一种CCTV视频目标二维建模与GIS投影方法与流程

本发明属于智能视频监控系统方法技术领域，特别涉及一种智能视频监控系统和地理信息系统相结合的方法。

背景技术：

智能视频监控系统和地理信息系统已经被广泛的应用于各种区域的安全监控当中，是对视频画面中的目标对象进行识别、跟踪、行为分析等，从而过滤掉一些无用的信息，获取有用的信息。

而地理信息系统(简称gis)也逐渐被应用于机场、码头、水运、陆运等各个领域，尤其是在港口、码头等区域监控系统当中，gis与船舶自动识别系统(简称ais)和雷达监控系统的配合使用能够即时的显示船舶的位置信息和雷达扫描到的目标位置信息，有效的提高了航运安全和水面目标监控的效率。在一些特殊的区域(高山或建筑物阻挡等)和情况(ais设备未启用等)下雷达和ais设备存在死角无法进行监控，而这些区域cctv监控系统可获取到这些目标的画面图像然后进行智能视频分析。

如专利申请201610824625.9公开了一种基于云平台的智能视频监控系统，该系统是在基于hadoop云计算平台搭建的服务器集群上，开发视频监控云平台，对前端设备采集的视频数据以流的方式传入服务器，采用海量的分布式云计算技术，实现对视频流的实时跟踪、处理、分析和输出，并对外提供服务，方便终端用户查看调用。

但是上述的智能视频分析系统识别出的目标信息中不包含的位置信息，如何计算出视频目标位置信息并直接投影到gis地图上是目前需要解决的问题。

技术实现要素：

基于此，因此本发明的首要目地是提供一种cctv视频目标二维建模与gis投影方法，该方法将视频图像抽象成为二维图像，通过智能视频分析在抽象后的二维图像中识别出来的图像轮廓进行目标识别，并计算目标的位置坐标，从而投影到gis系统产生包含地理位置信息的视频图像。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种cctv视频目标二维建模与gis投影方法，其特征在于该方法通过一个点对多个面进行透射，实现实际平面在画面上的一个投影，并根据射影几何学原理计算出目标在屏幕上坐标，然后再通过坐标系转换获得gis地图坐标。本发明将视频图像抽象成为二维图像，通过智能视频分析在抽象后的二维图像中识别出来的图像轮廓进行目标识别，并计算目标的位置坐标，识别的目标位置坐标经过经纬度的转换得到目标的gis地图经纬度，从而投影到gis系统，产生包含地理位置信息的视频图像。

具体地说，本方法根据视频画面中的实际长度，将线段等比分为n份相同长度的段，根据段在图像上的比例，用三角形在屏幕和实际世界的投影来计算，在屏幕上绘制一条指向正北方向的线作为经纬度转换参考，即可知道在这条线上物理位移与图像坐标之间的关系，将其转换为gis坐标从而投影到gis地图上。

进一步，所述三角形为等腰三角形。

更进一步，使所述等腰三角形的三个边的交点进行对合，所述的对合，定义如下：以三角形的一个角的点定义为o，该角对边ad上两个端点为a和d，a和d之间任意两个点为b、c，那么oa，ob，oc，od是四条投影线，在o点和ab边之间具有l和2两个截景，则有：

若一条直线上的三对点b，h；d，f；c，g，具有如下关系

则称这三对点是对合的。

进一步，当b，h；d，f；c，g；m，n具有如下关系时，则称这四对点是对合的

进一步，根据画面中的实际长度将线段等比分为n份相同长度的段，根据线段在图像上的比例，即可知道在这条线上物理位移与图像坐标之间的关系；根据图像中不同目标在同一水平线上的偏移可以近似等比与实际位移，即可知道x方向实际位移；根据线段比例原则，做积分，根据目标所在的像素即可计算出y方向的实际位移；然后绘制一条指向正北方向的线作为经纬度转换参考，测量出正北夹角，利用识别目标的高度角e和斜距r，计算出目标在直角坐标系中的坐标。

所述坐标系采用wgs-84地心坐标系，并获取视频中的摄像机坐标。

更进一步，所述目标经纬度计算，是通过下述公式：

objlat＝asin(sin(camlat)*cos(dist/r)+cos(camlat)*sin(dist/r)*cos(fobjtonorth))；

objlon＝camlon+atan2(sin(fobjtonorth)*sin(dist/r)*cos(camlat),cos(dist/r)-sin(camlat)*sin(objlat))

