基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法及装置。本发明中，根据获取的摄像头的工作参数以及预设的摄像头的名义中心点计算策略，得到摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信息；根据获取的地理信息以及得到的地理信息，将名义中心点绘制在地图中；按照拓扑区域阈值对绘制的名义中心点进行拓扑区域划分；获取源摄像头的名义中心点对应的每一拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点；计算每一拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点与源摄像头的名义中心点的距离，选取距离最短对应的目标摄像头的名义中心点，标记为源摄像头的名义中心点在该拓扑区域范围内的拓扑点。应用本发明，可以降低图像匹配处理所需的时间、提高跟踪效率。
【专利说明】基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及视频监控应用技术，尤其涉及一种基于地理信息系统(GIS，Geographic Information System)的摄像头拓扑构建方法及装置。
【背景技术】
[0002]视频监控系统是广泛应用于各行各业的安全防范系统的重要组成部分，也是智能交通系统以及监控系统的重要组成部分。而计算机、网络传输技术以及图像处理技术的飞速发展，为视频监控系统的智能控制提供了可能。
[0003]摄像头是视频监控系统的重要组成元件，布置在各道路交通路口，采用视频检测技术，采集交通路口的图像，并将采集的图像传输至控制中心进行分析、处理。
[0004]目前，布置在各道路交通路口的摄像头相互独立。这样，当需要对目标对象进行跟足示时，首先从控制中心存储的各摄像头米集的图像中，确定出目标对象，并进彳丁目标对象特征提取。然后，控制中心通过调取各路口摄像头采集的图像，根据提取的目标对象特征，对所有图像进行目标对象特征匹配，从而获取与提取的目标对象特征相匹配的图像。最后，对获取的图像按时间先后进行排序，并利用地理信息系统提供的地理信息，该地理信息为图象对应的摄像头所在交通路口的地理信息，得到目标对象的跟踪路径。
[0005]由上述可见，现有跟踪目标对象的方法，由于各摄像头的拓扑结构相互独立，摄像头之间不具有任何关联关系。因而，在确定跟踪的目标对象并提取目标对象特征后，需要从各摄像头采集的所有图像中进行遍历，以获取与提取的目标对象特征相匹配的图像，占用的资源多，进行图像匹配处理所需的时间长，使得跟踪效率不高。
【发明内容】
[0006]本发明的实施例提供一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法，降低图像匹配处理所需的时间、提高跟踪效率。
[0007]本发明的实施例还提供一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建装置，降低图像匹配处理所需的时间、提高跟踪效率。
[0008]为达到上述目的，本发明实施例提供的一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法，该方法包括:
[0009]获取每一个摄像头的工作参数，对于每一个摄像头，将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息；
[0010]获取每一个摄像头的地理信息，对于每一个摄像头，根据一个摄像头地理信息以及与该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息，将该一个摄像头的名义中心点绘制在预先设置的地图中；
[0011 ] 对于每一个摄像头的名义中心点，对绘制的地图中的一个摄像头的名义中心点按照预先设置的拓扑区域阈值进行拓扑区域划分，得到该一个摄像头的名义中心点对应的具有多个拓扑区域的拓扑区域图，其中，该一个摄像头的名义中心点作为一个源摄像头的名义中心点；以及
[0012]对于每一个源摄像头的名义中心点，
[0013]确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点；和
[0014]计算所述每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点与该一个源摄像头的名义中心点的距离，选取距离最短对应的目标摄像头的名义中心点作为该一个源摄像头的名义中心点在该拓扑区域图内的拓扑点。
[0015]其中，所述摄像头的名义中心点计算策略包括:重心计算策略、图形几何中心计算策略以及视频图像最清晰点的计算策略。
[0016]其中，所述摄像头的名义中心点计算策略为视频图像最清晰点的计算策略，所述将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息包括:
[0017]将获取的一个摄像头视频覆盖范围进行平面投影；
[0018]以该一个摄像头的平面投影为原点，构建以原点为中心的包含该一个摄像头的平面投影的该一个摄像头视频覆盖范围的扇形区域；
[0019]获取构建的扇形区域的夹角以及半径；
[0020]根据获取的夹角以及半径，获取夹角中位线上距原点四分之三半径距离处的点，计算该点与原点的相对地理信息，得到该一个摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信
肩、O
