CN114463385A - 基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质 - Google Patents

基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质 Download PDF

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CN114463385A CN202210032481.9A CN202210032481A CN114463385A CN 114463385 A CN114463385 A CN 114463385A CN 202210032481 A CN202210032481 A CN 202210032481A CN 114463385 A CN114463385 A CN 114463385A
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贾怀礼
郭倜颖
芦文峰
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Ping An Technology Shenzhen Co Ltd
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Abstract

本申请为云监控技术领域，本申请提供了一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质，其中，方法包括：获取监测区域的遮挡信息，根据遮挡信息分别部署枪机、球机的数量和位置，将所有枪机和球机作为监控相机并标记世界坐标，调用所有监控相机对监测区域进行区域监控，当在监测区域检测到目标后，确定目标的轨迹方向，从监控队列的球机中选择第一目标球机并加入跟踪队列，利用第一目标球机对目标进行跟踪，并计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，当确定目标离开第一目标球机的跟踪区域时，从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，调用第二目标球机对目标继续跟踪，以实现枪机和球机的远距离部署。

Description

基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质
技术领域
本申请涉及云监控技术领域，具体而言，本申请涉及一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质。
背景技术
在智慧城市的建设过程中，基于网络摄像机的视频监控具有广泛的应用场景，而枪球联动系统能更好地平衡区域整体防控与目标细节之间的关系。
现有的枪球联动系统，枪球和球机两个监控相机为一体设备，两个监控相机需要安装在相隔较近的区域，从而保障两个监控相机视角大体一致，便于实现监控相机的校准，在将两个监控相机分别安装在相隔较远的区域后则无法进行相互联动，操作不便。
发明内容
本申请的主要目的为提供一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质，以降低枪球联动系统的操作难度，实现两个监控相机即使分别安装在相隔较远的区域也能进行相互联动。
为了实现上述发明目的，本申请提供一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法，应用于所述枪球联动系统的主控机，所述枪球联动系统还包括与所述主控机连接的枪机和球机，包括如下步骤：
获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
优选地，所述根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机，包括：
获取所述目标在所述轨迹方向的第一轨迹点；
以每个所述球机的聚焦中心为原点、光轴为Z轴建立每个球机的相机坐标系；
计算所述第一轨迹点与每个所述相机坐标系的Z轴的距离；
选取距离所述第一轨迹点最近的相机坐标系作为目标相机坐标系；
将所述目标相机坐标系对应的球机作为第一目标球机。
优选地，所述获取所述目标的运动情况，包括：
再次调用所述监控队列的所有监控相机对离开所述跟踪区域的目标进行追踪，得到追踪图像；
根据所述追踪图像确定所述目标的运动情况。
优选地，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，包括：
根据所述目标的运动情况确定所述目标在所述追踪图像中的第二轨迹点；
确定所述第二轨迹点在所述追踪图像中的图像坐标；
根据所述图像坐标确定所述目标的目标世界坐标，从所述监控队列的剩余球机中选取与所述目标世界坐标相对应的球机作为第二目标球机。
进一步地，所述标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标之后，还包括：
获取所述球机的镜头参数及感光部件参数，根据所述镜头参数及感光部件参数确定所述球机跟踪的视角范围；
控制所述球机依照焦距从无穷远至最近的拍摄方式进行连续拍摄，得到多张图像帧；
