场景广泛，适合推广使用。

综上，该基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括：

UWB标签，其作为可穿戴设备穿戴在目标上具有定位跟踪作用；

UWB基站，其与UWB标签相连接，UWB基站的数量最少为3个分别命名为A基站、B基站与C基站；

摄像头，其设置于UWB基站的辐射范围内；

服务器，其接收UWB标签所传回的UWB定位跟踪数据和摄像头传回的图像数据，并执行定位算法，坐标转换算法，及图像重构算法；

一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，包括下述操作步骤：

S1、确定图像采集区域：设计电子地图范围，其中电子地图范围的确定需要比图像采集区域大一些，保证UWB跟踪区域对图像采集区域全覆盖；

S2、搭建UWB基站：根据设计好的电子地图范围搭建UWB基站，UWB基站与服务器连接通信进行数据传输，安装摄像头，摄像头与服务器连接通信进行视频图像采集；

S3、基准点设置：选择至少4个基准点，采集UWB电子地图坐标与对应到摄像头图像的坐标，并计算坐标转移矩阵，必要时需要将电子地图分区进行各自区域的坐标转移矩阵的计算，以降低坐标转移矩阵求得的图像坐标误差

S4、佩戴UWB标签：目标物佩戴UWB标签于UWB基站辐射范围内进行活动，此时通过UWB标签向服务器实时传输UWB跟踪坐标数据及身份标识数据，实现目标位置的定位追踪，同时开启摄像头，视频图像数据实时传入服务器；

S5、数据同步：UWB定位跟踪数据与视频数据进行同步，以保证所处理的UWB的数据时刻与视频图像时刻一致，由于UWB的坐标跟踪数据的采集频率可能与摄像头视频数据采集频率不一致，通常需要进行同步，同步方法可以采用插值法或者减采样方法进行同步；

S6、目标视频图像实时跟踪：服务器通过坐标转换算法对跟踪目标进行视频图像实时跟踪；

S7、图像重构：服务器对跟踪目标进行图像重构，包括图像的裁剪，尺寸变换，旋转的图像处理，获取目标置于图像中心的目标图像视频，并将目标图像视频存放以便调用；

该基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，通过UWB定位跟踪，进行坐标转换映射到视频图像坐标上，实现目标人物在视频图像上的定位跟踪，并对该目标区域图像进行图像重构，提取单个目标人物的跟踪视频图像，方便快捷地对目标进行实时观察和区分，掌握目标动态以便对目标进行管理，该技术实现自动视频处理分析，大大释放人工操作，实现可靠、高效和实时的管理，且本技术运用场景广泛，适合推广使用。

Claims (8)

1.一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，包括：

UWB标签，其作为可穿戴设备穿戴在目标上具有定位跟踪作用；

UWB基站，其与所述UWB标签相连接，所述UWB基站的数量最少为3个分别命名为A基站、B基站与C基站；

摄像头，其设置于所述UWB基站的辐射范围内；

服务器，其接收所述UWB标签所传回的UWB定位跟踪数据和所述摄像头传回的图像数据，并执行定位算法，坐标转换算法，及图像重构算法。

2.根据权利要求1所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述UWB基站的放置位置决定了电子地图的大小位置，且UWB基站接收UWB标签的脉冲信号对目标进行测距。

3.根据权利要求1所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述摄像模块用于采集佩戴UWB标签的目标所在活动场景范围内的图像信息。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，包括下述操作步骤：

S1、确定图像采集区域：

设计电子地图范围，其中电子地图范围的确定需要比图像采集区域大一些，保证UWB跟踪区域对图像采集区域全覆盖；

S2、搭建UWB基站：

根据设计好的电子地图范围搭建UWB基站，UWB基站与服务器连接通信进行数据传输，安装摄像头，摄像头与服务器连接通信进行视频图像采集；

S3、基准点设置：

选择至少4个基准点，采集UWB电子地图坐标与对应到摄像头图像的坐标，并计算坐标转移矩阵，必要时需要将电子地图分区进行各自区域的坐标转移矩阵的计算，以降低坐标转移矩阵求得的图像坐标误差

S4、佩戴UWB标签：

目标物佩戴UWB标签于UWB基站辐射范围内进行活动，此时通过UWB标签向服务器实时传输UWB跟踪坐标数据及身份标识数据，实现目标位置的定位追踪，同时开启摄像头，视频图像数据实时传入服务器；

S5、数据同步：

UWB定位跟踪数据与视频数据进行同步，以保证所处理的UWB的数据时刻与视频图像时刻一致，由于UWB的坐标跟踪数据的采集频率可能与摄像头视频数据采集频率不一致，通常需要进行同步，同步方法可以采用插值法或者减采样方法进行同步；

S6、目标视频图像实时跟踪：

服务器通过坐标转换算法对跟踪目标进行视频图像实时跟踪；

S7、图像重构：

服务器对跟踪目标进行图像重构，包括图像的裁剪，尺寸变换，旋转的图像处理，获取目标置于图像中心的目标图像视频，并将目标图像视频存放以便调用。

5.根据权利要求4所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率大于摄像头视频数据采集频率时需要对UWB跟踪坐标数据进行减采样操作来与摄像头视频数据时刻进行同步。

6.根据权利要求4所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述S5步骤中，当UWB跟踪坐标采集频率小于摄像头视频数据采集频率时，需要采用插值法对UWB跟踪坐标数据进行插值，以达到UWB数据与视频数据的时刻同步。

7.根据权利要求4所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述S6步骤中，坐标转换原理如下：

坐标转换是将原平面坐标系中的坐标（x，y）变换到另一个坐标系的坐标（x’，y’）也称为一个坐标到另一个坐标的投影映射，变换过程中需要求解坐标变换参数，找到坐标之间映射的关系，即确定一个平面到另一个平面的映射关系。

8.根据权利要求7所述的一种基于UWB的目标跟踪及目标图像重构技术，其特征在于，所述求解坐标变换参数至少需要4个基准点，需要找到坐标系1的四个点“1”，“2”，“3”，“4”和坐标系2中对应的四个点“1”，“2”，“3”，“4”，通过这四个点的坐标进行坐标变换参数求解，其中用到的变换矩阵公式如下：

，

而等式

中将用A标示为坐标变换矩阵，[x’，y’]为坐标系2的坐标，[x，y]为坐标系1的坐标，w可设为1，w’与变换矩阵变换前后坐标有关，坐标与w’的关系等式如下：

，

通过基准点坐标计算求得的A坐标变换矩阵后，用等式

求任意一点[x，y]到[x’，y’]的坐标变换。

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