CN113873201A - 一种超视距制高点反向观察系统及方法 - Google Patents

一种超视距制高点反向观察系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超视距制高点反向观察系统及方法，该系统包括：长焦摄像机、短焦摄像机、伺服转台和控制模块；长焦摄像机和短焦摄像机的监控距离范围有重叠；伺服转台用于安装长焦摄像机和短焦摄像机，并能够实现高低角和/或方位角调节；控制模块与长焦摄像机、短焦摄像机及伺服转台均电连接，用于生成相应的控制指令并发送，以及接收反馈数据；控制模块还用于通过图像拼接获取360°方位角全景图像并存储，定期将长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，识别监控图像中制高点目标的异常变化。本发明能够对制高点目标进行有效管控，防止不法分子对制高点进行破坏或偷占。

Description

一种超视距制高点反向观察系统及方法
技术领域
本发明涉及公共安全与视频监控技术领域，尤其涉及一种超视距制高点反向观察系统及方法。
背景技术
城市制高点作为城市管控的重要载体，对城市的公共安全发挥重要作用。在制高点架设相应监控设备可以居高临下观察，获取城市大范围态势，为公安部门案件侦察提供有力支撑。随着城市的发展，制高点的数量相应增多，特别是针对特大城市，每年举办的大型活动多、规格高、涉及区域广，制高点的分布呈现多而广的特点，如何高效、精准地对制高点进行管控，防止不法分子对制高点破坏或偷占，成为制高点管控领域新的难题。目前，传统的人防技术效率低，占用大量的警力资源，且受限于人的生理因素限制，可观察范围小，难以长时间进行高效精准管控。因此，针对以上不足，亟需一种自动化、智能化的技术方案用于对城市制高点进行有效管控。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是解决传统人防技术监管制高点效率低，范围小，难以长时间进行高效精准管控的问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种超视距制高点反向观察系统，包括：长焦摄像机、短焦摄像机、伺服转台和控制模块；其中，
所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控距离范围有重叠；
所述伺服转台用于安装所述长焦摄像机和所述短焦摄像机，并能够实现高低角和/或方位角调节；
所述控制模块与所述长焦摄像机、所述短焦摄像机及所述伺服转台均电连接，用于生成相应的控制指令并发送，以及接收反馈数据；所述控制模块还用于通过图像拼接获取360°方位角全景图像并存储，定期将所述长焦摄像机和所述短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，识别监控图像中制高点目标的异常变化。
可选地，所述长焦摄像机用于拍摄监控距离范围为1～3km的监控图像，所述短焦摄像机用于拍摄监控距离范围为100m～1.5km的监控图像。
可选地，所述长焦摄像机的视场角为0.5～1.5°，所述短焦摄像机的视场角大于1°。
可选地，所述长焦摄像机的焦距大于500mm，所述短焦摄像机的焦距小于250mm。
可选地，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控距离范围重叠不小于500m。
可选地，所述伺服转台的码盘定位精度高于0.01°，在连续旋转扫描模式下，所述伺服转台旋转一周的时间小于6s。
可选地，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的触发模式为外触发模式或内触发模式；
外触发模式下，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控图像拍摄时序与所述伺服转台的转动时序相同；
内触发模式下，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控图像拍摄时序与所述伺服转台的转动时序相互独立。
本发明还提供了一种超视距制高点反向观察方法，采用如上述任一项所述的超视距制高点反向观察系统实现，包括如下步骤：
令伺服转台周向旋转360°，获取一序列长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像；
分别拼接长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像，得到长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像；
令伺服转台连续旋转，逐帧获取所述长焦摄像机和所述短焦摄像机拍摄的监控图像，并分别与长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对；
若所述长焦摄像机和/或所述短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像相应位置区域进行信息比对后，结果表明出现异常变化，则提取监控图像中的异常变化区域，进行目标识别与危险度分析。
可选地，所述超视距制高点反向观察方法还包括：
输出360°方位角全景图像；