对所述多张图像帧的成像信息进行运算，得到场景深度；
获取所述球机在所述视角范围对应的图像区域，得到第一跟踪区域；
获取所述球机在所述场景深度对应的图像区域，得到第二跟踪区域；
根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域。
优选地，所述根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域，包括：
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行比对，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的重合区域，将所述重合区域确定为所述球机的跟踪区域；
或
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行拼接，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的合并区域，将所述合并区域确定为所述球机的跟踪区域。
进一步地，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机之后，还包括：
将所述第一目标球机的世界坐标转换成像素坐标，保存所述第一目标球机的像素坐标；
将所述第一目标球机退出所述跟踪队列并重新进入监控队列。
本申请还提供一种基于枪球联动系统的目标跟踪装置，其包括：
创建模块，用于获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取模块，用于获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
构建模块，用于为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
选择模块，用于当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
移出模块，用于将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
计算模块，用于利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
重新选取模块，用于当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
跟踪模块，用于将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
本申请还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述方法的步骤。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述方法的步骤。
本申请所提供的一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质，通过主控机获取监测区域的图像数据，根据图像数据为监测区域创建统一的世界坐标系，获取监测区域的遮挡信息，根据监测区域的遮挡信息分别部署枪机的数量和位置、以及球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个监控相机在世界坐标系的世界坐标，为监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用监控队列的所有监控相机对监测区域进行区域监控，当在监测区域检测到目标后，确定目标的轨迹方向，根据目标的轨迹方向从监控队列的球机中选择第一目标球机，将第一目标球机移出监控队列，并将第一目标球机加入预先创建的跟踪队列，利用跟踪队列的第一目标球机对目标进行跟踪，并计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，当根据旋转角度及缩放倍数确定目标离开第一目标球机的跟踪区域时，获取目标的运动情况，根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，将第二目标球机移出监控队列并加入跟踪队列，对目标继续跟踪，从而利用世界坐标系及监测区域的遮挡信息对枪机和球机分别部署，实现枪机和球机较远距离的使用，并由于利用世界坐标系进行标定，能有效降低监控误差；同时基于目标的轨迹方向调用球机，能合理选择监控队列和跟踪队列的监控相机，能够利用最少的设备实现全区域监控，并合理分配枪机和球机资源，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
附图说明
图1为本申请一实施例的基于枪球联动系统的目标跟踪方法的流程示意图；
图2为本申请一实施例的基于枪球联动系统的目标跟踪装置的结构示意框图；
图3为本申请一实施例的计算机设备的结构示意框图。
