本發(fā)明涉及單點定標(biāo)方法技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法。

背景技術(shù)：

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及智慧城市建立的需要，在視頻監(jiān)控領(lǐng)域中，開始出現(xiàn)一種基于槍球聯(lián)動的多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)(以下簡稱槍球聯(lián)動系統(tǒng))。該系統(tǒng)主要用于解決傳統(tǒng)攝像頭(以下簡稱槍機)由于分辨率限制造成對細節(jié)捕捉能力較差和PTZ攝像頭(以下簡稱球機)細節(jié)捕捉能力較強但監(jiān)控視角過小的問題，提出將兩種攝像頭聯(lián)合起來的監(jiān)控方式。傳統(tǒng)攝像頭用于對廣域范圍內(nèi)的目標(biāo)進行智能行為分析，并對多個監(jiān)控目標(biāo)按照既定策略進行排序，指揮控制球機對監(jiān)控目標(biāo)按順序進行跟蹤。

在槍球聯(lián)動系統(tǒng)中，需要先建立對槍機畫面和球機位置的邏輯映射關(guān)系，這是槍球聯(lián)動系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵技術(shù)。只要建立好槍機畫面和球機位置的邏輯映射關(guān)系，即可控制球機到達槍機畫面上的監(jiān)控目標(biāo)位置，進行焦距調(diào)整以獲取清晰的圖像等操作。目前市場上已有的槍球聯(lián)動系統(tǒng)中，實現(xiàn)該邏輯映射關(guān)系的定標(biāo)，主要分為以下兩種：

第一種是對槍機畫面使用網(wǎng)格進行等距劃分為多個小區(qū)域，對小區(qū)域上的端點分別記下在槍機畫面的像素點位置(X,Y)以及球機畫面中心對準(zhǔn)該像素點時的位置(PTZX，PTZY)，共計獲得M*N組參考點。當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)在槍機畫面中時，對應(yīng)中心的位置(x1,y1),通過已劃分的多個小區(qū)域，判斷處于哪個區(qū)域內(nèi)，并通過對該區(qū)域頂點對應(yīng)的四個參考點，使用最小二乘法等進行擬合，大致求出此時球機的位置坐標(biāo)(PTZX1,PTZY1)。

第二種是使用映射矩陣，在槍機畫面上選取三個以上的參考點，每三個參考點不共線，找到對應(yīng)的球機畫面中心對準(zhǔn)參考點的位置，獲得如下N組參考點：

{(X1,Y1),(PTZX1,PTZY1)}；

{(X2,Y2),(PTZX2,PTZY2)}；

{(X3,Y3),(PTZX3,PTZY3)}；

...

{(Xn,Yn),(PTZXn,PTZYn)}；

再通過槍機畫面與實際世界坐標(biāo)的關(guān)系，球機位置與實際世界坐標(biāo)的關(guān)系，通過聯(lián)合兩個關(guān)系，求解出槍機畫面對應(yīng)球機位置的邏輯關(guān)系矩陣。當(dāng)要定位槍機畫面上某一位置時，通過該邏輯關(guān)系矩陣，得到球機的位置。

以上兩種定標(biāo)方式，至少需要三個以上的參考點，同時定標(biāo)過程繁瑣，所以出現(xiàn)了自動定標(biāo)的方式，試圖擺脫人工定標(biāo)操作以簡便化。但由于矩陣的求解是一次性，若出現(xiàn)定標(biāo)不準(zhǔn)，導(dǎo)致部分區(qū)域?qū)嶋H定位差異較大，則需要重新求出邏輯關(guān)系矩陣。同時，新求出的邏輯關(guān)系矩陣對原來準(zhǔn)確定位的區(qū)域會造成影響，且該影響不可控，嚴(yán)重情況會導(dǎo)致原區(qū)域定標(biāo)出現(xiàn)更大偏差，需要重新定標(biāo)，靈活性較低，是否正確定標(biāo)成功，存在不穩(wěn)定因素。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點與不足，本發(fā)明提供一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的定標(biāo)過程復(fù)雜，靈活性低，定標(biāo)成功率無法保障等問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法，包括如下步驟：

