本發(fā)明涉及社會(huì)治安視頻監(jiān)控系統(tǒng)和道路交通秩序管理視頻監(jiān)控系統(tǒng)，尤其一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法。

背景技術(shù)：

視頻監(jiān)控系統(tǒng)可以給觀察者帶來(lái)監(jiān)控區(qū)域的圖像流信息，因其直觀性和實(shí)時(shí)性好，在公共安全、道路交通管理等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，成為維護(hù)和保障社會(huì)正常工作和正常生活秩序的有力工具。

但在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中承擔(dān)視頻信息采集的攝像機(jī)處于獨(dú)立工作狀態(tài)，即每個(gè)攝像機(jī)獨(dú)立采集視頻信息，該視頻信息通過(guò)有/無(wú)線通訊系統(tǒng)發(fā)送到后臺(tái)監(jiān)控室再獨(dú)立顯示；單個(gè)攝像機(jī)受自身視角、視界等參數(shù)的制約，所能覆蓋的監(jiān)控區(qū)域有限。為了對(duì)較大的區(qū)域進(jìn)行視頻監(jiān)控，人們不得不設(shè)置眾多的攝像機(jī)來(lái)覆蓋大的空間區(qū)域，有時(shí)需要的攝像機(jī)數(shù)量多達(dá)幾十臺(tái)、上百臺(tái)，同時(shí)在監(jiān)控室設(shè)置龐大的電視墻，對(duì)每臺(tái)攝像機(jī)采集的視頻圖像進(jìn)行顯示。這些眾多的顯示畫(huà)面，每一個(gè)都可以提供其監(jiān)控小區(qū)域內(nèi)的實(shí)時(shí)圖像，但眾多的畫(huà)面給觀察者和現(xiàn)場(chǎng)指揮者提供的是碎片化的圖像信息，缺乏對(duì)需要監(jiān)控的、大空間區(qū)域完整的視頻圖像信息，使觀察者在面對(duì)上百臺(tái)顯示器畫(huà)面時(shí)不堪重負(fù)，容易遺漏重要的監(jiān)控畫(huà)面，也使指揮者無(wú)法在第一時(shí)間得到全部監(jiān)控區(qū)域的圖像信息，做出正確決策，從而調(diào)動(dòng)全部警力去應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。

為了彌補(bǔ)單一攝像機(jī)監(jiān)控區(qū)域有限這個(gè)問(wèn)題，人們嘗試多種方法來(lái)擴(kuò)大攝像機(jī)的監(jiān)控區(qū)域：有的采用魚(yú)眼攝像機(jī)，即帶有廣角鏡頭的攝像機(jī)，其可以帶來(lái)較寬的視野，但其受視界限制，監(jiān)控的區(qū)域也有限，而且魚(yú)眼攝像機(jī)畫(huà)面四周受分辨率影響大，畫(huà)面邊緣不清晰；有的采用快球攝像機(jī)，即帶有快速云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)攝像機(jī)，采用時(shí)間分割的方法來(lái)擴(kuò)大監(jiān)控區(qū)域，這種方法在某一時(shí)刻只能輸出某一角度的視頻信息，導(dǎo)致顯示畫(huà)面不流暢，有卡頓現(xiàn)象，且也受視界限制；有的采用多攝像機(jī)拼接全景視頻畫(huà)面，即采用四個(gè)或多個(gè)攝像機(jī)拼接出360°視頻畫(huà)面，雖然改善了視頻流暢性，但也受到視界的限制，而且這種方式通常要求把攝像機(jī)安裝在監(jiān)控區(qū)域中間，安裝不方便，影響監(jiān)控區(qū)域美觀；這些方法雖然擴(kuò)大了監(jiān)控區(qū)域，但對(duì)更大范圍區(qū)域要求的完整監(jiān)控需要仍然無(wú)能為力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)和系統(tǒng)在大空間區(qū)域使用所存在的問(wèn)題，特別提供了大場(chǎng)景、高逼真度的一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法。

一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，其包括如下步驟：

(1)在電子地圖上選擇一長(zhǎng)方形的待監(jiān)控區(qū)域，并采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個(gè)端點(diǎn)的地圖位置坐標(biāo)；

(2)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的長(zhǎng)方形區(qū)域?yàn)橐曨l采集區(qū)，同時(shí)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇靜態(tài)的標(biāo)志性目標(biāo)；然后分別采集該視頻采集區(qū)的四個(gè)端點(diǎn)的地圖位置坐標(biāo)和所有標(biāo)志性目標(biāo)的地圖位置坐標(biāo)；最后繪制成autocad平面圖；

(3)分別測(cè)量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)；

(4)根據(jù)空間位置坐標(biāo)，在autocad平面圖上對(duì)各標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行三維建模，然后對(duì)各個(gè)視頻采集區(qū)進(jìn)行三維建模，最后得到待監(jiān)控區(qū)域的三維模型；

(5)根據(jù)攝像機(jī)所能監(jiān)測(cè)的范圍來(lái)將視頻采集區(qū)劃分成若干個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間，并對(duì)每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的端點(diǎn)和中心點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，得到其空間位置坐標(biāo)；

(6)每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間安裝一個(gè)攝像機(jī)，使攝像機(jī)的拍攝方向與待監(jiān)控區(qū)域的觀察視點(diǎn)的變換方向一致；

(7)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)所采集的實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；

(8)將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實(shí)時(shí)的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；

(9)對(duì)大空間投影圖像和各個(gè)攝像機(jī)采集的視頻流通過(guò)拼接屏同時(shí)顯示出來(lái)，并對(duì)其進(jìn)行錄像用于錄像回放。

進(jìn)一步方案，所述地圖位置坐標(biāo)為米級(jí)的經(jīng)度、緯度和高度值；所述空間位置坐標(biāo)為厘米級(jí)的經(jīng)度、緯度和高度值。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中標(biāo)志性目標(biāo)是包括待監(jiān)控區(qū)域中的建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹(shù)木。

進(jìn)一步方案，所述步驟(6)中攝像機(jī)選用高分辨率網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，攝像機(jī)安裝在離地面8-10米高處的立桿上或立桿的橫臂上，其拍攝角度與水平面成10-20度夾角。

