一种基于数字图像测量的渡口人员落水快速定位系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于数字图像测量的渡口人员落水快速定位系统，包括：云台、激光灯、控制器、上位机和两台摄像机；摄像机固定安置于渡口边；云台设于两台摄像机之间，激光灯固定安装在云台上，摄像机和云台均与控制器连接，控制器与上位机相连。本发明系统安装方便，工程操作简单，且标定无需考虑相机与云台之间的位置关系，安装完后整体标定，将系统多个误差进行了整体考虑，提高了精度，算法简单，代码执行效率高。当监控区域中有人员落水时，系统能够快速作出反应并将激光灯指向目标，第一时间给出搜救目标并一直跟踪目标，为搜救工作节省了时间。
【专利说明】一种基于数字图像测量的渡口人员落水快速定位系统
【技术领域】
[0001] 本发明属于目标定位【技术领域】，具体涉及一种基于数字图像测量的渡口人员落水 快速定位系统。
【背景技术】
[0002] 随着经济增长、旅游资源不断开发，渡口的运输量不断升高，但目前很多渡口结构 简陋，旅客上下秩序混乱。很多渡口有来往行驶的大船，并未进行上下旅客与过往大船的 分流，也没有乘客出入控制设施，人车混杂，人员拥挤，很容易发生船只碰撞，人员落水等事 故。再加上现有的渡船老旧，难以保障过往乘客的安全。渡口的运力不足也是非常重要的 因素，非法搭客的现象屡禁不止。渡口安全通报机制也不完善，安全管理人员欠缺，客流高 峰期渡运秩序难以维持，这些都将成为安全隐患。事实上有关渡口的救援方法很少，现有的 很多是自救或者现场人员的帮助，这主要是由于一旦有人员落水，留给搜救人员的搜救时 间非常短，需要立刻给出落水人数和具体的落水位置，为搜救人员提供具体的信息，争取时 间是至关重要的。
[0003] 随着数码产品不断涌现和发展，数字图像测量方法已经发展为较为成熟的一项技 术，该方法是一种非接触式测量方法，具有测量精度高、无接触、不发射任何频率的信号等 优势，因此在民用和军事工程中，特别是在一些具有特殊要求的工程中都得到了广泛的应 用。而渡口人员落水主要是需要第一时间报警并给出人员落水的位置，为救援争取时间。利 用数字图像测量方法对目标进行识别、跟踪等方法对渡口人员落水实时监测具有重要的应 用意义。传统方法采用成像系统的计算方法，该方法计算复杂，代码执行效率低，工程安装 时需要测量相机与云台之间的位置关系，安装后的调试难度较大，不利于工程应用和长期 监测。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种基于数字图像测量的渡 口人员落水快速定位系统，该系统安装简单，无需考虑相机与云台之间的位置关系，安装完 后整体标定，将系统多个误差进行了整体考虑，提高了精度，算法简单，代码执行效率高。
[0005] -种基于数字图像测量的渡口人员落水快速定位系统，包括：云台、激光灯、控制 器、上位机和两台摄像机；所述的摄像机固定安置于渡口边；所述的云台设于两台摄像机 之间，所述的激光灯固定安装在云台上，所述的摄像机和云台均与控制器连接，所述的控制 器与上位机相连；
[0006] 所述的上位机用于向控制器发出指令，通过控制器控制云台转动，进而控制云台 上的激光灯按阵列形式逐行逐列对定位区域进行投射扫描，以在定位区域内投射出多个标 定点；
[0007] 所述的控制器记录每个标定点在云台坐标系下所对应的转角坐标；
[0008] 所述的摄像机用于在激光灯进行投射扫描时，同步对定位区域进行拍摄，并将图 像传输给控制器；控制器对图像进行识别，以得到每个标定点在摄像机坐标系下所对应的 位置坐标并使之与转角坐标形成映射；
[0009] 当有人员在定位区域内落水时，所述的控制器根据摄像机采集到的图像，确定出 落水人员在摄像机坐标系下的位置坐标，根据该位置坐标通过映射关系得到落水人员在云 台坐标系下的转角坐标，进而根据该转角坐标控制云台转动使激光灯对准落水人员进行激 光投射。
[0010] 若任一标定点在摄像机坐标系下所对应的位置坐标为（X，y)，在云台坐标系下所 对应的转角坐标为（a，0 )，则x和y分别为该标定点在摄像机坐标系下的横坐标和纵坐 标，a和0分别为激光灯对准该标定点时云台绕x轴和 z轴转过的角度，x轴与激光光路 在水平面上垂直，z轴与激光光路在坚直面上垂直。
[0011] 若落水人员对应在定位区域内的目标点未落入标定点范畴，则控制器通过图像识 别确定周围离目标点最近的四个标定点，进而根据目标点的位置坐标（X p，yp)及其周围四 个标定点的位置坐标和转角坐标通过插值算法计算得到目标点的转角坐标（a p，@p)。
[0012] 所述的插值算法的计算过程如下：
[0013] 首先，联立以下方程计算出参数€和n :
【权利要求】