S1、將槍機和球機安裝于同一豎直線上，并在槍機和球機之間的豎直線上設(shè)置一定的高度差；

S2、在槍機的采集畫面中，選取槍機的畫面中心點附近一標(biāo)志物，作為槍機的參考點；

S3、移動球機，使得球機畫面中心點對準(zhǔn)槍機的參考點，讀取此刻球機坐標(biāo)并計算球機的水平視場角度和垂直視場角度；

S4、根據(jù)槍機的參考點、參考點對應(yīng)的球機坐標(biāo)球機畫面中心點以及球機的水平視場角度、垂直視場角度，計算球機的位置坐標(biāo)；

S5、根據(jù)實際情況調(diào)整球機的水平視場角度和垂直視場角度，降低球機的位置坐標(biāo)的定位偏差，完成單點定標(biāo)。

進一步地，所述步驟S3中，計算球機的水平視場角度和垂直視場角度為：

理論上，球機的水平視場角度和垂直視場角度，直接根據(jù)槍機的水平視場角度和垂直視場角度確定；

實際上，在不知道槍機的水平視場角度和垂直視場角度情況下，需要計算球機的水平視場角度和垂直視場角度：

首先，移動球機，使得球機畫面中心點對準(zhǔn)槍機畫面左上角點，獲得此時的球機位置(PTZX₁,PTZY₁)；再次移動球機，球機畫面中心點對準(zhǔn)槍機畫面右下角點，獲得此時的球機位置(PTZX₂,PTZY₂)，根據(jù)(PTZX₁,PTZY₁)、(PTZX₂,PTZY₂)計算得到球機的水平視場角度α、球機的垂直視場角度β：

進一步地，所述步驟S4，計算球機的位置坐標(biāo)具體為：

此時，槍機的參考點為(x,y)，球機畫面中心點為(PTZX₀,PTZY₀)，槍機畫面的分辨率為D_x×D_y，假設(shè)球機的位置坐標(biāo)(ptzx,ptzy)相對于槍機的參考點(x,y)在水平方向上的偏差值為temp，則有

ptzx＝temp+PTZX₀

由上述式子計算得到球機的位置坐標(biāo)(ptzx,ptzy)，其中，α為球機的水平視場角度，β為球機的垂直視場角度。

采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明至少具有如下有益效果：本發(fā)明僅需設(shè)定好一組點{(X0,Y0),(PTZX0,PTZY0)}，即可完成此定標(biāo)過程，且操作簡便，同時根據(jù)球機的實際定位情況，若部分區(qū)域定位偏差過大，可手動調(diào)整水平視場角度α和垂直視場角度β的大小，保證整個槍機畫面像素點對應(yīng)的球機位置坐標(biāo)準(zhǔn)確。相比現(xiàn)有定標(biāo)方法，具備更高的靈活性。對定標(biāo)過程中，可能存在的不穩(wěn)定因素，具備可調(diào)整性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法的步驟流程圖；

圖2為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的槍機畫面與球機位置關(guān)系示意圖；

圖3為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的槍機球機在實際場景中的示意圖；

圖4為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的球機運動過程在實際場景中的示意圖；

圖5為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的實例場景中的參考點設(shè)置示意圖；

圖6為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的實例場景中定位下方花壇角落的定位示意圖；

圖7為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的實例場景中定位下方花壇角落的矯正定位示意圖；

圖8為本發(fā)明一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法實施例的實例場景中定位上方路燈底座的定位示意圖。

具體實施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互結(jié)合，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本申請作進一步詳細說明。

本發(fā)明提供一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的定標(biāo)過程復(fù)雜，靈活性低，定標(biāo)成功率無法保障等問題，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明具體實施方式進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明方法主要步驟包括：

S1、將槍機和球機安裝于同一豎直線上，并在槍機和球機之間的豎直線上設(shè)置一定的高度差；

S2、在槍機的采集畫面中，選取槍機的畫面中心點附近一標(biāo)志物，作為槍機的參考點；

S3、移動球機，使得球機畫面中心點對準(zhǔn)槍機的參考點，計算球機的水平視場角度和垂直視場角度；

S4、根據(jù)槍機的參考點、參考點對應(yīng)的球機坐標(biāo)以及球機的水平視場角度、垂直視場角度，計算球機的位置坐標(biāo)；

S5、根據(jù)實際情況調(diào)整球機的水平視場角度和垂直視場角度，降低球機的位置坐標(biāo)的定位偏差，完成單點定標(biāo)。

由于槍機和球機安裝方式對邏輯關(guān)系有不可避免的影響，針對槍機和球機的安裝，本發(fā)明采用的是已有技術(shù)提出的一體化支架，即槍機球機安裝在同一豎直線上，槍機球機之間僅有一定的高度差，如圖3所示。