進(jìn)一步方案，所述空間位置坐標(biāo)的測(cè)量是通過(guò)高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的，所述高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)包括基站單元和移動(dòng)測(cè)量單元，所述基站單元包括安裝在三角架上的第一gps天線，所述第一gps天線的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線；所述移動(dòng)測(cè)量單元包括測(cè)繪電腦與安裝在測(cè)繪桿上的第二gps天線，所述第二gps天線的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線，所述第二rtk差分定位主機(jī)的輸出端與所述測(cè)繪電腦連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)均由12v直流電源供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)均由蓄電池進(jìn)行供電；所述移動(dòng)測(cè)量單元安裝在背包或便攜式推車(chē)中。

進(jìn)一步方案，步驟(7)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)所采集的實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理包括以下步驟：

(1)確定校正系數(shù)；

(2)將攝像機(jī)輸出的視頻流解碼還原成一幀靜態(tài)圖像；

(3)按照校正系數(shù)對(duì)幾何變化和畸變的圖像進(jìn)行校正；

(4)采用差值法對(duì)校正后的圖像進(jìn)行填空處理。

更進(jìn)一步方案，所述校正系數(shù)的確定步驟如下：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯，并從中選取25個(gè)方格的交匯點(diǎn)p11-p55作為校正樣本點(diǎn)，

(2)把標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯鋪設(shè)在一個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的實(shí)際地面上，使標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的上、下邊沿分別與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的上、下邊沿平行，標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的中心點(diǎn)重合，并位于該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的攝像機(jī)的鏡頭光軸上，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33的空間位置坐標(biāo)與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的中心點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)一致；

(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的邊長(zhǎng)與方格的邊長(zhǎng)，分別推導(dǎo)出其他24個(gè)校正樣本點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)；

(4)打開(kāi)攝像機(jī)，輸出一個(gè)該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的圖像照片，并利用計(jì)算機(jī)畫(huà)圖工具軟件，得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的25個(gè)校正樣本點(diǎn)的圖像坐標(biāo)為pij(uij,vij),其中i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的四個(gè)頂點(diǎn)的圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)；

(5)采用三次多項(xiàng)式擬合法，得到畸變圖像轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像的校正系數(shù)矩陣為：

aij＝[a00,a10,a01,a20,a11,a02,a30,a21,a12,a03]^t，

bij＝[b00,b10,b01,b20,b11,b02,b30,b21,b12,b03]^t，

式中a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

進(jìn)一步方案，步驟(8)中大空間投影圖像的集合生成是通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場(chǎng)景模型集合而成的，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備和監(jiān)控中心設(shè)備，所述監(jiān)控前端設(shè)備包括設(shè)置在立桿上的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一光纖收發(fā)器連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備包括通過(guò)光纖與第一光纖收發(fā)器連接的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器、視頻圖像處理器連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)、高清視頻解碼器交互式連接，所述高清視頻解碼器的輸入端連接有模擬鍵盤(pán)、輸出端連接有拼接屏。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有視頻監(jiān)控技術(shù)具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了對(duì)大空間區(qū)域的整體視頻監(jiān)控，可以直觀觀察到大空間區(qū)域內(nèi)感興趣目標(biāo)的實(shí)時(shí)狀態(tài)，為應(yīng)對(duì)突發(fā)緊急事件在第一時(shí)間提供完整的全局視頻資料；

(2)本發(fā)明在監(jiān)控大空間區(qū)域畫(huà)面顯示時(shí)，既有整個(gè)大空間區(qū)域的合成視頻顯示，又有針對(duì)各個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的實(shí)時(shí)采集視頻顯示，前者為顯示視頻的理解和可讀性提供了保障，后者實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控目標(biāo)細(xì)節(jié)的精確觀察，實(shí)現(xiàn)了宏觀視頻監(jiān)控與微觀視頻監(jiān)控的有機(jī)統(tǒng)一；

(3)本發(fā)明借助高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)監(jiān)控場(chǎng)景中的標(biāo)志性目標(biāo)和視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間進(jìn)行測(cè)量，提高了三維場(chǎng)景建模的準(zhǔn)確度，使顯示的監(jiān)控場(chǎng)景更加逼真，虛擬場(chǎng)景與實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控圖像的融合更加嚴(yán)密；

(4)本發(fā)明采用三次多項(xiàng)式擬合法對(duì)畸變圖像進(jìn)行校正處理，既達(dá)到較佳的圖像校正效果，又減少了圖像校正算法的復(fù)雜度，保證了大空間區(qū)域視頻監(jiān)控合成場(chǎng)景的實(shí)時(shí)顯示；

(5)本發(fā)明在圖像校正時(shí)采用雙線性差值法計(jì)算空白點(diǎn)的色彩值，極大地消除了校正后標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使顯示時(shí)的監(jiān)控畫(huà)面色彩看上去更連續(xù)、更逼真；

(6)本發(fā)明在大空間待監(jiān)控區(qū)域的監(jiān)控場(chǎng)景合成時(shí)，增加遮擋目標(biāo)檢測(cè)，可以自動(dòng)移除對(duì)視頻監(jiān)控范圍產(chǎn)生遮擋影響的目標(biāo)，可以使主要的視頻監(jiān)控范圍全部展現(xiàn)在觀察者的視線內(nèi)；

(7)本發(fā)明通過(guò)對(duì)觀察視點(diǎn)的規(guī)劃，在滿足對(duì)大空間區(qū)域監(jiān)控要求的基礎(chǔ)上，可以有效避免出現(xiàn)“鬼影”、“馬賽克”、“出界”等極端視點(diǎn)帶來(lái)的顯示畫(huà)面問(wèn)題，使畫(huà)面顯示更加友好；

(8)本發(fā)明設(shè)置了多種方式的存儲(chǔ)錄像回放模式，方便使用人員對(duì)監(jiān)控采集視頻和合成場(chǎng)景視頻的回看，其組合回放模式可以真實(shí)還原實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)的顯示狀態(tài)。

附圖說(shuō)明

圖1為待監(jiān)控區(qū)域的autocad平面圖；

圖2為高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)的框圖；

圖3為待監(jiān)控區(qū)域的三維場(chǎng)景模型；

圖4為待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間劃分平面圖；

圖5為視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間上的攝像機(jī)的安裝示意圖；

圖6中a為標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯，b為標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的校正樣本點(diǎn)取樣示意圖；

圖7為畸變圖像的校正示意圖，a為畸變圖像，b為標(biāo)準(zhǔn)圖像；

圖8為視頻監(jiān)控系統(tǒng)的框圖；

圖9為拼接屏顯示示意圖；

圖10為三維成像服務(wù)器工作流程圖。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1：

一種大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，其包括如下步驟：

(1)在電子地圖上選擇一長(zhǎng)方形的待監(jiān)控區(qū)域，并采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個(gè)端點(diǎn)的地圖位置坐標(biāo)；