若结果表明出现异常变化，则在输出360°方位角全景图像前，将目标识别与危险度分析的结果叠加在对应的360°方位角全景图像上。
可选地，所述超视距制高点反向观察方法还包括：
基于用户指令，判断输出的360°方位角全景图像的安全性；
若判断结果为无异常，则更新存储的360°方位角全景图像。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种超视距制高点反向观察系统及方法，本发明利用长焦摄像机、短焦摄像机分别获取远景、近景图像，覆盖大景深的观察区域，通过伺服转台周扫，结合图像拼接技术，获取360°方位角全景图像，控制模块定期将长焦摄像机、短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，以便及时识别监控图像中制高点目标的异常变化，本发明能够实现自动化、智能化的监控制高点目标，防止不法分子对制高点进行破坏或偷占，对相关行为进行及时预警和取证，为公安机关提供决策参考。
附图说明
图1是本发明实施例中一种超视距制高点反向观察系统结构示意图；
图2是本发明实施例中一种智能化图像监测算法工作流程示意图；
图3是本发明实施例中一种超视距制高点反向观察方法步骤示意图；
图4是本发明实施例中另一种超视距制高点反向观察方法步骤示意图。
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，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。
如图1所示，本发明实施例提供的一种超视距制高点反向观察系统，包括长焦摄像机、短焦摄像机、伺服转台和控制模块；具体地，其中：
长焦摄像机用于拍摄长监控距离的图像(即远景图像)，短焦摄像机用于拍摄短监控距离的图像(即近景图像)，长焦摄像机和短焦摄像机的监控距离范围有重叠。通过长焦摄像机和短焦摄像机的配合，能够实现大景深范围内的观测，且二者监控距离有重叠，能够较好地观察重叠区域内的目标，避免因邻近长焦摄像机或短焦摄像机的监控距离极限而导致监控图像画面质量下降，进而造成遗漏目标。
伺服转台用于安装长焦摄像机和短焦摄像机，并能够实现高低角和/或方位角调节。周扫模式下，也即连续旋转扫描模式下，伺服转台带动长焦摄像机和短焦摄像机同步周向转动(即方位角连续变化)，拍摄周围的图像。
控制模块与长焦摄像机、短焦摄像机及伺服转台均电连接，用于生成相应的控制指令并发送，以及接收反馈数据，即，控制模块用于生成长焦摄像机控制指令并发送至长焦摄像机，接收长焦摄像机的反馈数据(如拍摄的监控图像、拍摄时间等)，用于生成短焦摄像机控制指令并发送至短焦摄像机，接收短焦摄像机的反馈数据，用于生成伺服转台控制指令并发送至伺服转台，接收伺服转台的反馈数据(如高低角、方位角等位置信息)。优选地，伺服转台可采用实时反馈式，能够通过相关电气接口向控制模块实时反馈当前的位置信息，当然，也能够接收控制模块生成的位置控制指令预置位到具体位置。在一些具体的实施方式中，控制模块的上述功能可采用综合管理软件实现。
控制模块还用于通过图像拼接获取360°方位角全景图像并存储，定期将长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像与存储的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，识别监控图像中制高点目标的异常变化。优选地，控制模块在识别监控图像中制高点目标的异常变化后，输出异常信息，并识别异常变化的危险度。在一些具体的实施方式中，控制模块的上述功能可采用智能化图像监测算法实现。图2示出了本发明实施例中一种智能化图像监测算法工作流程示意图。
本发明提供的超视距制高点反向观察系统中，长焦、短焦摄像机分别获取远景、近景的监控图像，通过远近搭配对城市多个制高点进行全程细节成像观测；伺服转台作为长焦和短焦摄像机的运动载体，按照控制模块发送的控制指令进行周扫扫描，可实现360°场景全覆盖；控制模块获取长焦和短焦摄像机拍摄的监控图像，完成全景图像与监控图像的比对，智能化地识别监控图像中制高点目标的异常变化，从而判别城市中各制高点异常情况，如不法人员进入、制高点遭到破坏等。本发明可观察距离远，覆盖范围大，以智能化设备代替人防，实现对广域制高点的智能化管控，对制高点目标进行高效、精准地反向观察，解决了目前遇到的制高点管控难题，有效弥补了现有技术对城市制高点智能化监控的缺失。
优选地，长焦摄像机用于拍摄监控距离范围为1～3km的监控图像，短焦摄像机用于拍摄监控距离范围为100m～1.5km的监控图像。在此观测范围内，能够满足城市内制高点目标的观察需求，代替人防工作。
进一步地，为使得监控图像的视场范围大，长焦摄像机的视场角优选为0.5～1.5°，短焦摄像机的视场角优选大于1°。在此范围内，单帧监控图像能够获得尽可能大的观察区域。
进一步地，为获得清晰的监控图像，长焦摄像机的焦距大于500mm，短焦摄像机的焦距小于250mm。在此范围内，长焦、短焦摄像机可以拍摄到精度较佳的画面，以便后续对图像中的制高点目标进行识别。更进一步地，长焦摄像机和短焦摄像机成像分辨率不低于百万像素，成像光谱波段可为可见光、热红外等，可依据具体情况选配。
进一步地，长焦摄像机和短焦摄像机的监控距离范围重叠不小于500m。此实施方式中，对重叠的监控距离范围内的制高点目标，长焦摄像机和短焦摄像机同时拍摄监控图像，能够避免目标漏检。
