一種多ptz相機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)接力跟蹤算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于視頻監(jiān)控領(lǐng)域，尤其涉及一種使用多個(gè)PTZ相機(jī)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)進(jìn)行持 續(xù)地接力跟蹤的算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社會(huì)的發(fā)展，視頻監(jiān)控作為一種重要的安防措施越來(lái)越受到人們的重視，應(yīng) 用范圍也逐漸擴(kuò)大，大到火車(chē)站飛機(jī)場(chǎng)，小到停車(chē)場(chǎng)便利店，都安裝了大量的監(jiān)控?cái)z像頭。 傳統(tǒng)的監(jiān)控?cái)z像頭在安裝之后，其相機(jī)角度、鏡頭焦距等參數(shù)就不能改變，即監(jiān)控場(chǎng)景一般 是固定不變的，使用起來(lái)很不方便，PTZ相機(jī)（Pan/Tilt/Zoom簡(jiǎn)寫(xiě)，代表云臺(tái)全方位（上下、 左右）移動(dòng)及鏡頭變倍）的出現(xiàn)解決了上述問(wèn)題。在PTZ相機(jī)安裝之后，使用者可以通過(guò) 數(shù)字或者模擬信號(hào)來(lái)給相機(jī)發(fā)送命令，調(diào)整相機(jī)的PTZ參數(shù)，包括表示鏡頭的水平角度的P 值、表示鏡頭的垂直角度的T值以及表示鏡頭的變倍參數(shù)的Z值，從而實(shí)現(xiàn)靈活地調(diào)整相機(jī) 的監(jiān)控場(chǎng)景。
[0003] 一般監(jiān)控系統(tǒng)中PTZ相機(jī)的參數(shù)調(diào)整主要有兩種方式：一、監(jiān)控人員通過(guò)觀察監(jiān) 控畫(huà)面來(lái)發(fā)現(xiàn)焦點(diǎn)事件繼而手動(dòng)發(fā)送PTZ參數(shù)命令調(diào)整相機(jī)的角度和焦距，使得相機(jī)的監(jiān) 控視野適合于焦點(diǎn)事件所在區(qū)域；二、事先為相機(jī)設(shè)定若干個(gè)PTZ坐標(biāo)并設(shè)置相機(jī)每間隔 一段時(shí)間就按順序轉(zhuǎn)動(dòng)到其中一個(gè)PTZ坐標(biāo)位置，即相機(jī)巡航。方式一需要耗費(fèi)大量的人 力資源，且無(wú)法保證監(jiān)控的效率，方式二中攝像機(jī)只是簡(jiǎn)單地依次對(duì)預(yù)先設(shè)定好的坐標(biāo)位 置進(jìn)行監(jiān)控，缺乏針對(duì)性，不能很好地應(yīng)對(duì)突發(fā)事件。
[0004] 為了提高PTZ相機(jī)的監(jiān)控效率，研宄人員采用圖像處理與視頻分析的方法提取出 監(jiān)控場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，進(jìn)而通過(guò)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息來(lái)實(shí)現(xiàn)PTZ相機(jī)對(duì)焦點(diǎn)區(qū)域的自動(dòng) 監(jiān)控和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，然而，這種方法通常采用單個(gè)PTZ相機(jī)，且單純依賴跟蹤目標(biāo)在圖像 中的位置變化調(diào)整相機(jī)的角度，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。在實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中，這類(lèi)方法往往 會(huì)因?yàn)橄鄼C(jī)角度調(diào)整不合適，導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)目標(biāo)偏離出相機(jī)場(chǎng)景，跟蹤失敗，同時(shí)由于單個(gè)PTZ 相機(jī)的監(jiān)控視野有限，只能獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控片段，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間跟蹤， 丟失了目標(biāo)的完整歷史軌跡信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提出了一種使用多PTZ相機(jī)對(duì)運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)進(jìn)行持續(xù)接力跟蹤的算法，能夠精確控制相機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定跟蹤，從而 獲得目標(biāo)完整的歷史運(yùn)動(dòng)信息。
[0006] 本發(fā)明為解決技術(shù)問(wèn)題采用如下技術(shù)方案：