(2)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的長(zhǎng)方形區(qū)域?yàn)橐曨l采集區(qū)，同時(shí)在待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)選擇靜態(tài)的標(biāo)志性目標(biāo)；然后分別采集該視頻采集區(qū)的四個(gè)端點(diǎn)的地圖位置坐標(biāo)和所有標(biāo)志性目標(biāo)的地圖位置坐標(biāo)；最后繪制成autocad平面圖；

(3)分別測(cè)量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)；

(4)根據(jù)空間位置坐標(biāo)，在autocad平面圖上對(duì)各標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行三維建模，然后對(duì)各個(gè)視頻采集區(qū)進(jìn)行三維建模，最后得到待監(jiān)控區(qū)域的三維模型；

(5)根據(jù)攝像機(jī)所能監(jiān)測(cè)的范圍來(lái)將視頻采集區(qū)劃分成若干個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間，并對(duì)每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的端點(diǎn)和中心點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，得到其空間位置坐標(biāo)；

(6)每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間安裝一個(gè)攝像機(jī)，使攝像機(jī)的拍攝方向與待監(jiān)控區(qū)域的觀察視點(diǎn)的變換方向一致；

(7)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)所采集的實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；

(8)將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實(shí)時(shí)的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；

(9)對(duì)大空間投影圖像和各個(gè)攝像機(jī)采集的視頻流通過(guò)拼接屏同時(shí)顯示出來(lái)，并對(duì)其進(jìn)行錄像用于錄像回放。

進(jìn)一步方案，所述地圖位置坐標(biāo)為米級(jí)的經(jīng)度、緯度和高度值；所述空間位置坐標(biāo)為厘米級(jí)的經(jīng)度、緯度和高度值。

進(jìn)一步方案，所述步驟(2)中標(biāo)志性目標(biāo)是包括待監(jiān)控區(qū)域中的建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹(shù)木。

進(jìn)一步方案，所述步驟(6)中攝像機(jī)選用高分辨率網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(?？低昫s-2cd6233f)，攝像機(jī)安裝在離地面8-10米高處的立桿上或立桿的橫臂上，其拍攝角度與水平面成10-20度夾角。

進(jìn)一步方案，所述空間位置坐標(biāo)的測(cè)量是通過(guò)高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量的，如圖2所示，高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)包括基站單元1和移動(dòng)測(cè)量單元2，所述基站單元1包括安裝在三角架13上的第一gps天線11，所述第一gps天線11的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)(fgr2-ce)15連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)15的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線12；所述移動(dòng)測(cè)量單元2包括測(cè)繪電腦27與安裝在測(cè)繪桿23上的第二gps天線21，所述第二gps天線21的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)(e2687b1)24的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)(fgr2-mm2)25連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)25的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線22，所述第二rtk差分定位主機(jī)24的輸出端與所述測(cè)繪電腦27連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)14與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)15均由12v直流電源16供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)25均由蓄電池26進(jìn)行供電；所述移動(dòng)測(cè)量單元2安裝在背包或便攜式推車(chē)中。

進(jìn)一步方案，步驟(7)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)所采集的實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行校正、填空處理包括以下步驟：

(1)確定校正系數(shù)；

(2)將攝像機(jī)輸出的視頻流解碼還原成一幀靜態(tài)圖像；

(3)按照校正系數(shù)對(duì)幾何變化和畸變的圖像進(jìn)行校正；

(4)采用差值法對(duì)校正后的圖像進(jìn)行填空處理。

更進(jìn)一步方案，所述校正系數(shù)的確定步驟如下：

(1)采用標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯，并從中選取25個(gè)方格的交匯點(diǎn)p11-p55作為校正樣本點(diǎn)，

(2)把標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯鋪設(shè)在一個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的實(shí)際地面上，使標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的上、下邊沿分別與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的上、下邊沿平行，標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的中心點(diǎn)重合，并位于該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的攝像機(jī)的鏡頭光軸上，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33的空間位置坐標(biāo)與該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的中心點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)一致；

(3)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的邊長(zhǎng)與方格的邊長(zhǎng)，分別推導(dǎo)出其他24個(gè)校正樣本點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)；

(4)打開(kāi)攝像機(jī)，輸出一個(gè)該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的圖像照片，并利用計(jì)算機(jī)畫(huà)圖工具軟件，得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的25個(gè)校正樣本點(diǎn)的圖像坐標(biāo)為pij(uij,vij),其中i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的四個(gè)頂點(diǎn)的圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)；

(5)采用三次多項(xiàng)式擬合法，得到畸變圖像轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像的校正系數(shù)矩陣為：

aij＝[a00,a10,a01,a20,a11,a02,a30,a21,a12,a03]^t，

bij＝[b00,b10,b01,b20,b11,b02,b30,b21,b12,b03]^t，

式中a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03為轉(zhuǎn)換系數(shù)。

進(jìn)一步方案，步驟(8)中大空間投影圖像的集合生成是通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場(chǎng)景模型集合而成的，所述視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備和監(jiān)控中心設(shè)備，所述監(jiān)控前端設(shè)備包括設(shè)置在立桿上的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)和第一光纖收發(fā)器連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備包括通過(guò)光纖與第一光纖收發(fā)器連接的第二光纖收發(fā)器，所述第二光纖收發(fā)器通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器、視頻圖像處理器連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)、高清視頻解碼器交互式連接，所述高清視頻解碼器的輸入端連接有模擬鍵盤(pán)、輸出端連接有拼接屏。

實(shí)施例2：

選擇一個(gè)城市道路中常見(jiàn)的十字道路交叉口，該大空間區(qū)域的整體化視頻監(jiān)控方法，包括如下步驟：

(1)大空間待監(jiān)控區(qū)域的選定

在百度衛(wèi)星地圖模式下，或其它地理信息系統(tǒng)提供的電子地圖上選定一長(zhǎng)方形的待監(jiān)控區(qū)域，同時(shí)從電子地圖上采集該待監(jiān)控區(qū)域的四個(gè)頂點(diǎn)位置坐標(biāo)，即每個(gè)頂點(diǎn)對(duì)應(yīng)的經(jīng)度、緯度和高度值，其精度在“米”級(jí)。