本申请目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提出的一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法，以枪球联动系统的主控机为执行主体，该枪球联动系统还包括与所述主控机连接的枪机和球机，该主控机可以是独立的服务器，也可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务、内容分发网络(Content Delivery Network，CDN)、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。
该基于枪球联动系统的目标跟踪方法用于解决两个监控相机分别安装在相隔较远的区域时，则无法进行相互联动的技术问题。参考图1，其中一个实施例中，该基于枪球联动系统的目标跟踪方法包括如下步骤：
S11、获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
S12、获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
S13、为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
S14、当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
S15、将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
S16、利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
S17、当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
S18、将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
其中，球机全称为球型摄像机，是现代电视监控发展的代表，它集成彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能于一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控。枪机是监控类摄像机中一种。枪机外观长方体，前面是C/CS镜头接口，枪机不包含镜头。所谓的枪机主要从外型、镜头安装接口上区分。
枪球联动系统就是通过宽视场角的枪机形成对被监测区域的全局画面，以枪机的全局画面作为参考，通过联动的方式操控小视场的球机，输出局部细节图像。通过枪球联动，不仅实现看全看清的目的，还可以实现更快捷且目的性更强的操控；对无人值守系统，枪球联动系统可以智能分析枪机图像的特定目标和行为态势，自动控制球机跟踪和监视可疑目标和区域，从而实现自动智能监视。其中，枪球联动系统一般有两种工作模式：
手动联动模式：以宽视场枪机画面做参考，用户通过点击目标或框选区域的方式，快速直观有目的地操控球机到感兴趣区域。
自动联动模式：对宽视场枪机的视频进行智能分析，自动检测出可疑目标，控制球机对这些可疑目标进行细节监视，这种模式适合无人值守的应用场合，实现自动智能监视。本申请采用自动联动模式。
具体的，如上述步骤S11所述，监测区域可以是学校、操场、球场和路口等需要监测的区域，如对十字路口的监控，以分析是否有车辆违反交通规则的行为。同时针对监测区域构建统一的世界坐标系，如三维坐标系，在该世界坐标系中标定原点、X轴、Y轴及Z轴。
具体的，主控机可控制部署于监控区域内的各监控相机采集整个监测区域的图像数据，并接收各监控相机采集的图像数据，根据图像数据为监测区域创建统一的世界坐标系。此外，还可根据实际监控需求，实时获取整个监测区域内的图像数据，也可每隔一预设时间，周期性地获取整个监测区域内的图像数据，以确保对监测区域内的被监测者的有效监控。其中，图像数据中记录了监测区域的各子区域及每个子区域中主要建筑物、路径以及标志性物体，所述各子区域可包括安全区域、警示区域、禁烟区域等等。
如上述步骤S12所述，本实施例获取监测区域的监测图像，依据监测图像判断监测区域是否含有遮挡物，该遮挡物可以是建筑物、植物、路标等物体。当判定监测区域含有遮挡物，则获取监测区域的遮挡信息，该遮挡信息包括遮挡物的形状、大小、类型、位置等等。然后根据监测区域内的遮挡信息分别进行枪机和球机的数量、位置部署，并记录每个枪机和球机的世界坐标，并合理设定球机的跟踪的视角范围及场景深度，以设置跟踪区域，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，从而实现监测区域的全覆盖。例如，当遮挡物位于监测区域的中心时，则仅需2个枪机即可实现对遮挡物的监控全覆盖，并通过5个独立球机能够实现对遮挡物的迫近跟踪。其中，该2个枪机部署至距离遮挡物较远的两端，且相对设置；该5个独立球机分别部署至距离遮挡物较近的四周，且均匀设置，设定每个球机的跟踪的视角范围及场景深度，并进行记录。
如上述步骤S13所述，首先创建监控队列，监控队列的监控相机用于对监测区域实时监控，然后将所有枪机和球机均作为监控相机加入所述监控队列中，利用监控队列的所有监控相机对监测区域进行区域监控，从而最大程度的利用监控相机，提高监控效率。
如上述步骤S14所述，当在监测区域检测到目标后，主控机获取该目标的轨迹，并确定目标的轨迹方向，根据目标的轨迹方向从监控队列的球机中选择第一目标球机，如选择目标的轨迹方向上的球机作为第一目标球机。
