一种基于视频采集的多目标室外定位系统和定位方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及室外定位领域，具体涉及一种基于视频采集的多目标室外定位系统及相应的方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着科学技术的进步，定位技术也备受关注且发展迅速。当今，基于卫星定位系统的室外定位技术已经非常成熟并开始被广泛使用，但是精度并不理想，例如在人群中很难锁定每个人的具体位置，在许多需要高精度定位的场合难以广泛应用。为了提高精度，现有的技术通常在卫星定位系统的基础上加以红外线、超声波等手段对物体的位置和运动进行感知，或是通过W1-F1、蓝牙或ZigBee等无线通讯手段和待测物体进行数据交互。然而，前者所采用的技术手段在室外环境下布局难度极大，且成本高，穿透性、抗干扰性差；后者一方面对待测目标的通信能力提出了要求，另一方面精度提升也相对有限。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于针对现有室外定位技术的不足，提供一种基于视频采集的多目标室外定位系统，并给出基于该系统实现室外定位的方法。本发明所述的室外定位系统能够针对多个有脉搏的生命体，实现基于角度的高精度室外三维空间定位，且部署简单、功耗小、成本低，实时性好。此外，本发明的室外定位系统和方法可以和现有的智能终端，尤其是移动智能终端相结合，具备了优秀的可移植性。
[0004]本发明采用的技术方案如下:一种基于视频采集的多目标室外定位系统，所述的定位为三维空间定位，所述的多目标为一个或一个以上的具有脉搏的生命体，该系统包括视频采集单元，脉搏波提取单元、位置计算单元和行动模拟单元，其中:
[0005]所述的视频采集单元由一个或多个视频采集设备组成，用于获取生命体的视频信息，并将所获得的视频信息传递给脉搏波提取单元；
[0006]所述的脉搏波提取单元用于对视频采集单元所传递的视频信息进行分析，基于视频内的脉搏信息点提取出视频中所包含的脉搏波数据，再将所提取的每一条脉搏波数据及其所对应的视频采集设备和脉搏信息点在视频图像中的位置传递给位置计算单元，所述的脉搏信息点是指视频中的生命体身体上能够提取出脉搏波信息的部位；
[0007]所述的位置计算单元用于对脉搏波提取单元所传递的来自于各个视频采集设备的所有脉搏波数据进行比对和归一化处理，再根据这些脉搏波数据所对应的脉搏信息点在视频图像中的位置，综合视频采集设备的拍摄参数和在室外的位置，计算出该生命体的位置；
[0008]所述的行动模拟单元用于根据位置计算单元所计算出的该生命体在不同时间点上的位置，拟合该生命体的行动轨迹，以及对该生命体的行动趋势进行预测。
[0009]其中，所述的视频采集单元与脉搏波提取单元之间、脉搏波提取单元与位置计算单元之间、位置计算单元与行动模拟单元之间可部分或全部通过有线或无线方式进行连接，以保证数据的有效传输。可以根据实际需要，全部采用有线方式连接，全部采用无线方式连接，或部分采用有线方式连接、部分采用无线方式连接。
[0010]所述的视频采集设备为一个或多个。当布置的视频采集单元只有一个时，要求事先获知待定位目标和所布置的视频采集单元间的垂直高度；当布置的视频采集单元有两个或以上时，要求保证待定位目标在室外的每个可能的位置都在两台或两台以上视频采集设备的采集范围内，以保证后续计算可以进行。同时，也可以通过布置更广范围、更多数量的视频采集设备以提高室外定位的精确度。所述的视频采集设备选自摄像机、照相机、网络摄像头的任意一种或多种。
[0011]所述的脉搏波提取单元为一台具有视频图像处理和信息分析能力的终端。作为优选，所述的脉搏波提取单元可以是一台移动智能终端。脉搏波提取单元基于视频提取脉搏波数据的方法可参照已授权专利《一种非约束目标的非接触式脉搏波采集系统及采集方法》(201310082729.3)。