(2)視頻采集區(qū)的選定

在待監(jiān)控區(qū)域中針對(duì)有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的地方選擇需要進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控的范圍為視頻采集區(qū)；即在待監(jiān)控區(qū)域的電子地圖上確定需要利用攝像機(jī)實(shí)時(shí)采集視頻流的范圍，通常是人和車(chē)輛可以進(jìn)入或自由活動(dòng)的范圍，如道路、廣場(chǎng)、大廳等，視頻監(jiān)控范圍選擇為長(zhǎng)方形，并在電子地圖上得到其對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)的經(jīng)度、緯度和高度值，其精度在“米”級(jí)，繪制在autocad平面圖上，如圖1所示。

(3)標(biāo)志性目標(biāo)的選定

確定待監(jiān)控區(qū)域中的標(biāo)志性目標(biāo)，如建筑物、照明燈立桿、大型廣告牌、大型樹(shù)木等，確定這些標(biāo)志性目標(biāo)在地面的垂直投影區(qū)域，并在電子地圖上得到其對(duì)應(yīng)投影區(qū)域的頂點(diǎn)位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度和高度值)，其精度在“米”級(jí)，并繪制在圖1的autocad平面圖上。

(4)采用高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)分別測(cè)量視頻采集區(qū)和各標(biāo)志性目標(biāo)的空間位置坐標(biāo)，其測(cè)量精度可以達(dá)到“厘米”級(jí)；

如圖2所示，高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)包括基站單元1和移動(dòng)測(cè)量單元2，所述基站單元1包括安裝在三角架13上的第一gps天線11，所述第一gps天線11的電纜與第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的天線輸入端連接，所述第一rtk差分定位主機(jī)(e2687)14的輸出端與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)(fgr2-ce)15連接，所述第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)15的天線輸入端連接有第一數(shù)傳天線12；所述移動(dòng)測(cè)量單元2包括測(cè)繪電腦27與安裝在測(cè)繪桿23上的第二gps天線21，所述第二gps天線21的電纜與第二rtk差分定位主機(jī)(e2687b1)24的天線輸入端連接，所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)(fgr2-mm2)25連接，所述第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)25的天線輸入端連接有第二數(shù)傳天線22，所述第二rtk差分定位主機(jī)24的輸出端與所述測(cè)繪電腦27連接。

更進(jìn)一步方案，所述第一rtk差分定位主機(jī)14與第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)15均由12v直流電源16供電；所述第二rtk差分定位主機(jī)24與第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)25均由蓄電池26進(jìn)行供電；所述移動(dòng)測(cè)量單元2安裝在背包或便攜式推車(chē)中。

開(kāi)始測(cè)繪時(shí)，第一步搭建基站單元1：把第一gps天線11安裝在三角架13上，放置在地面或樓頂?shù)拈_(kāi)闊地帶；把第一gps天線11的電纜接到第一rtk差分定位主機(jī)e268714的天線輸入端，并擰緊；把第一數(shù)傳天線12連接到第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-ce15的天線輸入端，并擰緊；用標(biāo)準(zhǔn)串口電纜把第一rtk差分定位主機(jī)e268714和第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-ce15連接起來(lái)；把12v電源16的輸出電源分別接到第一rtk差分定位主機(jī)e268714和第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-ce15的電源輸入端。

第二步搭建移動(dòng)測(cè)量單元2：把第二gps天線21安裝在測(cè)繪桿23上，同時(shí)把第二gps天線21的電纜接到第二rtk差分定位主機(jī)e2687b124的天線輸入端，并擰緊；把第二數(shù)傳天線22連接到第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-mm225的天線輸入端，并擰緊；用標(biāo)準(zhǔn)串口電纜把第二rtk差分定位主機(jī)e2687b124和第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-mm225連接起來(lái)；把蓄電池6-qw-5526的直流電源接線端分別接到第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-mm2的電源輸入端；用標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)線把第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和測(cè)繪電腦27連接在一起。

第三步基站單元上電工作：接通電源，各組成部件正常工作，第一rtk差分定位主機(jī)e2687經(jīng)過(guò)大約45秒冷啟動(dòng)，正常輸出rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)，該差分?jǐn)?shù)據(jù)傳送到第一高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-ce廣播出去，rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)的刷新率為10hz。

第四步移動(dòng)測(cè)量單元上電工作：打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，蓄電瓶6-qw-55為第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1和第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-mm2供電，第二rtk差分定位主機(jī)e2687b1經(jīng)過(guò)大約45秒冷啟動(dòng)后正常工作，同時(shí)通過(guò)第二高速跳頻數(shù)傳電臺(tái)fgr2-mm2接收基站單元傳送的rtk差分?jǐn)?shù)據(jù)，對(duì)自身得到的地理位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)校準(zhǔn)后，輸出高精度的地理位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，精度達(dá)到“厘米”級(jí)。

第五步測(cè)繪電腦工作：打開(kāi)測(cè)繪電腦27，通過(guò)運(yùn)行測(cè)繪軟件，可以實(shí)時(shí)查看第二差分定位主機(jī)e2687b1的工作狀態(tài)，并接收其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)線傳送來(lái)的高精度地理位置坐標(biāo)。

第六步，把測(cè)繪桿23指向待測(cè)量的位置點(diǎn)，并保持穩(wěn)定，測(cè)繪電腦上接收到的位置坐標(biāo)(經(jīng)度、維度、高度)就是該位置點(diǎn)的坐標(biāo)測(cè)量值，其測(cè)量精度可以達(dá)到“厘米”級(jí)，測(cè)量結(jié)果保存/記錄在測(cè)繪電腦27中。即需要測(cè)量哪一點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)，就把測(cè)繪桿23放在該點(diǎn)上；因?yàn)橐粋€(gè)標(biāo)志性目標(biāo)要逼真地模擬，需要在它的外部輪廓上測(cè)很多的點(diǎn)。

可以把移動(dòng)測(cè)量單元2整體安裝在背包中或便攜式推車(chē)中，可以對(duì)待測(cè)位置點(diǎn)進(jìn)行快速的位置坐標(biāo)測(cè)量。

在大空間待監(jiān)控區(qū)域中的所有需要精確測(cè)量的標(biāo)志性目標(biāo)全部測(cè)量結(jié)束后，可以撤除高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)，即在后期的視頻監(jiān)控系統(tǒng)集合大空間投影圖像時(shí)，無(wú)需高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)的參與。