如上述步骤S15-S16所述，选择第一目标球机后，将第一目标球机移出监控队列中，并创建跟踪队列，将第一目标球机加入跟踪队列中，对目标进行追踪，如放大目标的监控图像。在这个监控过程中，监控队列的监控相机可以暂停工作，只需要调用第一目标球机对目标进行监控，此时需要计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，通过PTZ控制实现目标的跟踪，采集目标的监控图像。其中，所述PTZ控制代表第一目标球机全方位(上下、左右)移动及镜头变倍、变焦控制。
如上述步骤S17所述，当根据旋转角度及缩放倍数确定目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，如当第一目标球机调整至最大旋转角度及缩放至最小缩放倍数后，输出的监控图像中仍然没有目标时，则确定目标离开第一目标球机的跟踪区域。此时第一目标球机可暂停工作，重新调用监控队列的监控相机获取目标的运动情况，如枪机获取目标的运动情况，根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，如选取距离当前目标最近的球机作为第二目标球机。
如上述步骤S18所述，本实施例将第二目标球机的坐标转换成世界坐标，将第一目标球机退出跟踪队列并进入监控队列，将第二目标球机移出监控队列并加入跟踪队列，只调用第二目标球机对目标继续跟踪，其他监控相机可以暂停工作，以合理调度每个独立的球机，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
本申请所提供的一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法，通过主控机获取监测区域的图像数据，根据图像数据为监测区域创建统一的世界坐标系，获取监测区域的遮挡信息，根据监测区域的遮挡信息分别部署枪机的数量和位置、以及球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个监控相机在世界坐标系的世界坐标，为监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用监控队列的所有监控相机对监测区域进行区域监控，当在监测区域检测到目标后，确定目标的轨迹方向，根据目标的轨迹方向从监控队列的球机中选择第一目标球机，将第一目标球机移出监控队列，并将第一目标球机加入预先创建的跟踪队列，利用跟踪队列的第一目标球机对目标进行跟踪，并计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，当根据旋转角度及缩放倍数确定目标离开第一目标球机的跟踪区域时，获取目标的运动情况，根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，将第二目标球机移出监控队列并加入跟踪队列，对目标继续跟踪，从而利用世界坐标系及监测区域的遮挡信息对枪机和球机分别部署，实现枪机和球机较远距离的使用，并由于利用世界坐标系进行标定，能有效降低监控误差；同时基于目标的轨迹方向调用球机，能合理选择监控队列和跟踪队列的监控相机，能够利用最少的设备实现全区域监控，并合理分配枪机和球机资源，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
在一实施例中，所述根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机，可具体包括：
获取所述目标在所述轨迹方向的第一轨迹点；
以每个所述球机的聚焦中心为原点、光轴为Z轴建立每个球机的相机坐标系；
计算所述第一轨迹点与每个所述相机坐标系的Z轴的距离；
选取距离所述第一轨迹点最近的相机坐标系作为目标相机坐标系；
将所述目标相机坐标系对应的球机作为第一目标球机。
本实施例获取目标在轨迹方向上的第一轨迹点，当目标在轨迹方向上的轨迹点为多个时，则选取距离当前时间最近的轨迹点作为第一轨迹点，然后以每个球机的聚焦中心为原点、光轴为Z轴建立每个球机的相机坐标系，得到每个球机的相机坐标系。其中，光轴又称为相机中轴线，是指监控相机在拍摄的时候，监控相机和目标之间形成的线。相机坐标系是以摄像机站在自己角度上衡量的物体的坐标系。
然后计算第一轨迹点与每个相机坐标系的Z轴的距离，选取Z轴距离第一轨迹点最近的相机坐标系作为目标相机坐标系，将该目标相机坐标系对应的球机作为第一目标球机，调用该第一目标球机对目标进行追踪，以精确地调度最适合的监控相机，对目标进行追踪。
在一实施例中，所述获取所述目标的运动情况，可具体包括：
再次调用所述监控队列的所有监控相机对离开所述跟踪区域的目标进行追踪，得到追踪图像；
根据所述追踪图像确定所述目标的运动情况。
本实施例在目标离开第一目标球机的跟踪区域后，则再次调用监控队列的所有监控相机对离开跟踪区域的目标进行追踪，得到多张追踪图像，按照拍摄时间前后，基于多张追踪图像确定目标的运动情况，如目标运动的方向、速度等等，从而简单快速地确定目标的运动情况。
在一实施例中，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，可具体包括：
根据所述目标的运动情况确定所述目标在所述追踪图像中的第二轨迹点；
确定所述第二轨迹点在所述追踪图像中的图像坐标；