[0012]所述的位置计算单元和行动模拟单元为至少一台具有数据处理能力的终端。即，所述的位置计算单元和行动模拟单元可以是同一台具有数据处理能力的终端，也可以是多台相连接的具有数据处理能力的终端。作为优选，所述的位置计算单元和行动模拟单元为一台移动智能终端。
[0013]作为优选，所述的脉搏波提取单元、位置计算单元、行动模拟单元中的任意两者及以上均可以集成在同一台具有视频图像处理、信息分析和数据处理能力的终端上。更优选的，所述的脉搏波提取单元、位置计算单元、行动模拟单元中的任意两者及以上均可以集成在同一台移动智能终端上。
[0014]特别地，所述的基于视频采集的多目标室外定位系统可以和具备卫星定位系统功能的移动设备和/或各类实名制证件相结合，以实现被定位目标的身份识别。所述的卫星定位系统包括但不限于全球定位系统(GPS)、北斗卫星导航系统(BDS)。所述的各类实名制证件包括但不限于身份证、银行卡、公交卡。即，当位置计算单元计算出目标的位置，本系统既可以和通过卫星定位系统对该位置具备卫星定位功能的移动设备进行搜索，将所定位的目标和该移动设备相匹配，根据该移动设备的物主信息得知所定位目标的身份；也可以通过检测该位置所能检测到的各类实名制证件信息，如该位置银行ATM此刻所处理的银行卡信息，再如该位置公共交通设施此刻所处理的交通卡信息，获知锁定为目标的身份。
[0015]本发明还提供一种基于视频采集的多目标室外定位方法，所述的定位为三维空间定位，所述的多目标为一个或一个以上的具有脉搏的生命体，该方法包括以下4个步骤:
[0016](I)场景布置:在所需进行多目标室外定位的场所布置视频采集设备作为本系统的视频采集单元，所布置的视频采集设备的数量为一个或多个，当布置的视频采集设备为一个时，要求事先获知待定位目标和所布置的视频采集设备间的垂直高度，且保证待定位目标在室外的每个可能的位置都在该视频采集设备的采集范围内；当布置的视频采集设备为两个或两个以上时，要求保证待定位目标在室外的每个可能的位置都在两台或两台以上视频采集设备的采集范围内；将各个视频采集设备的拍摄参数和在室外的精确位置记录在位置计算单元内；
[0017](2)视频采集:当目标进入所需进行多目标室外定位的场所后，视频采集单元获取生命体的视频信息，并将所获得的视频信息传递给脉搏波提取单元；
[0018](3)脉搏波提取:脉搏波提取单元对步骤(2)中对各个视频采集单元所传递的视频信息进行分析，基于视频内的脉搏信息点提取出视频中所包含的脉搏波数据，再将所提取的每一条脉搏波数据及其所对应的视频采集设备和脉搏信息点在视频图像中的位置传递给位置计算单元，所述的脉搏信息点是指视频中的生命体身体上能够提取出脉搏波信息的部位；
[0019](4)位置计算:位置计算单元对(3)中脉搏波提取单元所传递的来自于各个视频采集设备的所有脉搏波数据进行比对和归一化处理，再根据这些脉搏波数据所对应的脉搏信息点在视频图像中的位置，综合视频采集设备的拍摄参数和在室外的位置，计算出该生命体的位置；
[0020](5)行动模拟:行动模拟单元根据位置计算单元所计算出的该生命体在不同时间点上的位置，拟合该生命体的行动轨迹，以及对该生命体的行动趋势进行预测。
[0021]所述的步骤(I)中，布置视频采集设备时应根据室外环境的具体情况，尽量使得所布置的视频采集设备的采集范围覆盖所定位目标在室外可能的各个位置，以保证室外定位的效果。同时，也可以通过布置更广范围、更多数量的视频采集设备以提高室外定位的精确度。所述的将各个视频采集设备的拍摄参数和在室外的位置记录在位置计算单元内的格式可以为“设备编号-设备拍摄参数-设备位置(X，y, Z) ”。由于后续位置计算时仅需各个视频采集设备之间的相对位置，所以在这一步骤中，记录视频采集设备位置时所选取的参照系是任意的。
[0022]所述的步骤(3)脉搏波提取，基于视频提取脉搏波数据的方法可参照已授权专利《一种非约束目标的非接触式脉搏波采集系统及采集方法》(201310082729.3)。