(5)標(biāo)志性目標(biāo)的測(cè)量和場(chǎng)景建模

利用高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)大空間待監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，得到該目標(biāo)精確的外部輪廓空間位置坐標(biāo)，并采用紋理貼圖處理對(duì)該標(biāo)志性目標(biāo)進(jìn)行建模，得到其三維高逼真度模型，并進(jìn)而建立整個(gè)大空間待監(jiān)控區(qū)域的場(chǎng)景模型。其具體步驟如下：

第一步，確定需要建模的標(biāo)志性目標(biāo)，并提取該標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓，外部輪廓用平面表示，對(duì)于非平面的標(biāo)志性目標(biāo)外表面可用一個(gè)或多個(gè)平面來(lái)模擬；

第二步，利用高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓的每個(gè)平面頂點(diǎn)位置進(jìn)行精確測(cè)量，得其空間位置坐標(biāo)，并存入空間數(shù)據(jù)庫(kù)；

第三步，將空間位置坐標(biāo)數(shù)據(jù)導(dǎo)入autocad軟件，生成可視的標(biāo)志性目標(biāo)外部輪廓圖，編輯、修改使其與標(biāo)志懷目標(biāo)的實(shí)際外表面形狀盡量保持一致；

第四步，用數(shù)碼相機(jī)對(duì)標(biāo)志性目標(biāo)的外部輪廓的每個(gè)平面拍照，并把照片導(dǎo)入photoshop軟件中進(jìn)行處理；首先對(duì)照片進(jìn)行校正，克服因拍照時(shí)鏡頭曲率、拍照角度帶來(lái)的畫(huà)面畸變、失真，在幾何關(guān)系上與該外表面尺寸一致；再按該外部表面實(shí)際狀態(tài)裁剪照片，去除多余部分，使保留下來(lái)的照片可以嚴(yán)絲合縫地嵌入到代表該外表面的平面中；最后對(duì)照片做調(diào)色處理，使相鄰平面的照片在色調(diào)上保持匹配，并與實(shí)際景象相一致；此時(shí)得到的照片作為該平面對(duì)應(yīng)的紋理貼圖，并記錄在模型數(shù)據(jù)庫(kù)；

第五步，把包含目標(biāo)外部輪廓信息的空間數(shù)據(jù)庫(kù)、以及包括目標(biāo)紋理貼圖信息的模型數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)入3dsmax軟件，得到具有紋理貼圖的目標(biāo)三維模型，參照目標(biāo)的實(shí)際狀態(tài)，利用3dsmax軟件提供的工具對(duì)目標(biāo)三維模型進(jìn)一步修改，得到高逼真度的目標(biāo)三維模型；

第六步，按照以上步驟，依序?qū)⒋O(jiān)控區(qū)域內(nèi)所有的標(biāo)志性目標(biāo)分別建模，再對(duì)其中的道路路面、綠地等也參照此步驟建模，可以得到大空間待監(jiān)控區(qū)域的高逼真度三維模型，如圖3所示。

(6)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的劃分與測(cè)量

對(duì)大空間等監(jiān)控區(qū)域中的廣場(chǎng)、道路等需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的范圍，根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的內(nèi)部參數(shù)和安裝方式，確定每臺(tái)攝像機(jī)可以監(jiān)控范圍的大小，進(jìn)而把視頻監(jiān)控范圍劃設(shè)為更小的、適合單臺(tái)攝像機(jī)監(jiān)控的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間，如將圖1中需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的道路路面劃設(shè)為如圖4中的四個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間。即每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間配備1臺(tái)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控功能，用4臺(tái)攝像機(jī)組合來(lái)對(duì)大空間范圍進(jìn)行視頻監(jiān)控；然后，利用高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)對(duì)每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的端點(diǎn)和中心點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，得到其空間位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)，其精度達(dá)到“厘米”級(jí)。

(7)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的選擇和設(shè)置

攝像機(jī)選用?？低暤膁s-2cd6233f，該攝像機(jī)為300萬(wàn)像素、1/1.8”ccd日夜型高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)，具有高畫(huà)質(zhì)、低噪聲等優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)rj45網(wǎng)口輸出采集的視頻流。

在安裝攝像機(jī)時(shí)，使攝像機(jī)的拍攝方向與大空間等監(jiān)控區(qū)域的觀察視點(diǎn)方向盡可能保持一致，可以達(dá)到最好的觀察效果；攝像機(jī)一般安裝在8-10米高立桿上或其橫臂上，拍攝角度與水平面成10-20角，如圖5所示。每個(gè)攝像機(jī)可以監(jiān)控的視頻區(qū)間大約在25米×70米左右。

如將圖1中需要進(jìn)行視頻監(jiān)控的道路路面劃設(shè)為如圖4中的四個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間，則相應(yīng)安裝四臺(tái)攝像機(jī)。由于大場(chǎng)景視點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)觀察視點(diǎn)的移動(dòng)路線是從東南方(右下)指向西北方(左上)的，則攝像機(jī)應(yīng)安裝在該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的東南方，鏡頭指向西北方向的監(jiān)控區(qū)間。如圖4所示，其視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間1對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)安裝在如圖4中的a點(diǎn)，視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間2對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的b點(diǎn)，視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間3對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的c點(diǎn)，視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間4對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)安裝在圖4中的d點(diǎn)。

(8)對(duì)各個(gè)攝像機(jī)所采集的實(shí)時(shí)視頻圖像進(jìn)行校正、色彩處理后，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像；其中畸變圖像的校正系數(shù)的確定如下：

第一步，校正時(shí)采用如圖6a中的標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯，其由10×10個(gè)交錯(cuò)排放的黑白正方形方格組成，每個(gè)方格的邊長(zhǎng)為20厘米，從中選取25個(gè)方格交匯點(diǎn)p11-p55作為校正樣本點(diǎn)。

第二步，把標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯鋪設(shè)在待監(jiān)控區(qū)域的地面上，其中心點(diǎn)p33與視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的地面中心點(diǎn)重合，并位于監(jiān)控?cái)z像機(jī)鏡頭的光軸上，標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的上、下邊沿分別與待監(jiān)控區(qū)域的上、下邊沿平行，如圖5所示。

第三步，由于標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33與視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的地面中心點(diǎn)重合的，而視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的中心點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)已利用高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)測(cè)出，則標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯的中心點(diǎn)p33的坐標(biāo)是已知的，為p33(xw,yw,zw)；另外，由于標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯中的方格的邊長(zhǎng)為20厘米，則可算出標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯中其余24個(gè)校正樣本點(diǎn)的空間位置坐標(biāo)。