计算出直角坐标系坐标，式中：objlat,objlon-为被测目标在wgs-84地心坐标系中的坐标；dist-为通过等腰梯形线段计算出的识别目标距离坐标原点的距离；r-为地球半径；fobjtonorth-为识别目标与正北方向的偏差弧度值；camlat、camlon为摄像机的wgs-84坐标系坐标。

本发明所实现的投影方法，将摄像机视场的“极坐标系”抽象为“伪直角坐标系”，也就是将视频图像抽象成为二维图像，通过智能视频分析在抽象后的二维图像中识别出来的图像轮廓进行目标识别，并计算目标的位置坐标，识别的目标位置坐标经过经纬度的转换得到目标的gis地图经纬度，从而投影到gis系统，产生包含地理位置信息的视频图像。

附图说明

图1为本发明所实现点列和线束间的投影和截景示意图。

图2为本发明所实现交比不变性示意图。

图3为本发明所实现cctv视频目标的直角坐标系坐标示意图。

图4为本发明所实现cctv视频目标的直角坐标系坐标计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1所示，为本发明利用射影几何直接起源与透视法，在眼睛和景物之间插进一张直立的玻璃板，并设想光线从眼睛出发射到景物的每一个点上，这些线叫投影线。设想每根线与玻璃板交于一点，这些点的集合叫做截景。如图1所示，眼睛在o处观察水平面上的矩形abcd时，从o到矩形各点的连线形成一投影棱锥，其中oa，ob，oc，od是四根典型的投影线.若在人眼和矩形间插入一平面，并连结四条线与平面的交点a′，b′，c′，d′，则四边形a′b′c′d′为矩形abcd的截景。

根据上述，引申出图2所示图形，若oa，ob，oc，od是四条投影线，l1和l2是l截景，则有：

若一条直线上的三对点b，h；d，f；c，g，如图3，具有如下关系

则称这三对点是对合的；当d＝f且c＝g时，上式变成：

这就给出两对点(b，h；d，c)对合的定义，它可以看作三对点对合的特殊情况。至于三对点以上的对合，完全是以三对点对合为依据来定义的，例如，当b，h；d，f；c，g；m，n具有如下关系时，则称这四对点是对合的。

根据上述描述，cctv视频目标cctv视频目标的直角坐标系坐标计算示意图见图4所示。图中a-h.八段实际等比的线段，p.等腰梯形的底边，t.等腰梯形的顶边，x.x轴，y.y轴n.正北方向指示线。

为了方便计算，可以近似用等腰三角形在屏幕和实际世界的投影来计算。

根据画面中的实际长度将线段等比分为n份相同长度的段，根据线段在图像上的比例，即可知道在这条线上物理位移与图像坐标之间的关系。图中我们将等腰梯形腰分为的这八段实际等比的线段，根据测量可以得到这些长度分别为a、b、c、d、e、f、g、h，等腰梯形的顶宽为t，底宽为p。将这条线段的长度分为10份来计算，第一条为1份高，最后一条为t/p≈h/a。

1)x位移

根据图像中不同目标在同一水平线上的偏移可以近似等比与实际位移，即可知道x方向实际位移。

2)y位移

根据线段比例原则，做积分，可以知道视频中目标偏移1米所需要的不同像素。根据目标所在的像素即可计算出偏离底边的实际位移。

3)经纬度坐标

屏幕上绘制一条指向正北方向的线作为经纬度转换参考，测量出正北夹角，利用识别目标的高度角e和斜距r，计算出目标在直角坐标系中的坐标。

4)目标经纬度计算

根据计算出的目标“直角坐标系”坐标x、y、z和坐标转换计算公式：

objlat＝asin(sin(camlat)*cos(dist/r)+cos(camlat)*sin(dist/r)*cos(fobjtonorth))；

objlon＝camlon+atan2(sin(fobjtonorth)*sin(dist/r)*cos(camlat),cos(dist/r)-sin(camlat)*sin(objlat))

*便可计算出被侧目标的wgs-84直角坐标系坐标。

式中：objlat,objlon-为被测目标在wgs-84地心坐标系中的坐标；

dist-为通过等腰梯形线段计算出的识别目标距离坐标原点的距离。

r-为地球半径。

fobjtonorth-为识别目标与正北方向的偏差弧度值。

camlat,camlon-摄像机0的wgs-84坐标系坐标。

由此，本发明所实现的投影方法，将摄像机视场的“极坐标系”抽象为“伪直角坐标系”，也就是将视频图像抽象成为二维图像，通过智能视频分析在抽象后的二维图像中识别出来的图像轮廓进行目标识别，并计算目标的位置坐标，识别的目标位置坐标经过经纬度的转换得到目标的gis地图经纬度，从而投影到gis系统，产生包含地理位置信息的视频图像。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。