基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及周界報警技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于二維激光雷達和視頻分析的周 界報警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于視頻的目標檢測部分基于計算機視覺分析技術(shù)，對目標物體進行分類識別或 采用前背景分離進行目前提取，并對分離后的圖像目標進行禁區(qū)或者拌線檢測，實現(xiàn)報警。 目前通過視頻分析的方法由于目標與背景對比度、運動目標紋理特征、樹葉晃動、光線、陰 影等問題，會存在較多的誤報和漏報，一般很難滿足實際應用需求。例如，基于壓力傳感器 或者、震動傳感器等方式，由于會受到壓力探測不敏感，遠處震動等問題導致一定程度的漏 報和誤報。
[0003] 另外，市場上依靠依靠紅外、微波等設(shè)備，也會因光線變化、溫度變化、樹葉遮擋、 波束反射等問題，也會存在較多的誤報和漏報，可用性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方 法，通過視頻分析結(jié)果與雷達報警檢測結(jié)果進行雙向校驗，對周界防范區(qū)域內(nèi)的異常運動 目標進行入侵報警。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實施例提供一種基于二維激光雷達和視頻分析的周 界報警方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟S1，采集目標區(qū)域的監(jiān)控視頻圖像，將所述監(jiān)控視頻圖像與所述目標區(qū)域的 三維模型進行對應點映射，計算透視投影矩陣M，其中，所述透視投影矩陣Μ用于表征所述 監(jiān)控視頻圖像中圖像特征點的二維坐標與所述三維模型中三維特征點的三維坐標的對應 關(guān)系；
[0008] 步驟S2,提取所述監(jiān)控視頻圖像的多個運動目標，獲取所述多個運動目標的二維 坐標，根據(jù)每個所述運動目標的二維坐標和所述透視投影矩陣，計算該運動目標對應的三 維坐標，判斷每個所述運動目標的三維坐標是否符合預設(shè)視頻報警規(guī)則，如果符合，則將所 述運動目標的三維坐標記為視頻報警三維坐標；
[0009] 步驟S3,采用二維激光雷達對所述目標區(qū)域進行激光掃描，當運動目標與激光掃 描面相交時，判斷符合預設(shè)雷達報警規(guī)則，則將所述運動目標對應的雷達報警信息轉(zhuǎn)換為 三維坐標，記為雷達報警三維坐標；
[0010] 步驟S4,將所述視頻報警三維坐標和所述雷達報警三維坐標進行比對，如果二者 一致，貝發(fā)出報警信號。
[0011] 進一步，在所述步驟S1中，將所述監(jiān)控視頻圖像所述目標區(qū)域的三維模型進行對 應點映射，得到所述視頻圖像中圖像特征點的二維坐標與所述三維模型中三維特征點的三 維坐標的對應關(guān)系，利用最小二乘法計算透視投影矩陣Μ。
[0012] 進一步，在所述步驟S2中，采用高斯背景模型從所述監(jiān)控視頻圖像中分離出所述 多個運動目標。
[0013] 進一步，在所述步驟S2中，所述視頻報警規(guī)則存儲有所述目標區(qū)域的邊界的三維 坐標，當所述運動目標的三維坐標鄰近所述目標區(qū)域的邊界的三維坐標時，判斷符合所述 預設(shè)視頻報警規(guī)則。
[0014] 進一步，在所述步驟S3中，所述運動目標對應的雷達信息包括：雷達位置坐標 Ρ0、雷達前向投影坐標Ρ1及對應角度al、雷達標定投影坐標Ρ2及對應角度a2、報警角度 AlarmAngle和目標距離AlarmDist。
[0015] 進一步，在所述步驟S3中，將所述運動目標對應的雷達信息轉(zhuǎn)換為三維坐標，包 括如下步驟：
[0016] 首先，計算標定位置線向量lineDir:
[0017] lineDir=P2-P1，其中，lineDir向量方向為小角度到大角度。
[0018] 然后，計算前向向量frontDir及軸向量axisDir:
[0019] frontDir=P1-P0,
[0020] axisDir=lineDirXfrontDir；
[0021] 其次，計算報警向量AlarmDir，
[0022] fRotAngle = (AlarmAngle-al)*PI/180，
[0023] 繞軸向量旋轉(zhuǎn)角度fRotAngle得到報警向量AlarmDir;
[0024] 最后，計算報警坐標（x，y，z):
[0025] (x,y,z) =P0+AlarmDir*AlarmDist〇
[0026] 進一步，在所述步驟S4中，將所述視頻報警三維坐標和所述雷達報警三維坐標進 行比對后，如果不一致，則分為僅雷達報警情況和僅視頻報警情況，
[0027] 在所述僅雷達報警情況下，對于所述雷達報警三維坐標采用圖像鄰域目標搜索算 法獲得最終報警目標位置；
[0028] 在所述僅視頻報警情況下，對于所述視頻報警三維坐標進行雷達前向報警查詢及 報警概率分析。
[0029] 進一步，針對僅雷達報警情況，采用圖像鄰域目標搜索算法獲得最終報警目標位 置，包括：根據(jù)所述雷達報警信息，從所述視頻監(jiān)控圖像中查找運動目標，通過圖像空間的 歐式距離進行判斷，得到最終報警目標位置。
