專利名稱：一種三維智能視頻監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三維智能視頻監(jiān)控方法，可用于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控區(qū)域 內(nèi)的運(yùn)動目標(biāo)在三維虛擬場景中快速定位。
背景技術(shù)：
隨著經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，人們對居住和辦公環(huán)境的安全性提出了更高的要求；對 關(guān)乎經(jīng)濟(jì)命脈的重點(diǎn)設(shè)施或區(qū)域(核電站，水電站，銀行、高速公路和機(jī)場等)的安全運(yùn)行 和防護(hù)、名勝古跡以及文物博物館(文字博物館和故宮博物院等)的安防以及重點(diǎn)軍事目 標(biāo)和區(qū)域(如軍械庫)的安防提出了更高的要求；當(dāng)重點(diǎn)目標(biāo)和區(qū)域發(fā)生突發(fā)事件時(shí)，對現(xiàn) 場事件的遠(yuǎn)程分析、指揮和調(diào)度的快速性、準(zhǔn)確性提出了更高的要求。對這些目標(biāo)和區(qū)域進(jìn) 行安防的一種重要手段就是視頻監(jiān)控，而傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控需要人的參與，要求監(jiān)控人員不 停地監(jiān)視屏幕，獲得視頻信息，通過人的理解和判斷，得到相應(yīng)的結(jié)論并做出決策。但隨著 視頻檢測器數(shù)量的急劇增加，傳統(tǒng)的人工被動監(jiān)控已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足監(jiān)控任務(wù)的需要，特 別是突發(fā)事件發(fā)生后對記錄該事件的所有視頻回放、現(xiàn)場指揮和調(diào)度是非常困難的，也無 法及時(shí)準(zhǔn)確定位非視頻報(bào)警裝置的地點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有視頻監(jiān)控的不足，提供一種三維智能視頻監(jiān) 控方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種三維智能視頻監(jiān)控方法，該方法將監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的 運(yùn)動目標(biāo)類別及運(yùn)動路徑實(shí)時(shí)顯示在監(jiān)控區(qū)域的三維虛擬場景中，為監(jiān)控人員提供三維可 視化的監(jiān)控環(huán)境，充分利用三維虛擬場景的真實(shí)空間感，對運(yùn)動目標(biāo)和報(bào)警事件進(jìn)行快速 定位和及時(shí)處理。具體實(shí)現(xiàn)步驟為(1)對實(shí)際監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行三維建模，并用軟件顯示為與實(shí)際監(jiān)控區(qū)域?qū)?yīng)的三維 虛擬場景；(2)對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)和畸變校正參數(shù)，建立二維圖像與三 維空間一一映射關(guān)系模型；(3)對攝像機(jī)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息，包括目標(biāo)類別和 運(yùn)動路徑等；(4)利用二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型，將二維圖像中的目標(biāo)信息在三 維空間中定位，并實(shí)時(shí)顯示在三維虛擬場景(5)將目標(biāo)二維視頻和三維空間中運(yùn)動路徑同步顯示與存儲，存儲信息用于系統(tǒng) 檢索和回放。本發(fā)明的原理是首先對實(shí)際監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行三維建模，并用軟件顯示為與實(shí)際監(jiān) 控區(qū)域?qū)?yīng)的三維虛擬場景；其次對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)和畸變校正參 數(shù)，建立二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型；再次，對攝像機(jī)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息，包括目標(biāo)類別和運(yùn)動路徑等；然后將二維圖像中的目標(biāo)信息在三 維空間中定位，并實(shí)時(shí)顯示在三維虛擬場景中；最后將目標(biāo)二維視頻和三維空間中的運(yùn)動 路徑同步存儲，用于系統(tǒng)檢索和回放。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明克服了傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控方法在多攝像 機(jī)環(huán)境下對目標(biāo)檢測、跟蹤和以及視頻回放的效率低，事件的快速定位和及時(shí)處理困難，現(xiàn) 場指揮和調(diào)度困難，三維智能視頻監(jiān)控方法將二維目標(biāo)信息映射到三維虛擬場景中，并以 目標(biāo)為主線進(jìn)行視頻和運(yùn)動路徑存儲，充分利用三維虛擬場景的真實(shí)空間感，對運(yùn)動目標(biāo) 和報(bào)警事件進(jìn)行快速定位和及時(shí)處理以及對目標(biāo)事件視頻的快速回放，有效提高監(jiān)控人員 對報(bào)警事件快速定位和處理能力，減輕監(jiān)控人員的工作負(fù)荷。