1. 一种基于数字图像测量的渡口人员落水快速定位系统，其特征在于，包括：云台、激 光灯、控制器、上位机和两台摄像机；所述的摄像机固定安置于渡口边；所述的云台设于两 台摄像机之间，所述的激光灯固定安装在云台上，所述的摄像机和云台均与控制器连接，所 述的控制器与上位机相连； 所述的上位机用于向控制器发出指令，通过控制器控制云台转动，进而控制云台上的 激光灯按阵列形式逐行逐列对定位区域进行投射扫描，以在定位区域内投射出多个标定 占. 所述的控制器记录每个标定点在云台坐标系下所对应的转角坐标； 所述的摄像机用于在激光灯进行投射扫描时，同步对定位区域进行拍摄，并将图像传 输给控制器；控制器对图像进行识别，以得到每个标定点在摄像机坐标系下所对应的位置 坐标并使之与转角坐标形成映射； 当有人员在定位区域内落水时，所述的控制器根据摄像机采集到的图像，确定出落水 人员在摄像机坐标系下的位置坐标，根据该位置坐标通过映射关系得到落水人员在云台坐 标系下的转角坐标，进而根据该转角坐标控制云台转动使激光灯对准落水人员进行激光投 射。
2. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：若任一标定点在摄像机坐标系下所 对应的位置坐标为（x，y)，在云台坐标系下所对应的转角坐标为（a，￠)，则X和y分别为 该标定点在摄像机坐标系下的横坐标和纵坐标，a和P分别为激光灯对准该标定点时云 台绕X轴和z轴转过的角度，X轴与激光光路在水平面上垂直，z轴与激光光路在坚直面上 垂直。
3. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：若落水人员对应在定位区域内的目 标点未落入标定点范畴，则控制器通过图像识别确定周围离目标点最近的四个标定点，进 而根据目标点的位置坐标（Xp，yp)及其周围四个标定点的位置坐标和转角坐标通过插值算 法计算得到目标点的转角坐标（ap, @ p)。
4. 根据权利要求3所述的定位系统，其特征在于：所述的插值算法的计算过程如下： 首先，联立以下方程计算出参数I和n:
其中：\和yp分别为目标点在摄像机坐标系下的横坐标和纵坐标，Xi+1,j+1和yi+1, j+1分 别为目标点右上标定点在摄像机坐标系下的横坐标和纵坐标，矸」+1和yi，j+1分别为目标点 右下标定点在摄像机坐标系下的横坐标和纵坐标，和7。分别为目标点左下标定点在摄 像机坐标系下的横坐标和纵坐标，xi+1，#Pyi+1，j分别为目标点左上标定点在摄像机坐标系 下的横坐标和纵坐标，^ 1=ri1= -1，^ 2=rI2= 1 ; 然后，将参数I和n代入以下方程求解出目标点的转角坐标（ap，0p): %=ZL=〇 i細I ^j?=〇^m+Un+l(6")A+mj'+n 其中：％和Pp分别为激光灯对准目标点时云台绕x轴和z轴转过的角度，ai+1，j+1 和3i+u+1分别为激光灯对准目标点右上标定点时云台绕x轴和z轴转过的角度，a^+1和 ei;j+1分别为激光灯对准目标点右下标定点时云台绕X轴和z轴转过的角度，ai;jP@i;j 分别为激光灯对准目标点左下标定点时云台绕x轴和z轴转过的角度，ai+u和0 i+1;j分 别为激光灯对准目标点左上标定点时云台绕X轴和z轴转过的角度。
5. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：当目标位于标定点上时，则目标快速 定位的精度与图像识别精度一致。
6. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：当目标位于标定点之外时，则目标快 速定位需要通过周围四个标定点计算得到。
7. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：当标定点的分辨率为MxXMy时，相机 所拍摄画面的分辨率为NxXNy,则标定点之间的像素为Nj/(Mx-I)XN/(My-l)，标定点之间 的任意一点计算精度为： =EL〇Zl.〇^+i,?+i(^7?)ax^ ii AyP=Tm=0 +mj+n 其中：Axp、Ayp、Axi+m，j+1^PAyi+m，j+n分别表示图像识别的误差。
8. 根据权利要求1所述的定位系统，其特征在于：采用整体标定方法对所监测的区域 进行标定，所提出的标定方法考虑了镜头畸变、成像误差等因素；该系统安装方便，工程操 作简单，且标定无需考虑相机与云台之间的位置关系，安装完后整体标定，将系统多个误差 进行了整体考虑，提高了精度，算法简单，代码执行效率高。
【文档编号】G06T7/00GK104506821SQ201510007105
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2015年1月7日 优先权日:2015年1月7日
【发明者】戴显荣, 浣石, 马越峰, 陶为俊, 陈向阳, 谭湘倩 申请人:浙江省交通规划设计研究院, 广州广大仪器科技有限公司