[0007] 本發(fā)明一種多PTZ相機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)接力跟蹤算法的特點(diǎn)是按如下步驟進(jìn)行：
[0008] 步驟1、針對(duì)所需拍攝的監(jiān)控場(chǎng)景，架設(shè)M臺(tái)PTZ相機(jī)C = IA，C2，…，Cm，…，CM}， Cm表示第m臺(tái)PTZ相機(jī);m < M ;并使得相鄰兩臺(tái)PTZ相機(jī)的監(jiān)控視野部分重疊，從而獲得 多幀有重疊區(qū)域的視頻圖像；
[0009] 定義第m臺(tái)PTZ相機(jī)(；的PTZ參數(shù)為：水平角度P m、垂直角度Tm和變焦參數(shù)Z m; [0010] 以所述視頻圖像的任一頂點(diǎn)為原點(diǎn)〇,以所述原點(diǎn)〇的兩條鄰邊分別設(shè)置為X軸和 Y軸構(gòu)成坐標(biāo)系X0Y ;
[0011] 步驟2、通過(guò)相機(jī)自標(biāo)定算法對(duì)每臺(tái)PTZ相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣進(jìn)行估計(jì)；
[0012] 步驟3、設(shè)定每臺(tái)PTZ相機(jī)的預(yù)置位參數(shù)，所述預(yù)置位參數(shù)包括：預(yù)置水平角度、預(yù) 置垂直角度和預(yù)置變焦參數(shù)；并計(jì)算所述M臺(tái)PTZ相機(jī)C的視野分割線L= {Lpk，…，Lm，… ，LmJ ;Lm表示第m臺(tái)PTZ相機(jī)C m與第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1之間的視野分割線；
[0013] 步驟4、以第m臺(tái)PTZ相機(jī)Cm所拍攝的視頻圖像作為參考圖像，在所述參考圖像中 選定跟蹤目標(biāo)，并提取所述跟蹤目標(biāo)的目標(biāo)特征；
[0014] 步驟5、根據(jù)所述目標(biāo)特征，利用均值漂移算法計(jì)算所述跟蹤目標(biāo)在所述參考圖像 中的位置坐標(biāo)，并在所述跟蹤目標(biāo)與所述參考圖像的中心位置坐標(biāo)之間的距離大于所設(shè)定 的閾值T時(shí)，調(diào)整所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)(；的PTZ參數(shù)；
[0015] 步驟6、判斷所述跟蹤目標(biāo)是否經(jīng)過(guò)第m條視野分割線Lm，并在所述跟蹤目標(biāo)經(jīng)過(guò) 第m條視野分割線L m時(shí)計(jì)算所述跟蹤目標(biāo)在第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1的視頻圖像中的位置 坐標(biāo)，根據(jù)所述跟蹤目標(biāo)在第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)Cm+1的視頻圖像中的位置坐標(biāo)調(diào)整所述第m+1 臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1的PTZ參數(shù)，使得所述第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1以所述跟蹤目標(biāo)為監(jiān)控視野中 心，調(diào)用所述第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)Cm+1繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；同時(shí)，所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)C i艮據(jù) 自身預(yù)置位參數(shù)回到預(yù)置位。
[0016] 本發(fā)明所述的多PTZ相機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)接力跟蹤算法的特點(diǎn)也在于，
[0017] 所述步驟2中的相機(jī)自標(biāo)定算法是按如下步驟進(jìn)行：
[0018] 步驟2. 1、在第m臺(tái)PTZ相機(jī)Cm所拍攝的視頻圖像中取任一幀視頻圖像作為初始 圖像，以所述初始圖像為基準(zhǔn)，調(diào)整所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)C m的水平角度P m和垂直角度T m，分 別獲得所述初始圖像在四個(gè)方向上的共N幅偏移圖像；N多4 ;
[0019] 步驟2. 2、在所述初始圖像和N幅偏移圖像中分別提取特征點(diǎn)，從而獲得特征點(diǎn)集 合S = {Sd, Si，…，Si,…，SN}，Sc!表示所述初始圖像中的特征點(diǎn)集合，S i，…，SN依次表示所 述N幅偏移圖像中的特征點(diǎn)集合；Si表示第i幅偏移圖像中的特征點(diǎn)集合；