圖1為本發(fā)明的一種三維智能監(jiān)視頻控方法的原理框圖；圖2為本發(fā)明的一種三維智能監(jiān)視頻控方法的三維模型寫實(shí)模型；圖3為本發(fā)明的一種三維智能監(jiān)視頻控方法的三維模型寫意模型。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，本發(fā)明的具體實(shí)施方法如下(1)首先對實(shí)際監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行三維建模，并用軟件顯示為與實(shí)際監(jiān)控區(qū)域?qū)?yīng)的 三維虛擬場景的步驟為①測量監(jiān)控區(qū)域的大小、建筑物的尺寸以及相機(jī)的安裝位置，利用3DMAX和 AUTOCAD等工具以及數(shù)字地表模型(DSM)、數(shù)字高程模型(DEM)和數(shù)字正射影像圖(DOM)等 數(shù)據(jù)集制作監(jiān)控區(qū)域的三維模型，三維模型包括三維模型+貼圖的寫實(shí)模型和三維模型+ 透視的寫意模型兩種，兩種模型分別如圖2和圖3所示；②根據(jù)測量數(shù)據(jù)初始化監(jiān)控區(qū)域的參數(shù)，包括監(jiān)控區(qū)域的原點(diǎn)坐標(biāo)、長度和寬度， 建筑物的結(jié)構(gòu)尺寸，相機(jī)的位置、焦距和姿態(tài)；③將監(jiān)控區(qū)域的三維模型導(dǎo)入應(yīng)用程序中，形成可自動漫游或手動漫游的三維虛 擬場景。(2)對成像攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)和畸變校正參數(shù)，建立二維圖像 與三維空間一一映射關(guān)系模型，具體實(shí)現(xiàn)步驟為①對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)場標(biāo)定獲取相機(jī)的內(nèi)方位元素和畸變校正參數(shù)，內(nèi)方位元素 包括相機(jī)的焦距和相機(jī)的中心；②對攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，獲取相機(jī)的外方位元素，包括相機(jī)的安裝位置和安裝 姿態(tài)；③利用內(nèi)方位元素、畸變校正參數(shù)和外方位元素建立二維圖像與三維空間一一映 射關(guān)系模型。(4)對攝像機(jī)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息的步驟為①初始化背景，選用第一幀圖像作為初始背景；②對背景實(shí)時(shí)自適應(yīng)更新，并利用背景減法獲取運(yùn)動目標(biāo)，背景實(shí)時(shí)自適應(yīng)更新 的模型為
式中α為自適應(yīng)實(shí)時(shí)背景建模時(shí)的加權(quán)系數(shù)，/丨’7表示第k幀實(shí)時(shí)采集圖像中第i 行和第j列上的像素值，街力表示第k-Ι幀實(shí)時(shí)背景圖像中第i行和第j列上的像素值；③對目標(biāo)進(jìn)行類別判斷、編號和外輪廓跟蹤，對同一目標(biāo)進(jìn)行識別和關(guān)聯(lián)，形成目 標(biāo)的運(yùn)動路徑，其中目標(biāo)類別包括人、車和其它。(5)將目標(biāo)二維視頻和三維空間中的運(yùn)動路徑同步顯示與存儲，存儲信息用于系 統(tǒng)檢索和回放的步驟為①二維圖像視頻是以目標(biāo)為主線進(jìn)行存儲，目標(biāo)視頻可以是單相機(jī)也可以是多相 機(jī)或跨相機(jī)；②目標(biāo)的類別及運(yùn)動路徑在三維空間中定位，并與二維圖像視頻同步顯示和存 儲；③視頻檢索和回放是對以目標(biāo)為主線的所有視頻進(jìn)行檢索，編輯形成一個(gè)完成的 目標(biāo)視頻；④對視頻進(jìn)行回放時(shí)，同步回放二維目標(biāo)視頻和目標(biāo)運(yùn)動路徑在三維虛擬場景中 定位。
權(quán)利要求
一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于，該方法包括(1)對實(shí)際監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行三維建模，并用軟件顯示為與實(shí)際監(jiān)控區(qū)域?qū)?yīng)的三維虛擬場景；(2)對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)和畸變校正參數(shù)，建立二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型；(3)對攝像機(jī)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息，包括目標(biāo)類別和運(yùn)動路徑等；(4)將二維圖像中的目標(biāo)信息在三維空間中定位，并實(shí)時(shí)顯示在三維虛擬場景中；(5)將目標(biāo)二維視頻和三維空間中運(yùn)動路徑同步顯示與存儲，存儲信息用于系統(tǒng)檢索和回放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于建立實(shí)際監(jiān)控區(qū) 