第四步，打開(kāi)攝像機(jī)，從其輸出的視頻圖像中抓拍包括標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯在內(nèi)的圖像照片，并利用計(jì)算機(jī)畫(huà)圖工具軟件，可得到圖像照片中標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯25個(gè)校正樣本點(diǎn)的圖像坐標(biāo)pij(uij,vij),i、j＝1,2,3,4,5，以及該視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的四個(gè)頂點(diǎn)圖像坐標(biāo)pa(ua,va)、pb(ub,vb)、pc(uc,vc)、pd(ud,vd)。

第五步，采用三次多項(xiàng)式擬合法來(lái)求解畸變圖像到標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣，假設(shè)在畸變圖像上的某一點(diǎn)p的坐標(biāo)為(x,y)，則其對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)圖像系下的坐標(biāo)為(x’,y’)，則：

上式中，aij、bij為畸變圖像轉(zhuǎn)換到標(biāo)準(zhǔn)圖像時(shí)轉(zhuǎn)換系數(shù)矩陣中的待定系數(shù)，其中i、j＝0、1、2、3，n＝3。

因?yàn)閚＝3，共有20個(gè)待定系數(shù)需要求解，因此需要選擇10個(gè)參考點(diǎn)。本監(jiān)控方法中選擇視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的4個(gè)頂點(diǎn)pa、pb、pc、pd和標(biāo)準(zhǔn)棋盤(pán)毯上的6個(gè)點(diǎn)p33、p11、p15、p51、p55、p13，可以最大限度覆蓋圖像區(qū)域，提高轉(zhuǎn)換后標(biāo)準(zhǔn)圖像的精度；其中選擇p13點(diǎn)是因?yàn)閳D像上沿的畸變最大，把參考點(diǎn)選擇在這里，可以提高這個(gè)區(qū)域的轉(zhuǎn)換精度。

第六步，通過(guò)上面選擇的10個(gè)參考點(diǎn)，其空間位置坐標(biāo)已經(jīng)通過(guò)高精度rtk衛(wèi)星測(cè)繪系統(tǒng)測(cè)得，通過(guò)比例變換，得到這10個(gè)參考點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)分別為pa(x’a,y’a)、pb(x’b,y’b)、pc(x’c,y’c)、pd(x’d,y’d)、p11(x’11,y’11)、p15(x’15,y’15)、p33(x’33,y’33)、p51(x’51,y’51)、p55(x’55,y’55)、p13(x’13,y’13)；10個(gè)參考點(diǎn)在畸變圖像中的坐標(biāo)點(diǎn)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)通用畫(huà)圖工具軟件測(cè)得，分別為pa(xa,ya)、pb(xb,yb)、pc(xc,yc)、pd(xd,yd)、p11(x11,y11)、p15(x15,y15)、p33(x33,y33)、p51(x51,y51)、p55(x55,y55)、p13(x13,y13)。

采用三次多項(xiàng)式擬合法求解畸變圖像到標(biāo)準(zhǔn)圖像轉(zhuǎn)換的公式為：

x’＝a00+a10x+a01y+a20x²+a11xy+a02y²+a30x³+a21x²y+a12xy²+a03y³

y’＝b00+b10x+b01y+b20x²+b11xy+b02y²+b30x³+b21x²y+b12xy²+b03y³

將上面10個(gè)參考點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)圖像坐標(biāo)值和畸變圖像坐標(biāo)值代入上面公式，得到一組關(guān)于變換系數(shù)a00、a10、a01、a20、a11、a02、a30、a21、a12、a03、b00、b10、b01、b20、b11、b02、b30、b21、b12、b03的方程組，通過(guò)方程組求解，可以得到這20個(gè)變換系數(shù)值。

利用上述公式可以把畸變圖像上的任意一點(diǎn)p(x,y)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)圖像上對(duì)應(yīng)的點(diǎn)p(x’,y’)；對(duì)內(nèi)存中解碼得到的視頻畸變圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)用上述公式求解，可以得到其在標(biāo)準(zhǔn)圖像中的坐標(biāo)值；對(duì)畸變圖像中所有的像素點(diǎn)進(jìn)行遍歷處理，可以對(duì)畸變圖像進(jìn)行校正，得到標(biāo)準(zhǔn)圖像，把原來(lái)失真的監(jiān)控區(qū)間圖像轉(zhuǎn)換為無(wú)失真的圖像。

采用三次多項(xiàng)式擬合法進(jìn)行校正，可以在場(chǎng)景監(jiān)控視頻顯示時(shí)，通過(guò)計(jì)算，實(shí)現(xiàn)畸變圖像的校正，得到良好的觀察效果，如圖7所示，將畸變圖像(a)校正成為標(biāo)準(zhǔn)圖像(b)。

在把畸變圖像變換為標(biāo)準(zhǔn)圖像時(shí)，由于圖像坐標(biāo)的基本單位為像素，其坐標(biāo)應(yīng)為整數(shù)，而變換得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像會(huì)產(chǎn)生非整數(shù)的坐標(biāo)p(i+u,j+v)，其中i+u＝x’，j+v＝y(tǒng)’，i、j為整數(shù)，u、v為小數(shù)，此時(shí)，按以下方法進(jìn)行取整：

若0≤u<0.5，0≤v<0.5，p(i+u,j+v)取整為p(i,j)；

若0.5≤u<1，0≤v<0.5，p(i+u,j+v)取整為p(i+1,j)；

若0≤u<0.5，0.5≤v<1，p(i+u,j+v)取整為p(i,j+1)；

若0.5≤u<1，0.5≤v<1，p(i+u,j+v)取整為p(i+1,j+1)；

此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)圖像是通過(guò)對(duì)畸變圖像的校正得到的，由于畸變的非線性，得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像會(huì)留下一些空白點(diǎn)，需要對(duì)這些空白點(diǎn)進(jìn)行填充；填充采用雙線性差值法計(jì)算空白點(diǎn)的色彩值來(lái)填充，該方法可以快速計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)圖像中缺失的像素點(diǎn)(空白)，同時(shí)極大地消除標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使圖像色彩看上去更連續(xù)、更逼真。

如標(biāo)準(zhǔn)圖像中的空白點(diǎn)p(x’,y’)，其色彩值g(p)可以利用其周邊已知的像素點(diǎn)的色彩值g(a)、g(b)、g(c)、g(d)推算得到：

g(p)＝(1-u)(1-v)g(a)+u(1-v)g(b)+uvg(c)+(1-u)vg(d)