[0020] 步驟2. 3、將所述初始圖像中的特征點(diǎn)集合\與所述N幅偏移圖像中的每個(gè)特征 點(diǎn)集合進(jìn)行匹配，獲得匹配點(diǎn)對(duì)集合F = {Fi，F(xiàn)2，…匕，…FJ ;1彡i彡N $表示所述初始 圖像中的特征點(diǎn)集合\與第i幅偏移圖像中的特征點(diǎn)集合S i的匹配點(diǎn)對(duì)集合；所述匹配點(diǎn) 對(duì)集合匕中的任一匹配點(diǎn)對(duì)為；f丨表示所述第i幅偏移圖像中的特征點(diǎn)集合Si* 的第j個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)；g表示所述初始圖像中的特征點(diǎn)集合\中的第j個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)；
[0021] 步驟2. 4、以所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)Cm的主透鏡光心為原點(diǎn)0,以主透鏡的主光軸方 向?yàn)閦軸，與主透鏡像平面像素坐標(biāo)系的橫方向U平行的方向?yàn)閤軸，與主透鏡像平面像 素坐標(biāo)系的豎直方向V平行的方向?yàn)閥軸，從而建立世界坐標(biāo)系o-xyz ;則所述匹配點(diǎn)對(duì) (fj, 〇中的兩個(gè)特征點(diǎn)坐標(biāo)fj和打在所述世界坐標(biāo)系 o_xyz中對(duì)應(yīng)于同一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)F ;
[0022] 步驟2. 5、初始化j = 1 ;
[0023] 步驟2. 6、對(duì)集合匕中的第j個(gè)匹配點(diǎn)對(duì)為將式（1)和式（2)進(jìn)行聯(lián)立，
[0025] 獲得關(guān)于所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)Cm的內(nèi)參數(shù)矩陣K的方程如式（3)所示：[0024]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種多PTZ相機(jī)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)接力跟蹤算法，其特征是按如下步驟進(jìn)行： 步驟1、針對(duì)所需拍攝的監(jiān)控場(chǎng)景，架設(shè)M臺(tái)PTZ相機(jī)C = IC1, C2，…，Cm，…，CJ，（；表 示第m臺(tái)PTZ相機(jī);m < M ;并使得相鄰兩臺(tái)PTZ相機(jī)的監(jiān)控視野部分重疊，從而獲得多幀有 重疊區(qū)域的視頻圖像； 定義第m臺(tái)PTZ相機(jī)(；的PTZ參數(shù)為：水平角度P m、垂直角度Tm和變焦參數(shù)Z m; 以所述視頻圖像的任一頂點(diǎn)為原點(diǎn)〇,以所述原點(diǎn)〇的兩條鄰邊分別設(shè)置為X軸和Y軸 構(gòu)成坐標(biāo)系XOY ; 步驟2、通過(guò)相機(jī)自標(biāo)定算法對(duì)每臺(tái)PTZ相機(jī)的內(nèi)參數(shù)矩陣進(jìn)行估計(jì)； 步驟3、設(shè)定每臺(tái)PTZ相機(jī)的預(yù)置位參數(shù)，所述預(yù)置位參數(shù)包括：預(yù)置水平角度、預(yù)置 垂直角度和預(yù)置變焦參數(shù)；并計(jì)算所述M臺(tái)PTZ相機(jī)C的視野分割線L = IL1, L2，…，Lm，… ，LmJ ;Lm表示第m臺(tái)PTZ相機(jī)C m與第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1之間的視野分割線； 步驟4、以第m臺(tái)PTZ相機(jī)Cm所拍攝的視頻圖像作為參考圖像，在所述參考圖像中選定 跟蹤目標(biāo)，并提取所述跟蹤目標(biāo)的目標(biāo)特征； 步驟5、根據(jù)所述目標(biāo)特征，利用均值漂移算法計(jì)算所述跟蹤目標(biāo)在所述參考圖像中的 位置坐標(biāo)，并在所述跟蹤目標(biāo)與所述參考圖像的中心位置坐標(biāo)之間的距離大于所設(shè)定的閾 值T時(shí)，調(diào)整所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)(；的PTZ參數(shù)； 步驟6、判斷所述跟蹤目標(biāo)是否經(jīng)過(guò)第m條視野分割線Lm，并在所述跟蹤目標(biāo)經(jīng)過(guò)第m 條視野分割線Lm時(shí)計(jì)算所述跟蹤目標(biāo)在第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1的視頻圖像中的位置坐標(biāo)， 根據(jù)所述跟蹤目標(biāo)在第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)Cm+1的視頻圖像中的位置坐標(biāo)調(diào)整所述第m+1臺(tái)PTZ 相機(jī)Cm+1的PTZ參數(shù)，使得所述第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)C m+1以所述跟蹤目標(biāo)為監(jiān)控視野中心，調(diào) 用所述第m+1臺(tái)PTZ相機(jī)Cm+1繼續(xù)進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；同時(shí)，所述第m臺(tái)PTZ相機(jī)C 據(jù)自身 預(yù)置位參數(shù)回到