域的三維模型包括兩種形式，一種為3D模型+實(shí)際場景紋理的寫實(shí)模型；另一種為3D模型 +透視效果的寫意模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于攝像機(jī)標(biāo)定，建立 二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型的步驟為①對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)場標(biāo)定獲取相機(jī)的內(nèi)方位元素和畸變校正參數(shù)，內(nèi)方位元素包括 相機(jī)的焦距和相機(jī)的中心；②對攝像機(jī)進(jìn)行現(xiàn)場標(biāo)定，獲取相機(jī)的外方位元素，包括相機(jī)的安裝位置和安裝姿態(tài)；③利用內(nèi)方位元素、畸變校正參數(shù)和外方位元素建立二維圖像與三維空間一一映射關(guān) 系模型。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于對攝像機(jī)采集的 監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息的步驟為①初始化背景，選用第一幀圖像作為初始背景；②對背景實(shí)時(shí)自適應(yīng)更新，并利用背景減法獲取運(yùn)動目標(biāo)，背景實(shí)時(shí)自適應(yīng)更新的模 型為Ja-Ii^ + {I-α)·D^ = 0 [B1kiIlotherwise式中α為自適應(yīng)實(shí)時(shí)背景建模時(shí)的加權(quán)系數(shù)，/丨”表示第k幀實(shí)時(shí)采集圖像中第i行和 第j列上的像素值，對力表示第k-Ι幀實(shí)時(shí)背景圖像中第i行和第j列上的像素值；③對目標(biāo)進(jìn)行類別判斷、編號和外輪廓跟蹤，對同一目標(biāo)進(jìn)行識別和關(guān)聯(lián)，形成目標(biāo)的 運(yùn)動路徑，其中目標(biāo)類別包括人、車和其它。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于將目標(biāo)二維視頻 和三維空間中的運(yùn)動路徑同步顯示與存儲，存儲信息用于系統(tǒng)檢索和回放的步驟為①二維圖像視頻是以目標(biāo)為主線進(jìn)行存儲，目標(biāo)視頻可以是單相機(jī)也可以是多相機(jī)或 跨相機(jī)；②目標(biāo)的類別及運(yùn)動路徑在三維空間中定位，并與二維圖像視頻同步顯示和存儲；③視頻檢索和回放是對以目標(biāo)為主線的所有視頻進(jìn)行檢索，編輯形成一個(gè)完成的目標(biāo)視頻，并對視頻進(jìn)行回放。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于步驟(2)、步驟 (3)與步驟(4)間的關(guān)系為利用步驟(2)建立的二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型將 步驟(3)獲取的目標(biāo)二維運(yùn)動路徑信息映射到三維空間中，實(shí)現(xiàn)二維視頻中的目標(biāo)信息在 三維空間中定位。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種三維智能視頻監(jiān)控方法，其特征在于編輯形成一個(gè)完 成的目標(biāo)視頻，對視頻進(jìn)行回放時(shí)，同步回放二維目標(biāo)視頻和目標(biāo)運(yùn)動路徑在三維虛擬場 景中定位。
全文摘要
一種三維智能視頻監(jiān)控方法。具體實(shí)現(xiàn)步驟為首先對實(shí)際監(jiān)控區(qū)域進(jìn)行三維建模，并用軟件顯示為與實(shí)際監(jiān)控區(qū)域?qū)?yīng)的三維虛擬場景；其次對攝像機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，獲取攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)和畸變校正參數(shù)，建立二維圖像與三維空間一一映射關(guān)系模型；再次，對攝像機(jī)采集的監(jiān)控視頻進(jìn)行智能分析，獲取運(yùn)動目標(biāo)信息，包括目標(biāo)類別和運(yùn)動路徑等；然后將二維圖像中的目標(biāo)信息在三維空間中定位，并實(shí)時(shí)顯示在三維虛擬場景中；最后將目標(biāo)二維視頻和三維空間中的運(yùn)動路徑同步存儲，用于系統(tǒng)檢索和回放。該方法充分利用三維虛擬場景的真實(shí)三維空間感，將二維運(yùn)動目標(biāo)在三維虛擬場景中定位，提高監(jiān)控人員對報(bào)警事件快速定位和處理能力，有效減輕監(jiān)控人員的工作負(fù)荷。
文檔編號G06T7/00GK101951502SQ20101051141
公開日2011年1月19日 申請日期2010年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者劉衛(wèi)鋒, 李鐵軍, 牟風(fēng)濤, 趙龍, 高波 申請人:北京硅盾安全技術(shù)有限公司