根据所述图像坐标确定所述目标的目标世界坐标，从所述监控队列的剩余球机中选取与所述目标世界坐标相对应的球机作为第二目标球机。
本实施例根据目标的运动情况确定目标在追踪图像中的第二轨迹点，当目标的轨迹点为多个时，则选取距离当前时间最近的追踪图像上的轨迹点作为第一轨迹点，并确定第二轨迹点在追踪图像中的图像坐标，根据图像坐标确定目标的目标世界坐标，从监控队列的剩余球机中选取与目标世界坐标相对应的球机作为第二目标球机，如从剩余球机中选择距离目标世界坐标最近的球机作为第二目标球机，以精确地选取最适合的监控相机，对目标进行追踪。
其中，图像坐标系是以摄像机拍摄的二维照片为基准建立的坐标系，图像坐标是用于指定目标在照片中的位置。
在一实施例中，所述标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标之后，还可包括：
获取所述球机的镜头参数及感光部件参数，根据所述镜头参数及感光部件参数确定所述球机跟踪的视角范围；
控制所述球机依照焦距从无穷远至最近的拍摄方式进行连续拍摄，得到多张图像帧；
对所述多张图像帧的成像信息进行运算，得到场景深度；
获取所述球机在所述视角范围对应的图像区域，得到第一跟踪区域；
获取所述球机在所述场景深度对应的图像区域，得到第二跟踪区域；
根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域。
本实施例基于每个球机的相机参数确定每个球机跟踪的视角范围，并通过连续拍摄的图像帧确定球机的场景深度，然后根据视角范围及场景深度确定球机的跟踪区域，如将球机的视角范围对应的区域作为球机的跟踪区域，并基于场景深度逐渐调整跟踪区域，以得到范围最大且清晰的区域作为最终的跟踪区域。
在本实施例中，球机的相机参数可包括球机的位置参数、镜头参数以及感光部件参数。球机的视角范围为相对固定的参数，其由镜头参数以及感光部件参数进行确定，因此可获取球机的镜头参数及感光部件参数，通过查询的方式确定该镜头参数及感光部件参数下的球机的视角范围。
在确定场景深度时，依照球机的焦距从无穷远至最近的拍摄方式进行连续拍摄，完成多次成像，得到多张图像帧，并对多张图像帧的成像信息进行运算，得到场景深度。例如，当被摄物为一平面，并且与球机的镜头平行时，通过公式：1/L’-1/L＝1/F’，计算出被摄物在每张图像帧的深度信息，将清晰度最高的图像帧所对应的深度信息作为球机的场景深度。其中，L为物距，L’为像距，F为镜头焦距。
其中，该视角范围是指球机可以从不同的方向清晰地观察监测区域上所有内容的角度。场景深度是球机的焦点前后的清晰范围，场景深度越大，整个图像从远景到近景就会越清晰；场景深度越浅，合焦主体清晰而前景和背景就会越虚化，从而更突出主体。影响场景深度的因素主要是球机的焦距、光圈和拍摄距离，焦距越长，光圈越大，拍摄距离越近，则场景深度越浅；反之，焦距越短，光圈越小，拍摄距离越远，则场景深度越大。
此外，主控机还可先获取球机在该视角范围的第一跟踪区域，以及球机在该场景深度的第二跟踪区域，根据第一跟踪区域与第二跟踪区域确定球机的跟踪区域，如将第一跟踪区域作为球机的跟踪区域，或将第二跟踪区域作为球机的跟踪区域，在此不做具体限定。
优选地，所述根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域，可具体包括：
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行比对，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的重合区域，将所述重合区域确定为所述球机的跟踪区域；
或
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行拼接，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的合并区域，将所述合并区域确定为所述球机的跟踪区域。
在本实施例中，可将第一跟踪区域与第二跟踪区域进行比对，得到比对结果，根据比对结果确定第一跟踪区域与第二跟踪区域的重合区域，将重合区域作为球机的跟踪区域，以得到范围较大且清晰的区域作为该球机最终的跟踪区域。此外，还可将第一跟踪区域与第二跟踪区域进行拼接，得到第一跟踪区域与第二跟踪区域的合并区域，将合并区域确定为球机的跟踪区域，以得到最大范围的区域作为该球机最终的跟踪区域。
在一实施例中，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机之后，还可包括：
将所述第一目标球机的世界坐标转换成像素坐标，保存所述第一目标球机的像素坐标；
将所述第一目标球机退出所述跟踪队列并重新进入监控队列。
本实施例可利用张正友标定法对第一目标球机进行标定，以将第一目标球机的世界坐标转换成像素坐标并进行保存，以便后续基于目标的像素坐标及第一目标球机的像素坐标快速确定目标的世界坐标，以准确地追踪目标的具体位置。
在根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机之后，只需调用第二目标球机对目标进行监控，并将第一目标球机退出跟踪队列并重新进入监控队列，同时暂停监控队列的所有监控相机的工作，以合理选择监控队列和跟踪队列的监控相机，能够利用最少的设备实现全区域监控，并合理分配枪机和球机资源，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