[0021]其中，所述拓扑区域阈值为8，所述每一源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域为九宫格区域，所述源摄像头的名义中心点位于九宫格中心位置。
[0022]其中，所述确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点包括:
[0023]设置拓扑区域步长半径，在拓扑区域步长半径包含的拓扑区域范围内查找目标摄像头的名义中心点，如果没有查找到，则将拓扑区域范围半径加宽设置的拓扑区域步长半径，在加宽的拓扑区域范围内进行查找，直至找到目标摄像头的名义中心点。
[0024]其中，所述方法进一步包括:
[0025]获取跟踪的目标对象所在的第一摄像头，调集第一摄像头采集的图像；
[0026]根据预先获取的目标对象特征匹配调集的图像，获取与目标对象特征相匹配的图像；
[0027]对获取的图像按时间先后进行排序，并利用图像中包含的地理信息，得到目标对象的移动轨迹；
[0028]查询第一摄像头对应的第一摄像头的名义中心点的拓扑点，找到得到的移动轨迹对应的拓扑点，调集拓扑点对应的第二摄像头采集的图像进行目标对象特征匹配。
[0029]其中，所述摄像头的工作参数包括:摄像头类型、摄像头镜头参数、摄像头方位角、摄像头视频覆盖范围夹角以及摄像头视频覆盖半径。
[0030]一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建装置，该装置包括:摄像头的名义中心点信息获取模块、绘制模块、拓扑区域划分模块、搜索模块以及拓扑点标记模块；[0031]摄像头的名义中心点信息获取模块，用于获取每一个摄像头的工作参数，对于每一个摄像头，将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息；
[0032]绘制模块，用于获取每一个摄像头的地理信息，对于每一个摄像头，根据一个摄像头地理信息以及与该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息，将该一个摄像头的名义中心点绘制在预先设置的地图中；
[0033]拓扑区域划分模块，用于对于每一个摄像头的名义中心点，对绘制的地图中的一个摄像头的名义中心点按照预先设置的拓扑区域阈值进行拓扑区域划分，得到该一个摄像头的名义中心点对应的具有多个拓扑区域的拓扑区域图，其中，该一个摄像头的名义中心点作为一个源摄像头的名义中心点；
[0034]搜索模块，用于对于每一个源摄像头的名义中心点，确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点；
[0035]拓扑点标记模块，用于计算所述每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点与该一个源摄像头的名义中心点的距离，选取距离最短对应的目标摄像头的名义中心点作为该一个源摄像头的名义中心点在该拓扑区域图内的拓扑点。
[0036]较佳地，所述摄像头的名义中心点信息获取模块包括:投影单元、扇形区域构建单元、扇形区域参数获取单元以及摄像头的名义中心点信息获取单元；
[0037]投影单元，用于将获取的一个摄像头视频覆盖范围进行平面投影；
[0038]扇形区域构建单元，用于以该一个摄像头的平面投影为原点，构建以原点为中心的包含该一个摄像头的平面投影的该一个摄像头视频覆盖范围的扇形区域；
[0039]扇形区域参数获取单元，用于获取构建的扇形区域的夹角以及半径；
[0040]摄像头的名义中心点信息获取单元，用于根据获取的夹角以及半径，获取夹角中位线上距原点四分之三半径距离处的点，计算该点与原点的相对地理信息，得到该一个摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信息。
[0041]较佳地，进一步包括:
[0042]目标对象获取模块，用于获取跟踪的目标对象所在的第一摄像头，调集第一摄像头采集的图像；
[0043]第一匹配模块，用于根据预先获取的目标对象特征匹配调集的图像，获取与目标对象特征相匹配的图像；
[0044]移动轨迹获取模块，用于对获取的图像按时间先后进行排序，并利用图像中包含的地理信息，得到目标对象的移动轨迹；
[0045]第二匹配模块，用于查询第一摄像头对应的第一摄像头的名义中心点的拓扑点，找到得到的移动轨迹对应的拓扑点，调集拓扑点对应的第二摄像头采集的图像进行目标对象特征匹配。
[0046]由上述技术方案可见，本发明实施例提供的一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法及装置，将通过地理信息系统获取的摄像头的名义中心点地理信息应用于地图，并以在地图上标定的摄像头的名义中心点以及摄像头的名义中心点拓扑区域为基础数据，按照地理位置关系，构建各摄像头的拓扑结构关系，从而基于构建的基于地理信息系统的摄像头拓扑结构进行目标对象跟踪，可避免从各摄像头采集的所有图像中进行遍历获取目标对象特征匹配的图像，降低了图像匹配处理所需的时间，提高了跟踪效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。
[0048]图1为本发明实施例基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法流程示意图。
[0049]图2为本发明实施例基于地理信息系统的摄像头拓扑构建装置结构示意图。
【具体实施方式】
