枪机图像目标标定方法及其系统的制作方法
【专利摘要】一种枪机图像目标标定方法及其系统，属于视频监控【技术领域】，包括以下步骤：确定枪机图像的消隐线；选择枪机图像的基准线；计算基准线的实际单位长度对应的像素数；选择枪机图像中的目标第一脚点；计算第一脚点所在直线单位长度对应的像素数；计算目标实际宽度在枪机图像中对应的像素数；计算第一头点在枪机图像中的像素坐标；计算目标实际高度在枪机图像中对应的像素数。解决了现有技术仅通过运动检测来提取目标的方法存在误将虚警当作目标来跟踪的技术问题。可以快速标定出不同位置的目标在枪机图像中应占的像素数，以去除高和宽尺寸明显不符合所要跟踪的目标的虚警，降低目标跟踪的错误率。
【专利说明】枪机图像目标标定方法及其系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频监控【技术领域】。具体地说，涉及一种枪机图像目标标定方法及其 系统。
【背景技术】
[0002] 视频监控的基本功能是对用户关心的重点监控区域提供实时监控，并对监控的视 频图像进行存储，以便事后回放。由于近年来公共安全防范的迫切需求，视频监控被广泛的 应用于监狱、公路、车站、银行、机场和住宅小区等各种对治安要求较高的场所，发挥着重要 的作用。随机计算机科学技术的快速发展，视频监控行业也趁着这股东风不断发展，其相关 技术正日益成为计算机视觉领域的研究热点，枪球联动系统由于既实现了覆盖大面积的监 控区域，又能准确关注目标的细节特写的突出优点正在被广泛使用。在枪球联动系统中，需 要对枪机图像中的目标进行检测，只有准确地检测出目标，才能控制球机准确地跟踪放大。 仅通过运动检测来提取运动目标的方法，已经满足不了某些对监控要求较高的场景。由于 目标所处场景的复杂性，目标本身发生的姿态变化、目标被遮挡，以及枪机视频受天气、光 照、阴影等自然条件的影响，降低了多目标跟踪的准确性。在枪机图像中，当目标距离成像 系统较近时，目标在图像中占据的像素数较多；相反的，当目标距离成像系统较远时，目标 的像只占据数量较小的像素。若目标在枪机图像不同位置的大小已知，那么不仅可以准确 地跟踪目标，而且可以有效减少处理器的计算量、去除虚警的干扰。因此，如何较为准确的 标定出枪机图像中不同位置的目标大小是现有技术中亟待解决的技术问题。
【发明内容】
[0003] 为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术仅通过运动检测来提取目标的方 法存在误将虚警当作目标来跟踪，降低了多目标跟踪的准确性，从而提出一种可以快速标 定出不同位置的目标在枪机图像中应占的像素数的枪机图像目标标定方法，以去除高和宽 尺寸明显不符合所要跟踪的目标的虚警，降低目标跟踪的错误率。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
[0005] -种枪机图像目标标定方法，包括以下步骤：
[0006] 确定枪机图像的消隐线，消隐线是平面上的无穷远直线在枪机图像中的投影；
[0007] 选择枪机图像中与消隐线平行的一条直线作为枪机图像的基准线，基准线在平面 上对应的实际线条与无穷远直线平行；
[0008] 计算枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数；
[0009] 选择目标的第一脚点，第一脚点是枪机图像中目标轮廓底部一侧的点，且第一脚 点所在的实际位置位于平面内；
[0010] 计算枪机图像中第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素 数；
[0011] 根据枪机图像中第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素 数，计算目标实际宽度在枪机图像中的像素数；
[0012] 计算第一脚点对应的第一头点在枪机图像中的像素坐标；
[0013] 根据第一脚点和第一头点在枪机图像中的像素坐标计算目标实际高度在枪机图 像中的像素数。
[0014] 作为优化，消隐线是指地面上的无穷远处地平线在枪机图像上的投影，消隐线与 枪机图像的底边平行。
[0015] 作为优化，确定枪机图像的消隐线的过程包括：
[0016] 计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵；
[0017] 根据转换矩阵，计算枪机图像中心点对应的球机物理坐标；
[0018] 控制球机转动至枪机图像中心点对应的球机物理坐标，再保持球机云台水平位置 不变，将球机云台垂直位置移动至水平，此时球机光轴射出去的射线与地面平行，获取此时 的球机物理坐标，根据转换矩阵的逆矩阵，计算对应的枪机图像的点的坐标，该点即为枪机 图像的消隐点，消隐点所在的与枪机图像底边平行的直线为枪机图像的消隐线。
[0019] 作为优化，计算枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数的过程包括：
[0020] 计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵；
[0021] 根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算基准线上一点A对应的球机 物理坐标P a ;