在一实施例中，所述将所述第一目标球机的坐标转换成像素坐标，包括：
Figure BDA0003467062030000141
其中，XwYwZw是所述第一目标球机的世界坐标；dx、dy是所述第一目标球机的感光芯片上像素的物理大小；f是所述第一目标球机的焦距；u0、v0是图像坐标系原点；R、T是旋转矩阵和平移矩阵，为常数；Zc是像素坐标。
参照图2，本申请实施例中还提供一种基于枪球联动系统的目标跟踪装置，包括：
创建模块11，用于获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取模块12，用于获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
构建模块13，用于为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
选择模块14，用于当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
移出模块15，用于将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
计算模块16，用于利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
重新选取模块17，用于当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
跟踪模块18，用于将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
其中，球机全称为球型摄像机，是现代电视监控发展的代表，它集成彩色一体化摄像机、云台、解码器、防护罩等多功能于一体，安装方便、使用简单但功能强大，广泛应用于开阔区域的监控。枪机是监控类摄像机中一种。枪机外观长方体，前面是C/CS镜头接口，枪机不包含镜头。所谓的枪机主要从外型、镜头安装接口上区分。
枪球联动系统就是通过宽视场角的枪机形成对被监测区域的全局画面，以枪机的全局画面作为参考，通过联动的方式操控小视场的球机，输出局部细节图像。通过枪球联动，不仅实现看全看清的目的，还可以实现更快捷且目的性更强的操控；对无人值守系统，枪球联动系统可以智能分析枪机图像的特定目标和行为态势，自动控制球机跟踪和监视可疑目标和区域，从而实现自动智能监视。其中，枪球联动系统一般有两种工作模式：
手动联动模式：以宽视场枪机画面做参考，用户通过点击目标或框选区域的方式，快速直观有目的地操控球机到感兴趣区域。
自动联动模式：对宽视场枪机的视频进行智能分析，自动检测出可疑目标，控制球机对这些可疑目标进行细节监视，这种模式适合无人值守的应用场合，实现自动智能监视。本申请采用自动联动模式。
具体的，监测区域可以是学校、操场、球场和路口等需要监测的区域，如对十字路口的监控，以分析是否有车辆违反交通规则的行为。同时针对监测区域构建统一的世界坐标系，如三维坐标系，在该世界坐标系中标定原点、X轴、Y轴及Z轴。
具体的，主控机可控制部署于监控区域内的各监控相机采集整个监测区域的图像数据，并接收各监控相机采集的图像数据，根据图像数据为监测区域创建统一的世界坐标系。此外，还可根据实际监控需求，实时获取整个监测区域内的图像数据，也可每隔一预设时间，周期性地获取整个监测区域内的图像数据，以确保对监测区域内的被监测者的有效监控。其中，图像数据中记录了监测区域的各子区域及每个子区域中主要建筑物、路径以及标志性物体，所述各子区域可包括安全区域、警示区域、禁烟区域等等。
本实施例获取监测区域的监测图像，依据监测图像判断监测区域是否含有遮挡物，该遮挡物可以是建筑物、植物、路标等物体。当判定监测区域含有遮挡物，则获取监测区域的遮挡信息，该遮挡信息包括遮挡物的形状、大小、类型、位置等等。然后根据监测区域内的遮挡信息分别进行枪机和球机的数量、位置部署，并记录每个枪机和球机的世界坐标，并合理设定球机的跟踪的视角范围及场景深度，以设置跟踪区域，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，从而实现监测区域的全覆盖。例如，当遮挡物位于监测区域的中心时，则仅需2个枪机即可实现对遮挡物的监控全覆盖，并通过5个独立球机能够实现对遮挡物的迫近跟踪。其中，该2个枪机部署至距离遮挡物较远的两端，且相对设置；该5个独立球机分别部署至距离遮挡物较近的四周，且均匀设置，设定每个球机的跟踪的视角范围及场景深度，并进行记录。
首先创建监控队列，监控队列的监控相机用于对监测区域实时监控，然后将所有枪机和球机均作为监控相机加入所述监控队列中，利用监控队列的所有监控相机对监测区域进行区域监控，从而最大程度的利用监控相机，提高监控效率。
当在监测区域检测到目标后，主控机获取该目标的轨迹，并确定目标的轨迹方向，根据目标的轨迹方向从监控队列的球机中选择第一目标球机，如选择目标的轨迹方向上的球机作为第一目标球机。