优选地，伺服转台的码盘定位精度高于0.01°；更优选地，在连续旋转扫描模式下，伺服转台旋转一周的时间小于6s。此实施方式中，连续旋转扫描后，基于一序列长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像，结合图像拼接技术，可获取高精度的360°方位角全景图像。360°方位角全景图像中应标注有相应的方位角信息，以便进行后续的匹配，观察时，将实时监控得到的、长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像，结合方位角信息，匹配到360°方位角全景图像中对应的位置处，再进行信息比对。若伺服转台的码盘定位精度偏低，则可能影响拼接360°方位角全景图像与位置匹配；而伺服转台旋转一周的时间过长，则会影响发现制高点异常的效率。
进一步地，长焦摄像机和短焦摄像机的触发模式为外触发模式或内触发模式；其中：
外触发模式下，长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像拍摄时序与伺服转台的转动时序相同，长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像与伺服转台的码盘角度相对应，即，外触发模式下，摄像机每帧监控图像的时序严格按照综合管理软件设置的时序工作，每帧拍摄图像对应伺服转台特定的码盘角度；此模式下，控制模块生成同步的触发控制指令，同步发送至长焦摄像机、短焦摄像机与伺服转台；
内触发模式下，长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像拍摄时序与伺服转台的转动时序相互独立，长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像与伺服转台的码盘角度之间不存在固定的对应关系，即，内触发模式的每帧监控图像的时序是按照摄像机内部时序，与伺服转台的时序不同步，内触发模式下，必须依据伺服转台方位码盘角度实现二者的对应关系关联；此模式下，控制模块生成独立的触发控制指令，分别发送至长焦摄像机、短焦摄像机与伺服转台，并建立长焦摄像机和短焦摄像机的监控图像拍摄时序与伺服转台的转动时序之间的关联关系，以便后续进行图像拼接。
外触发模式下，摄像机(即长焦摄像机和短焦摄像机)拍摄与伺服转台的转动严格对应，按照伺服转台的转动角度即可拼接拍摄的监控图像，但该工作方式常需要外接参考信号实现同步，成本更高。内触发模式下，摄像机(即长焦摄像机和短焦摄像机)拍摄与伺服转台的转动没有严格的对应关系，拼接拍摄的监控图像时，需根据监控图像中的特征以及监控图像拍摄时序与伺服转台的转动时序之间的关联关系进行拼接，处理时间相对更长，但无需外接参考信号。
特别地，本发明提供的系统还可以进一步结合其他设备，对监控图像中制高点目标的异常变化进行细节分辨，以便为使用者提供决策依据。
本发明实施方式还提供了一种超视距制高点反向观察方法，如图3所述，采用如上述任一项实施方式所述的超视距制高点反向观察系统实现，具体包括如下步骤：
步骤300，令伺服转台周向旋转360°，获取一序列长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像；
步骤302，分别拼接长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像，得到长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像；为便于后续处理，全景图像中应标注有对应的方位角信息；
步骤304，观察时，令伺服转台连续旋转，逐帧获取长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像，并分别与长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对；即，将每帧长焦摄像机拍摄的监控图像与长焦摄像机对应的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，将每帧短焦摄像机拍摄的监控图像与短焦摄像机对应的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对；
步骤306，若长焦摄像机和/或短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像相应位置区域进行信息比对后，结果表明出现异常变化，则提取监控图像中的异常变化区域，进行目标识别与危险度分析。
本发明提供的超视距制高点反向观察方法中，核心是在360°周扫实现全景图像拼接后，基于伺服转台的方位角数据，将实时获取到的监控图像信息与全景图像中对应位置的图像信息进行位置匹配与信息比对，以便对监控图像中发生的异常变化进行准确识别，并提取出目标进行识别和危险度分析。
优选地，如图4所示，该超视距制高点反向观察方法还包括：
步骤308，输出360°方位角全景图像；
若步骤306中，长焦摄像机和/或短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像相应位置区域进行信息比对后，结果表明出现异常变化，则在步骤308输出360°方位角全景图像前，将目标识别与危险度分析的结果叠加在对应的360°方位角全景图像上。