[0050]以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0051]现有摄像头之间的拓扑结构相互独立，摄像头之间不具有关联关系，因而，在对目标对象进行跟踪时，需要从各摄像头采集的所有图像中进行遍历，从而从采集的所有图像中，获取与提取的目标对象特征相匹配的图像，并根据匹配的图像进行跟踪路径计算，使得进行图像匹配处理所需的时间长，跟踪效率不高，且跟踪成功率较低。
[0052]目标对象在摄像头覆盖范围内移动时，可认为目标对象以摄像头为中心移动，相对于摄像头，具有一定的方位。因而，通过分析目标对象在摄像头覆盖范围内的移动轨迹，可以预测目标对象在移动出摄像头覆盖范围的移动轨迹，如果能找到沿移动轨迹方向与该摄像头距离最近的另一摄像头，通过对另一摄像头拍摄的图像进行目标对象特征匹配，获取目标对象的移动轨迹的概率大，可以有效降低所需匹配的图像量。
[0053]本发明实施例中，将通过地理信息系统获取的摄像头二维地理信息应用于二维地图，并以在二维地图上标定的摄像头以及摄像头覆盖范围为基础数据，按照地理位置关系，构建各摄像头的拓扑结构关系，从而基于构建的基于地理信息系统的摄像头拓扑结构进行目标对象跟踪，可应用于视频监控系统中对目标对象的跟踪，降低跟踪难度、提高跟踪成功率。
[0054]图1为本发明实施例基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法流程示意图。参见图1，该流程包括:
[0055]步骤101，获取每一个摄像头的工作参数，对于每一个摄像头，将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息；
[0056]本步骤中，每一摄像头对应有唯一的摄像头标识。
[0057]摄像头的工作参数包括:摄像头类型、摄像头镜头参数、摄像头方位角、摄像头视频覆盖范围夹角以及摄像头视频覆盖半径等。
[0058]实际应用中，由于各摄像头的工作参数并不相同，例如，有的摄像头可进行270度范围覆盖，有的摄像头只能进行120度范围覆盖，有的摄像头方位角(摄像头光轴与水平面夹角)大，有的摄像头方位角小。因而，能够进行图像拍摄的视频覆盖范围也不同。
[0059]摄像头的名义中心点计算策略可以是重心计算策略，也可以是图形几何中心计算策略，还可以是视频图像最清晰点的计算策略等，其中，视频图像最清晰点为摄像头视频区域中最清楚区域的中心点。本发明实施例中，考虑到后续进行图像匹配的需要，在以视频图像最清晰点为摄像头中心点后，各图像的差异性最小，能够提高图像匹配的精度，采用视频图像最清晰点的计算策略。
[0060]将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息包括:
[0061]将获取的一个摄像头视频覆盖范围进行平面投影；
[0062]以该一个摄像头的平面投影为原点，构建以原点为中心的包含该一个摄像头的平面投影的该一个摄像头视频覆盖范围的扇形区域；
[0063]本步骤中，每个摄像头的视频覆盖范围，可近视为扇形区域，并可将扇形区域映射为一个点，该点为扇形区域的中心点(非扇形的半径中心)，即后续的摄像头的名义中心点。基于平面投影的摄像头视频覆盖范围构建扇形区域为公知技术，在此不再赘述。
[0064]获取构建的扇形区域的夹角以及半径；
[0065]根据获取的夹角以及半径，获取夹角中位线上距原点四分之三半径距离处的点，计算该点与原点的相对地理信息，得到该一个摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信
肩、O
[0066]本步骤中，名义中心点相对摄像头的地理信息为平面上相对原点的坐标信息。
[0067]本发明实施例中，根据获取的摄像头的工作参数以及预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信息的程序代码段如下:
[0068]
【权利要求】
1.一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建方法，该方法包括: 获取每一个摄像头的工作参数，对于每一个摄像头，将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息； 获取每一个摄像头的地理信息，对于每一个摄像头，根据一个摄像头地理信息以及与该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息，将该一个摄像头的名义中心点绘制在预先设置的地图中； 对于每一个摄像头的名义中心点，对绘制的地图中的一个摄像头的名义中心点按照预先设置的拓扑区域阈值进行拓扑区域划分，得到该一个摄像头的名义中心点对应的具有多个拓扑区域的拓扑区域图，其中，该一个摄像头的名义中心点作为一个源摄像头的名义中心点；以及 对于每一个源摄像头的名义中心点， 确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名乂中心点；和 计算所述每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点与该一个源摄像头的名义中心点的距离，选取距离最短对应的目标摄像头的名义中心点作为该一个源摄像头的名义中心点在该拓扑区域图内的拓扑点。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述摄像头的名义中心点计算策略包括:重心计算策略、图形几何中心计算策略以及视频图像最清晰点的计算策略。