[0030] 進一步，針對僅視頻報情況，所述雷達前向報警查詢及報警概率分析，包括：根據(jù) 所述視頻三維坐標，如果檢測到在預設(shè)時長內(nèi)有雷達報警對應的運動目標出現(xiàn)，則將該雷 達報警對應運動目標的位置到視頻報警的運動目標的距離和時間作為權(quán)值計算報警概率。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明實施例的基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方法，通過視頻分 析結(jié)果與雷達報警檢測結(jié)果進行雙向校驗，加入了基于概率決策的復合校驗邏輯，對周界 防范區(qū)域內(nèi)的異常運動目標進行入侵報警，有效提高檢測精確度，降低誤報和漏報情況。
[0032] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。
【附圖說明】
[0033] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0034] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實施例的基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方法的流 程圖；
[0035] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實施例的透視投影矩陣與視頻映射的關(guān)系示意圖；
[0036] 圖3 (a)和圖3 (b)為根據(jù)本發(fā)明實施例的視頻圖像和查詢圖的示意圖；
[0037] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實施例的激光雷達掃描面的示意圖；
[0038] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實施例激光雷標定與報警坐標計算的示意圖。
【具體實施方式】
[0039] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0040] 本發(fā)明提出一種基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方法，該方法通過對二 維激光雷達與視頻分析數(shù)據(jù)進行復合校驗，實現(xiàn)對周界防范區(qū)域內(nèi)的異常運動目標進行入 侵報警。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明實施例的基于二維激光雷達和視頻分析的周界報警方法，包 括如下步驟：
[0042] 步驟S1，采集目標區(qū)域的監(jiān)控視頻圖像，將監(jiān)控視頻圖像與目標區(qū)域的三維模型 進行對應點映射，計算透視投影矩陣M。
[0043] 具體地，將監(jiān)控視頻圖像目標區(qū)域的三維模型進行對應點映射，根據(jù)多個對應點 求出透視投影矩陣的參數(shù)信息，得到視頻圖像中圖像特征點的二維坐標與三維模型中三維 特征點的三維坐標的對應關(guān)系，利用最小二乘法計算透視投影矩陣M。
[0044] 其中，透視投影矩陣Μ用于表征監(jiān)控視頻圖像中圖像特征點的二維坐標（u，v)與 三維模型中三維特征點的三維坐標（X，y，Z)的對應關(guān)系。即，視頻圖像上每個像素都可以 通過Μ計算出對應的三維位置。
[0045]
[0046] 步驟S2,提取監(jiān)控視頻圖像的多個運動目標，獲取多個運動目標的二維坐標，根據(jù) 每個運動目標的二維坐標和透視投影矩陣，計算該運動目標對應的三維坐標。
[0047] 在本步驟中，采用高斯背景模型從監(jiān)控視頻圖像中分離出多個運動目標?；趥?統(tǒng)的視頻分析理論，通過前背景分離算法的高斯背景模型對運動目標進行提取。
[0048] 具體地，通過對運動目標的學習和分類，結(jié)合視頻報警規(guī)則，能夠?qū)Ψ钦＿\動 目標進行報警分析判斷。如圖2所示，一旦提取運動目標，可以根據(jù)運動目標的二維坐標 (u，v)和標定矩陣Μ將視頻，通過公式（1)得到運動目標位置Ρ的三維坐標。
[0049] 在確定上一步的透視投影矩陣Μ后，就得到了圖像UV與三維坐標的投影關(guān)系。如 圖3(a)和圖3(b)所示，在生成映射圖的同時會生成一副查詢圖，查詢圖采用RGB32格式， 其中RGB分別對應X，y，z坐標。
[0050] 判斷每個運動目標的三維坐標是否符合預設(shè)視頻報警規(guī)則，如果符合，則將運動 目標的三維坐標記為視頻報警三維坐標。
[0051] 需要說明的是，視頻報警規(guī)則存儲有目標區(qū)域的邊界的三維坐標，當運動目標的 三維坐標鄰近目標區(qū)域的邊界的三維坐標時，判斷符合預設(shè)視頻報警規(guī)則。
[0052] 步驟S3,采用二維激光雷達對目標區(qū)域進行激光掃描，當運動目標與激光掃描面 相交時，判斷符合預設(shè)雷達報警規(guī)則，則將運動目標對應的雷達報警信息轉(zhuǎn)換為三維坐標， 記為雷達報警三維坐標。
[0053] 如圖4所示，二維激光雷達以一定的傾角垂直向下安裝，會形成一個180度的激光 掃描面，一旦運動目標與掃描面發(fā)生相交，就會根據(jù)預設(shè)雷達報警規(guī)則觸發(fā)報警。
[0054]