式中：g(a)、g(b)、g(c)、g(d)分別為最鄰近空白點(diǎn)p左下角a、右下角b、右上角c、左上角d的已知像素點(diǎn)的色彩值，u是空白點(diǎn)p投影在水平軸(ab)上的比例系數(shù)，v是空白點(diǎn)p投影在垂直軸(ad)上的比例系數(shù)。

(9)將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圖像分別映射到其對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的三維模型上，集合生成一幅實(shí)時(shí)的待監(jiān)控區(qū)域的大空間投影圖像；其中大空間投影圖像的集合生成是通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)與三維場(chǎng)景模型集合而成的。

如圖8所示，視頻監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控前端設(shè)備3和監(jiān)控中心設(shè)備4，所述監(jiān)控前端設(shè)備3包括設(shè)置在立桿上的若干個(gè)高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31，所述高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32和第一光纖收發(fā)器33連接；所述監(jiān)控中心設(shè)備4包括通過(guò)光纖與第一光纖收發(fā)器33連接的第二光纖收發(fā)器43，所述第二光纖收發(fā)器43通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44分別與大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器47、視頻圖像處理器48連接，所述千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44分別與網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)45、高清視頻解碼器42交互式連接，所述高清視頻解碼器42的輸入端連接有模擬鍵盤(pán)41、輸出端連接有拼接屏46。

高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31通過(guò)以太網(wǎng)口把采集到的視頻圖像按h.264格式編碼，并傳送到網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)32將鄰近高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31傳來(lái)的視頻數(shù)據(jù)匯總后發(fā)送到第一光纖收發(fā)器33，第一光纖收發(fā)器33把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，從而把位于高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)31采集的視頻流信號(hào)傳回到遠(yuǎn)程的視頻監(jiān)控中心。

第二光纖收發(fā)器43將接收到的視頻流光信號(hào)并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)44匯總和分發(fā)相關(guān)的視頻流信號(hào)，為視頻流信號(hào)提供相關(guān)通路；網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)45選用?？低暤膁s9608n，用于存儲(chǔ)監(jiān)控前端發(fā)來(lái)的多路高清視頻流，同時(shí)存儲(chǔ)大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器合成輸出的視頻流；大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器為1臺(tái)安裝有場(chǎng)景目標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)和實(shí)時(shí)成像算法軟件的高性能服務(wù)器，其根據(jù)觀察視點(diǎn)的控制狀態(tài)，把視頻圖像處理器發(fā)來(lái)的視頻圖像映射到對(duì)應(yīng)的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間，并生成一幅實(shí)時(shí)的大場(chǎng)景空間圖像，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)輸出顯示；視頻圖像處理器為1臺(tái)安裝有實(shí)時(shí)視頻貼圖生成軟件的高性能計(jì)算機(jī)，用于處理監(jiān)控前端送來(lái)的視頻流，把視頻流解碼為一幀圖像，再對(duì)圖像按事先確定的校正方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后把圖像裁剪成需要的的尺寸，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送到大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器，用作場(chǎng)景成像需要的紋理貼圖，每臺(tái)視頻圖像處理器可以實(shí)時(shí)處理2路監(jiān)控前端送來(lái)的視頻流；模擬鍵盤(pán)用來(lái)控制視頻顯示時(shí)各個(gè)畫(huà)面在拼接屏上的位置，以及合成的場(chǎng)景視頻的觀察視點(diǎn)位置；高清視頻解碼器選用?？低暤膁s6410hd,用于輸入的高清視頻流的解碼，可以按拼接屏要求的畫(huà)面格式，把不同的視頻流解碼輸出到不同單元的拼接屏顯示單元；拼接屏選用?？低暤膁s2046nh,用于多視頻流畫(huà)面的顯示。

(10)對(duì)大空間投影圖像和各個(gè)攝像機(jī)采集的視頻流通過(guò)拼接屏同時(shí)顯示出來(lái)。如圖9所示，拼接屏采用3×3屏，每塊屏的大小為46英寸，顯示分辨率為1920×1080，拼接屏左上角四塊屏用于組合顯示大場(chǎng)景三維成像服務(wù)器輸出的合成監(jiān)控視頻，其余五塊屏分別用于顯示四個(gè)監(jiān)控前端的高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)傳送回來(lái)的視頻監(jiān)控區(qū)間實(shí)時(shí)視頻和服務(wù)器工作軟件界面。則可以通過(guò)拼接屏直觀地看到整個(gè)大空間待監(jiān)控區(qū)域的現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景，也可以看到待監(jiān)控區(qū)域的實(shí)時(shí)視頻，并借助大場(chǎng)景顯示的幫助，可以更好地理解每個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間發(fā)生的各種異常狀態(tài)。

(11)對(duì)大空間投影圖像和各個(gè)攝像機(jī)采集的視頻流進(jìn)行錄像用于錄像回放

系統(tǒng)工作時(shí)，監(jiān)控前端的4臺(tái)高清攝像機(jī)把對(duì)應(yīng)4個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的實(shí)時(shí)視頻流傳送回監(jiān)控中心設(shè)備，4路視頻流一方面輸出到拼接屏中對(duì)應(yīng)的單元進(jìn)行顯示，另一方面輸出到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)(nvr)中進(jìn)行錄像，同時(shí)4路視頻流還分別傳送到視頻圖像處理器進(jìn)行圖像的校正、色彩處理，其中圖像的校正是通過(guò)視頻圖像處理器對(duì)輸入的視頻流進(jìn)行解碼，將視頻流還原為一幀靜態(tài)圖像；然后按上述步驟(8)的步驟對(duì)其進(jìn)行校正；再采用雙線性差值法計(jì)算空白點(diǎn)的色彩值并填充，則可以極大地消除標(biāo)準(zhǔn)圖像的邊沿鋸齒現(xiàn)象，使圖像色彩看上去更連續(xù)、更逼真。

最后對(duì)計(jì)算得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行裁剪并輸出，由于攝像機(jī)傳回的監(jiān)控視頻畫(huà)面尺寸通常大于場(chǎng)景中對(duì)應(yīng)監(jiān)控區(qū)間畫(huà)面尺寸，所以按監(jiān)控區(qū)間實(shí)際需要的畫(huà)面尺寸對(duì)標(biāo)準(zhǔn)圖像進(jìn)行裁剪，使之滿足用于監(jiān)控區(qū)間貼圖時(shí)的尺寸要求；把最終處理得到的標(biāo)準(zhǔn)圖像作為三維場(chǎng)景中監(jiān)控區(qū)間的實(shí)時(shí)貼圖傳送到三維成像服務(wù)器。