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述摄像头的名义中心点计算策略为视频图像最清晰点的计算策略，所述将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略,得到该一个`摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息包括: 将获取的一个摄像头视频覆盖范围进行平面投影； 以该一个摄像头的平面投影为原点，构建以原点为中心的包含该一个摄像头的平面投影的该一个摄像头视频覆盖范围的扇形区域； 获取构建的扇形区域的夹角以及半径； 根据获取的夹角以及半径，获取夹角中位线上距原点四分之三半径距离处的点，计算该点与原点的相对地理信息，得到该一个摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述拓扑区域阈值为8，所述每一源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域为九宫格区域，所述源摄像头的名义中心点位于九宫格中心位置。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点包括: 设置拓扑区域步长半径，在拓扑区域步长半径包含的拓扑区域范围内查找目标摄像头的名义中心点，如果没有查找到，则将拓扑区域范围半径加宽设置的拓扑区域步长半径，在加宽的拓扑区域范围内进行查找，直至找到目标摄像头的名义中心点。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其中，所述方法进一步包括: 获取跟踪的目标对象所在的第一摄像头，调集第一摄像头采集的图像； 根据预先获取的目标对象特征匹配调集的图像，获取与目标对象特征相匹配的图像；对获取的图像按时间先后进行排序，并利用图像中包含的地理信息，得到目标对象的移动轨迹； 查询第一摄像头对应的第一摄像头的名义中心点的拓扑点，找到得到的移动轨迹对应的拓扑点，调集拓扑点对应的第二摄像头采集的图像进行目标对象特征匹配。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述摄像头的工作参数包括:摄像头类型、摄像头镜头参数、摄像头方位角、摄像头视频覆盖范围夹角以及摄像头视频覆盖半径。
8.一种基于地理信息系统的摄像头拓扑构建装置，其特征在于，该装置包括:摄像头的名义中心点信息获取模块、绘制模块、拓扑区域划分模块、搜索模块以及拓扑点标记模块； 摄像头的名义中心点信息获取模块，用于获取每一个摄像头的工作参数，对于每一个摄像头，将获取的一个摄像头的工作参数应用于预先设置的摄像头的名义中心点计算策略，得到该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息； 绘制模块，用于获取每一个摄像头的地理信息，对于每一个摄像头，根据一个摄像头地理信息以及与该一个摄像头的名义中心点相对该一个摄像头的地理信息，将该一个摄像头的名义中心点绘制在预先设置的地图中； 拓扑区域划分模块，用于对于每一个摄像头的名义中心点，对绘制的地图中的一个摄像头的名义中心点按照预先设置的拓扑区域阈值进行拓扑区域划分，得到该一个摄像头的名义中心点对应的具有多个拓扑区域的拓扑区域图，其中，该一个摄像头的名义中心点作为一个源摄像头的名义中心点； 搜索模块，用于对于每一个源摄像头的名义中心点，确定一个源摄像头的名义中心点对应的拓扑区域图中的每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点； 拓扑点标记模块，用于计算所述每一个拓扑区域范围内的目标摄像头的名义中心点与该一个源摄像头的名义中心点的距离，选取距离最短对应的目标摄像头的名义中心点作为该一个源摄像头的名义中心点在该拓扑区域图内的拓扑点。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述摄像头的名义中心点信息获取模块包括:投影单元、扇形区域构建单元、扇形区域参数获取单元以及摄像头的名义中心点信息获取单元； 投影单元，用于将获取的一个摄像头视频覆盖范围进行平面投影； 扇形区域构建单元，用于以该一个摄像头的平面投影为原点，构建以原点为中心的包含该一个摄像头的平面投影的该一个摄像头视频覆盖范围的扇形区域； 扇形区域参数获取单元，用于获取构建的扇形区域的夹角以及半径； 摄像头的名义中心点信息获取单元，用于根据获取的夹角以及半径，获取夹角中位线上距原点四分之三半径距离处的点，计算该点与原点的相对地理信息，得到该一个摄像头的名义中心点相对摄像头的地理信息。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，进一步包括: 目标对象获取模块，用于获取跟踪的目标对象所在的第一摄像头，调集第一摄像头采集的图像； 第一匹配模块，用于根据预先获取的目标对象特征匹配调集的图像，获取与目标对象特征相匹配的图像；移动轨迹获取模块，用于对获取的图像按时间先后进行排序，并利用图像中包含的地理信息，得到目标对象的移动轨迹； 第二匹配模块，用于查询第一摄像头对应的第一摄像头的名义中心点的拓扑点，找到得到的移动轨迹对应的拓扑点 ，调集拓扑点对应的第二摄像头采集的图像进行目标对象特征匹配。
【文档编号】H04N7/18GK103632044SQ201310582933
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月19日 优先权日:2013年11月19日
【发明者】王旭亮, 高琦, 谢晓丹, 贾雨生 申请人:北京环境特性研究所