在槍機畫面上選擇靠近畫面中心位置的標(biāo)志性建筑物(例如垃圾箱的角落、花壇的邊緣等)，作為參考點(X₀,Y₀)，同時通過云臺控制球機，使其畫面中心對準(zhǔn)槍機畫面中對應(yīng)的參考點，此時球機位置為(PTZX₀,PTZY₀)。

假設(shè)所設(shè)參考點正好為槍機畫面中心O,在槍機畫面形變度較小或形變已經(jīng)過矯正，槍機畫面可以等同地視為一個理想平面。按照此類安裝方式，當(dāng)槍機球機整體安裝在一定高度時，槍機中心O(X₀,Y₀)和球機中心O’(PTZX₀,PTZY₀)在豎直高度上可視為重合OO’⊥槍機平面AEBF,即線段見圖2所示。

其中D_x、D_y分別對應(yīng)槍機的分辨率的寬度和高度，對應(yīng)在圖2中為線段AB、EF的像素長度。水平視場角度α＝∠AO’B，垂直視場角度β＝∠EO’F。由圖2可知，槍機畫面的原點在左上角，坐標(biāo)為(0,0),當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)從點A移動至點B時，在槍機畫面上反映為線段AB，而實際球機跟蹤時，移動的軌跡為弧AB，球機運動過程中具有一定長度的半徑。這是由于球機運動過程中，是通過轉(zhuǎn)動一定角度來實現(xiàn)移動。

所以，當(dāng)監(jiān)控目標(biāo)從點O移動至點P(x,y)時，在槍機畫面上，水平移動的像素距離為x-X₀，垂直移動的像素距離為y-Y₀。假設(shè)球機需要偏轉(zhuǎn)的水平角度為ε，需要偏轉(zhuǎn)的垂直角度為ψ，則有：

在△AO’O中，可得

即

同理可得

由于球機位置坐標(biāo)以電機的步數(shù)為單位，同時球機位置坐標(biāo)每移動100步等于球機畫面中心偏轉(zhuǎn)1°。點P對應(yīng)的球機坐標(biāo)(ptzx,ptzy)的值為：

ptzx＝temp+PTZX₀ 公式二

事實上，在實際應(yīng)用中，球機具有一定的半徑，當(dāng)球機水平轉(zhuǎn)動時，球機對應(yīng)的位置點，在槍機成像平面XYNM上，在垂直方向上，會造成一定程度的偏移。且當(dāng)運動目標(biāo)往左或往右移動時，偏移方向都是一致的。

在定位過程中，由于參考點是槍機畫面中心，對應(yīng)記錄了此時球機的位置坐標(biāo)，在計算偏移量時，并不容易計算。由此，如圖4所示，對弧MN進行平移，使其與線段XY相交。該平移過程，相當(dāng)于將槍機畫面的左側(cè)和右側(cè)點準(zhǔn)確定標(biāo),即弧MN端點M與線段XY端點X重合，弧MN端點N與線段XY端點Y重合，此時線段OQ的像素長度為水平移動OY(或OX)像素長度時，在豎直方向上的偏移量。

在△O’QY中，O’Q＝O’Y，∠O’QY＝∠O’YQ,有

∠O’QY＝(180°-∠QO’Y)/2＝90°-1/2×∠QO’Y

在直角△QOY中，∠OQY＝90°-∠OYQ。

由于∠O’QY＝∠OQY，所以有∠OYQ＝1/2×∠QO’Y。

此時豎直方向偏移量，即線段OQ的像素長度OQ＝tan∠OYQ×OY。

在球機位置坐標(biāo)系統(tǒng)，由于球機的原點處于絕對水平位置，公式三中得到的實際坐標(biāo)應(yīng)當(dāng)減去OQ偏移量，可得

根據(jù)以上公式一、公式二和公式四，通過α、β可得到槍機畫面上任意點P(x,y)，對應(yīng)的球機坐標(biāo)(ptzx,ptzy)。

對于水平視場角度和垂直視場角度，理論上為槍機鏡頭對應(yīng)的視場大小。若在不知槍機鏡頭視場大小的情況下，球機的水平視場角度α和垂直視場角度β可通過一下方式計算：