視頻圖像處理器采用多線程工作模式，1臺(tái)視頻圖像處理器可以按25幀/秒的速率實(shí)時(shí)處理2路監(jiān)控視頻；所以4個(gè)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間對(duì)應(yīng)的4路監(jiān)控視頻需要2臺(tái)視頻圖像處理器。

存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)中的視頻流有二種回放模式，單獨(dú)回放模式和組合回放模式，其中單獨(dú)回放模式是通過(guò)在三維成像服務(wù)器上使用工作軟件，把存儲(chǔ)的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)傳送回來(lái)的視頻流或合成的大空間區(qū)域的視頻流，按指定攝像機(jī)編號(hào)或合成視頻、指定播放時(shí)間段，傳送到指定的拼接屏顯示單元播放；可以單路回放，也可以多路回放，多路回放時(shí)各回放的視頻流是相互獨(dú)立的。

組合回放是通過(guò)在三維成像服務(wù)器上使用工作軟件，把存儲(chǔ)的視頻監(jiān)控?cái)z像機(jī)傳送回來(lái)的視頻流以及合成的大空間區(qū)域的視頻流，按指定的播放時(shí)間段，分別傳送到拼接屏對(duì)應(yīng)的顯示單元，包括合成視頻流在內(nèi)的所有視頻流的播放，在時(shí)間上是同步的，組合回放可以完整再現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控時(shí)的顯示場(chǎng)景。

另外，三維成像服務(wù)器的工作流程如下(如圖10所示)：

第一步，將前面建好的大空間待監(jiān)控區(qū)域的三維場(chǎng)景模型調(diào)入內(nèi)存；

第二步，讀取所有視頻圖像處理器傳來(lái)的所有視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的圖像，并把這些圖像在三維場(chǎng)景模型中作為對(duì)應(yīng)視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間的紋理貼圖使用，得到包括實(shí)時(shí)監(jiān)控視頻在內(nèi)的、完整的動(dòng)態(tài)三維場(chǎng)景；

第三步，讀取觀察視點(diǎn)的位置和方向，觀察視點(diǎn)的位置和方向由三維成像服務(wù)器外設(shè)的鍵盤(pán)和鼠標(biāo)控制；

第四步，根據(jù)觀察視點(diǎn)的位置和方向，計(jì)算生成動(dòng)態(tài)三維場(chǎng)景的投影圖像；其觀察視點(diǎn)以俯視為主，即在默認(rèn)狀態(tài)時(shí)可以俯視整個(gè)大空間區(qū)域，如圖1所示；需要進(jìn)一步仔細(xì)觀察大空間區(qū)域內(nèi)的活動(dòng)目標(biāo)，可以通過(guò)觀察視點(diǎn)變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，即把觀察視點(diǎn)推向目標(biāo)，擴(kuò)大顯示目標(biāo)及其周邊環(huán)境的畫(huà)面，可以在顯示屏幕上觀察到更多細(xì)節(jié)。

三維監(jiān)控場(chǎng)景的觀察視點(diǎn)可以任意變換，但由于監(jiān)控?cái)z像機(jī)已經(jīng)安裝好，其拍攝的位置、角度是固定的，為取得良好的觀察效果，為觀察視點(diǎn)的變換制訂好固定的移動(dòng)路線，以便實(shí)現(xiàn)良好的觀察效果；根據(jù)監(jiān)控?cái)z像機(jī)的安裝位置和方向，為每一個(gè)監(jiān)控?cái)z像機(jī)指定一條觀察視點(diǎn)移動(dòng)路線，即視點(diǎn)從默認(rèn)的俯視觀察位置向攝像機(jī)拍攝畫(huà)面的中心點(diǎn)移動(dòng)，使該攝像機(jī)畫(huà)面在合成畫(huà)面中的比例逐漸變大，畫(huà)面細(xì)節(jié)逐漸清晰，當(dāng)畫(huà)面大到超過(guò)整個(gè)顯示畫(huà)面的三分之一時(shí)，用該攝像機(jī)拍攝的視頻圖像取代原來(lái)合成的場(chǎng)景圖像；工作時(shí)，對(duì)哪個(gè)監(jiān)控視頻圖像中的目標(biāo)感興趣，就可以把觀察視點(diǎn)向該目標(biāo)移動(dòng)；觀察完畢，敲擊“返回”鍵，可以快速回到默認(rèn)的大空間區(qū)域顯示狀態(tài)。

在觀察視點(diǎn)變換過(guò)程中，原來(lái)顯示的場(chǎng)景中的各種模型和監(jiān)控視頻圖像將在形狀和尺寸上發(fā)生變化；場(chǎng)景中的三維模型是根據(jù)觀察視點(diǎn)的位置和方向投影顯示在畫(huà)面上面的，觀察視點(diǎn)變化時(shí)需要對(duì)包括視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間在內(nèi)的、各個(gè)模型的投影面、遮擋關(guān)系等進(jìn)行計(jì)算，重新投影生成一幅新的場(chǎng)景畫(huà)面。

如果大空間場(chǎng)景中某個(gè)物體的三維模型對(duì)需要觀察的視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間圖像產(chǎn)生遮擋，為取得好的觀察效果，處理軟件在觀察視點(diǎn)變換時(shí)會(huì)在顯示畫(huà)面中自動(dòng)移除該物體，以便消除遮擋，更好地對(duì)感興趣的目標(biāo)進(jìn)行觀察。

第五步，把投影圖像編碼成視頻流輸出，在計(jì)算得到三維大空間區(qū)域的投影圖像后，處理軟件根據(jù)上一幀投影圖像的內(nèi)容，采用h.264編碼格式，把內(nèi)存中的高分辨率靜態(tài)投影圖像轉(zhuǎn)換為實(shí)時(shí)視頻流輸出到拼接屏指定位置顯示，同時(shí)輸出到網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)。

三維成像服務(wù)器每秒25次從視頻圖像處理器讀取視頻監(jiān)測(cè)區(qū)間圖像，同步生成三維場(chǎng)景的投影圖像，其輸出為25幀/秒的視頻流，分辨率最高可以達(dá)到3840×2160，能夠很好地顯示觀察目標(biāo)的細(xì)節(jié)。

以上實(shí)施例并非僅限于本發(fā)明的保護(hù)范圍，所有基于本發(fā)明的基本思想而進(jìn)行修改或變動(dòng)的都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。