本实施例选择第一目标球机后，将第一目标球机移出监控队列中，并创建跟踪队列，将第一目标球机加入跟踪队列中，对目标进行追踪，如放大目标的监控图像。在这个监控过程中，监控队列的监控相机可以暂停工作，只需要调用第一目标球机对目标进行监控，此时需要计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，通过PTZ控制实现目标的跟踪，采集目标的监控图像。其中，所述PTZ控制代表第一目标球机全方位(上下、左右)移动及镜头变倍、变焦控制。
当根据旋转角度及缩放倍数确定目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，如当第一目标球机调整至最大旋转角度及缩放至最小缩放倍数后，输出的监控图像中仍然没有目标时，则确定目标离开第一目标球机的跟踪区域。此时调用监控队列的监控相机获取目标的运动情况，如枪机获取目标的运动情况，根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，如选取距离当前目标最近的球机作为第二目标球机。
本实施例将第二目标球机的坐标转换成世界坐标，将第一目标球机退出跟踪队列并进入监控队列，将第二目标球机移出监控队列并加入跟踪队列，只调用第二目标球机对目标继续跟踪，其他监控相机可以暂停工作，以合理调度每个独立的球机，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
如上所述，可以理解地，本申请中提出的所述基于枪球联动系统的目标跟踪装置的各组成部分可以实现如上所述基于枪球联动系统的目标跟踪方法任一项的功能，具体结构不再赘述。
参照图3，本申请实施例中还提供一种计算机设备，其内部结构可以如图3所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设计的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括存储介质、内存储器。该存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存器为存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储遮挡信息等数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法。
上述处理器执行上述的基于枪球联动系统的目标跟踪方法，包括：
获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
本申请一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法，包括步骤：
获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的和实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可以包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双速据率SDRAM(SSRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
综上所述，本申请的最大有益效果在于：
本申请所提供的一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法、装置、设备及介质，通过主控机获取监测区域的图像数据，根据图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系，获取监测区域的遮挡信息，根据监测区域的遮挡信息分别部署枪机的数量和位置、以及球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个监控相机在世界坐标系的世界坐标，为监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用监控队列的所有监控相机对监测区域进行区域监控，当在监测区域检测到目标后，确定目标的轨迹方向，根据目标的轨迹方向从监控队列的球机中选择第一目标球机，将第一目标球机移出监控队列，并将第一目标球机加入预先创建的跟踪队列，利用跟踪队列的第一目标球机对目标进行跟踪，并计算目标在第一目标球机的旋转角度及缩放倍数，当根据旋转角度及缩放倍数确定目标离开第一目标球机的跟踪区域时，获取目标的运动情况，根据目标的运动情况从监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，将第二目标球机移出监控队列并加入跟踪队列，对目标继续跟踪，从而利用世界坐标系及监测区域的遮挡信息对枪机和球机分别部署，实现枪机和球机较远距离的使用，并由于利用世界坐标系进行标定，能有效降低监控误差；同时基于目标的轨迹方向调用球机，能合理选择监控队列和跟踪队列的监控相机，能够利用最少的设备实现全区域监控，并合理分配枪机和球机资源，既能实现目标的有效跟踪，又能最大化利用设备，降低部署成本。