首先，通過云臺移動球機，使球機畫面中心對準(zhǔn)槍機畫面左上角點，獲得此時球機位置(PTZX₁,PTZY₁)；再次移動球機，是球機畫面中心對準(zhǔn)槍機畫面右下角點，獲得此時球機位置(PTZX₂,PTZY₂)。通過以上兩個位置，可以求得

但由于實際安裝時，槍機的傾斜角度和槍機球機安裝存在高度差異，直接填入槍機鏡頭對應(yīng)的水平視場角度和垂直視場角度，實際計算出的球機位置坐標(biāo)有些許偏差。僅需調(diào)整水平視場角度和垂直視場角度，即可進行修正，保證球機定位準(zhǔn)確。

綜上所述，通過本發(fā)明提供一種用于多目標(biāo)自動跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)中的單點定標(biāo)方法，定標(biāo)過程中僅需要一個參考點，同時配合水平視場角度和垂直視場角度參數(shù)的調(diào)整。代入以上推導(dǎo)得出的計算公式，即可得到準(zhǔn)確的球機位置坐標(biāo)。有效解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的定標(biāo)過程復(fù)雜，定標(biāo)點數(shù)量過多，在特殊場景下，還有可能出現(xiàn)標(biāo)志性參考點數(shù)量不足，無法準(zhǔn)確定標(biāo)的情況出現(xiàn)。同時若通過公式計算得出的球機位置坐標(biāo)不夠準(zhǔn)確，通過對參數(shù)的調(diào)整，可以自由更改球機跟蹤定位情況，靈活性高，解決定標(biāo)成功率無法保障等問題。

本發(fā)明在上述推導(dǎo)過程中，考慮的是槍機和球機在位置關(guān)系上，所得到的關(guān)于定位球機的邏輯映射關(guān)系，在保證槍機畫面不變形、變形不嚴(yán)重或已經(jīng)過矯正算法處理，在設(shè)置一個參考點的情況下，可以保證球機定位準(zhǔn)確。同時，水平視場角度和垂直視場角度兩參數(shù)可以通過實際安裝情況，對球機位置定位進行細調(diào)整。

如圖5所示，場景設(shè)置的參考點在槍機上的坐標(biāo)為(363,514)，此時球機的位置坐標(biāo)為(31053,1450)，水平視場角度為44°，垂直視場角度為23°。槍機攝像頭為8mm攝像頭，槍機畫面四周僅有輕微變形，槍機畫面水平線與絕對水平線成一定微小角度，從左側(cè)槍機畫面柱子是否豎直可看出。此情況下進行定標(biāo)，不同點定位偏差大小不同。在該場景下的定位效果如下：

當(dāng)定位槍機畫面上坐標(biāo)(159,614)時，球機定位后位置坐標(biāo)為(30440,1689)，與實際的球機位置一致；

當(dāng)定位槍機畫面上坐標(biāo)(640,555)時，球機定位后位置坐標(biāo)為(31881,1505)，實際的球機位置坐標(biāo)為(31867,1519)，水平偏差步數(shù)為14，垂直偏差步數(shù)為14；

當(dāng)定位槍機畫面上坐標(biāo)(321,709)時，球機定位后位置坐標(biāo)為(30926,1972)，實際的球機位置坐標(biāo)為(30918，1972)，水平偏差步數(shù)為8，垂直偏差步數(shù)為0；

當(dāng)定位槍機畫面上坐標(biāo)(525,273)時，球機定位后位置坐標(biāo)為(31539,783)，實際的球機位置坐標(biāo)為(31524，796)，水平偏差步數(shù)為15，垂直偏差步數(shù)為13；

如圖5所示，該示例場景中，設(shè)置的參考點為靠近中心處最明顯的樓梯口；在定位圖6所示的實際點時，發(fā)現(xiàn)球機實際定位畫面中心，在水平和垂直方向上具備一定的偏差值。通過圖7所示的調(diào)整參數(shù)后，實際定位效果更加精準(zhǔn)。圖8為修改參數(shù)后，參考點上方點的定位效果。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解的是，在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種等效的變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同范圍限定。