该实施方式中，为便于使用者观察，定期输出360°方位角全景图像，并将目标识别与危险度分析的结果叠加在对应的360°方位角全景图像上，更为直观地显示。
优选地，如图4所示，该超视距制高点反向观察方法，还包括：
步骤310，基于用户指令，判断输出的360°方位角全景图像的安全性；若判断结果为无异常，则更新存储的360°方位角全景图像。
该实施方式中，当监控图像与存储的360°方位角全景图像中的信息发生改变，使用者可通过输入用户指令，人工判断目标发生的变化是否为可接受的变化，如增设了通过许可的设备等，若可以接受，则更新存储的360°方位角全景图像，作为后续的观察基准。
综上所述，本发明提供了一种超视距制高点反向观察系统及方法，通过摄像机远近搭配(即长焦摄像机、短焦摄像机同时拍摄)对城市多个制高点进行全程细节成像观测，伺服转台作为摄像机的运动载体，实现360°场景全覆盖，控制模块可安装综合管理软件和智能化图像监测算法，智能化、自动化地完成监控图像实时比对，判断制高点异常情况，防止不法分子对制高点进行破坏或偷占。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种超视距制高点反向观察系统，其特征在于，包括：长焦摄像机、短焦摄像机、伺服转台和控制模块；其中，
所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控距离范围有重叠；
所述伺服转台用于安装所述长焦摄像机和所述短焦摄像机，并能够实现高低角和/或方位角调节；
所述控制模块与所述长焦摄像机、所述短焦摄像机及所述伺服转台均电连接，用于生成相应的控制指令并发送，以及接收反馈数据；所述控制模块还用于通过图像拼接获取360°方位角全景图像并存储，定期将所述长焦摄像机和所述短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对，识别监控图像中制高点目标的异常变化。
2.根据权利要求1所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述长焦摄像机用于拍摄监控距离范围为1～3km的监控图像，所述短焦摄像机用于拍摄监控距离范围为100m～1.5km的监控图像。
3.根据权利要求2所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述长焦摄像机的视场角为0.5～1.5°，所述短焦摄像机的视场角大于1°。
4.根据权利要求2所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述长焦摄像机的焦距大于500mm，所述短焦摄像机的焦距小于250mm。
5.根据权利要求4所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控距离范围重叠不小于500m。
6.根据权利要求1所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述伺服转台的码盘定位精度高于0.01°，在连续旋转扫描模式下，所述伺服转台旋转一周的时间小于6s。
7.根据权利要求6所述的超视距制高点反向观察系统，其特征在于：
所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的触发模式为外触发模式或内触发模式；
外触发模式下，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控图像拍摄时序与所述伺服转台的转动时序相同；
内触发模式下，所述长焦摄像机和所述短焦摄像机的监控图像拍摄时序与所述伺服转台的转动时序相互独立。
8.一种超视距制高点反向观察方法，其特征在于：
采用如权利要求1-7任一项所述的超视距制高点反向观察系统实现，包括如下步骤：
令伺服转台周向旋转360°，获取一序列长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像；
分别拼接长焦摄像机和短焦摄像机拍摄的监控图像，得到长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像；
令伺服转台连续旋转，逐帧获取所述长焦摄像机和所述短焦摄像机拍摄的监控图像，并分别与长焦摄像机和短焦摄像机各自对应的360°方位角全景图像进行位置匹配与信息比对；
若所述长焦摄像机和/或所述短焦摄像机拍摄的监控图像与360°方位角全景图像相应位置区域进行信息比对后，结果表明出现异常变化，则提取监控图像中的异常变化区域，进行目标识别与危险度分析。
9.根据权利要求8所述的超视距制高点反向观察方法，其特征在于，还包括：
输出360°方位角全景图像；
若结果表明出现异常变化，则在输出360°方位角全景图像前，将目标识别与危险度分析的结果叠加在对应的360°方位角全景图像上。
10.根据权利要求9所述的超视距制高点反向观察方法，其特征在于，还包括：
基于用户指令，判断输出的360°方位角全景图像的安全性；
若判断结果为无异常，则更新存储的360°方位角全景图像。
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