需要说明的是，在本文中，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、装置、物品或者方法不仅包括那些要素，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、装置、物品或者方法所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、装置、物品或者方法中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于枪球联动系统的目标跟踪方法，应用于所述枪球联动系统的主控机，所述枪球联动系统还包括与所述主控机连接的枪机和球机，其特征在于，包括步骤：
获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；
获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机，包括：
获取所述目标在所述轨迹方向的第一轨迹点；
以每个所述球机的聚焦中心为原点、光轴为Z轴建立每个球机的相机坐标系；
计算所述第一轨迹点与每个所述相机坐标系的Z轴的距离；
选取距离所述第一轨迹点最近的相机坐标系作为目标相机坐标系；
将所述目标相机坐标系对应的球机作为第一目标球机。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述目标的运动情况，包括：
再次调用所述监控队列的所有监控相机对离开所述跟踪区域的目标进行追踪，得到追踪图像；
根据所述追踪图像确定所述目标的运动情况。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机，包括：
根据所述目标的运动情况确定所述目标在所述追踪图像中的第二轨迹点；
确定所述第二轨迹点在所述追踪图像中的图像坐标；
根据所述图像坐标确定所述目标的目标世界坐标，从所述监控队列的剩余球机中选取与所述目标世界坐标相对应的球机作为第二目标球机。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标之后，还包括：
获取所述球机的镜头参数及感光部件参数，根据所述镜头参数及感光部件参数确定所述球机跟踪的视角范围；
控制所述球机依照焦距从无穷远至最近的拍摄方式进行连续拍摄，得到多张图像帧；
对所述多张图像帧的成像信息进行运算，得到场景深度；
获取所述球机在所述视角范围对应的图像区域，得到第一跟踪区域；
获取所述球机在所述场景深度对应的图像区域，得到第二跟踪区域；
根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一跟踪区域与第二跟踪区域确定所述球机的跟踪区域，包括：
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行比对，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的重合区域，将所述重合区域确定为所述球机的跟踪区域；
或
将所述第一跟踪区域与第二跟踪区域进行拼接，得到所述第一跟踪区域与第二跟踪区域的合并区域，将所述合并区域确定为所述球机的跟踪区域。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机之后，还包括：
将所述第一目标球机的世界坐标转换成像素坐标，保存所述第一目标球机的像素坐标；
将所述第一目标球机退出所述跟踪队列并重新进入监控队列。
8.一种基于枪球联动系统的目标跟踪装置，其特征在于，包括：
创建模块，用于获取监测区域的图像数据，根据所述图像数据为所述监测区域创建统一的世界坐标系；获取模块，用于获取所述监测区域的遮挡信息，根据所述监测区域的遮挡信息分别部署所述枪机的数量和位置、以及所述球机的数量和位置，将当前部署的所有枪机和所有球机作为监控相机，标记每个所述监控相机在所述世界坐标系的世界坐标；
构建模块，用于为所述监测区域构建监控队列，将当前所有的监控相机加入所述监控队列中，利用所述监控队列的所有监控相机对所述监测区域进行区域监控；
选择模块，用于当在所述监测区域检测到目标后，确定所述目标的轨迹方向，根据所述目标的轨迹方向从所述监控队列的球机中选择第一目标球机；
移出模块，用于将所述第一目标球机移出所述监控队列，并将所述第一目标球机加入预先创建的跟踪队列；
计算模块，用于利用所述跟踪队列的第一目标球机对所述目标进行跟踪，并计算所述目标在所述第一目标球机的旋转角度及缩放倍数；
重新选取模块，用于当根据所述旋转角度及缩放倍数确定所述目标离开所述第一目标球机的跟踪区域时，获取所述目标的运动情况，根据所述目标的运动情况从所述监控队列的剩余球机中重新选取一个球机作为第二目标球机；
跟踪模块，用于将所述第二目标球机移出所述监控队列并加入所述跟踪队列，对所述目标继续跟踪。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括：
处理器；
存储器；
其中，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一项所述的基于枪球联动系统的目标跟踪方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的基于枪球联动系统的目标跟踪方法。
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