[0022] 选取基准线上距离点A若干个像素外的点B，根据枪机图像坐标到球机物理坐标 的转换矩阵计算对应的球机物理坐标P b ;
[0023] 根据球机物理坐标Pa、球机物理坐#PB以及球机的安装高度，计算基准线上点A到 点B的实际距离L ab ;
[0024] 计算得到枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数，基准线单位实际长度对 应的像素数是基准线上点A到点B之间的像素数除以实际距离L ab得到的值。
[0025] 作为优化，计算枪机图像中第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对 应的像素数的过程包括：
[0026] 计算第一脚点所在的直线与枪机图像的消隐线之间的距离；
[0027] 根据枪机图像的基准线与消隐线之间的距离以及第一脚点所在的直线与枪机图 像的消隐线之间的距离，计算第一脚点所在的直线单位实际长度对应的像素数。
[0028] 作为优化，计算出第一脚点对应的第一头点在枪机图像中的像素坐标的过程包 括：
[0029] 建立世界坐标系；
[0030] 根据枪机图像坐标系中第一脚点的坐标、枪机图像坐标到世界坐标系的转换公 式，计算出第一脚点在世界坐标系中的坐标；
[0031] 根据第一脚点在世界坐标系中的坐标，得到第一头点在世界坐标系中的坐标；
[0032] 利用世界坐标到枪机图像坐标的转换公式，根据第一头点在世界坐标系中的坐 标，计算出第一头点在枪机图像坐标系中的坐标。
[0033] 作为优化，基准线为枪机图像中位于消隐线和底边之间距离消隐线四分之三处的 直线。
[0034] 一种枪机图像目标标定系统，包括：
[0035] 消隐线确定模块：用于确定枪机图像的消隐线；
[0036] 基准线选择模块：用于选择枪机图像中与消隐线平行的一条直线作为枪机图像的 基准线，基准线在平面上对应的实际线条与无穷远直线平行；
[0037] 基准线单位实际长度对应的像素数计算模块：用于计算枪机图像的基准线单位实 际长度对应的像素数；
[0038] 第一脚点选择模块：用于选择目标的第一脚点，第一脚点是枪机图像中目标轮廓 底部一侧的点，且第一脚点所在的实际位置位于平面内；
[0039] 第一脚点所在直线单位实际长度对应的像素数计算模块：用于计算枪机图像中第 一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数；
[0040] 目标实际宽度对应的像素数计算模块：用于计算目标实际宽度在枪机图像中的像 素数；
[0041] 第一头点的像素坐标计算模块：用于计算第一脚点对应的第一头点在枪机图像中 的像素坐标；
[0042]目标实际高度对应的像素数计算模块：用于根据第一脚点和第一头点在枪机图像 中的像素坐标求出目标实际高度在枪机图像中的像素数。
[0043] 作为优化，消隐线确定模块包括：
[0044] 第一转换矩阵计算单元：用于计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵；
[0045] 枪机图像中心点对应的球机物理坐标计算单元：用于根据转换矩阵计算枪机图像 中心点对应的球机物理坐标；
[0046] 消隐点获取单元：用于获取枪机图像的消隐点，即可确定枪机图像的消隐线。 [0047] 作为优化，基准线单位实际长度对应的像素数计算模块包括：
[0048] 第二转换矩阵计算单元：用于计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵；
[0049] 球机物理坐标Pa计算单元：用于根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计 算基准线上一点A对应的球机物理坐标Pa ;
[0050] 球机物理坐标Pb计算单元：用于根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计 算基准线上点A -侧若干个像素外的点B对应的球机物理坐标Pb ;
[0051] 实际距离Lab计算单元：用于根据球机物理坐标Pa、球机物理坐#P B以及球机的安 装高度，计算基准线上的点A到点B的实际距离Lab ;
[0052] 基准线单位实际长度对应的像素数计算单元：用于将基准线上的点A到点B之间 的像素数除以实际距离L ab得到基准线单位实际长度对应的像素数。
[0053] 作为优化，第一脚点所在直线单位实际长度对应的像素数计算模块包括：
[0054] 第一脚点与消隐线的距离计算单元：用于计算第一脚点所在的直线与枪机图像的 消隐线之间的距离；
[0055] 第一脚点所在的直线单位实际长度对应的像素数计算单元：用于根据枪机图像的 基准线与消隐线之间的距离以及第一脚点所在的直线与枪机图像的消隐线之间的距离，计 算第一脚点所在的直线单位实际长度对应的像素数。
[0056] 作为优化，第一头点的像素坐标计算模块包括：
[0057] 世界坐标系建立单元：用于建立世界坐标系；
[0058] 第一脚点的世界坐标系坐标计算单元：用于根据枪机图像坐标系中第一脚点的坐 标、枪机图像坐标到世界坐标系的转换公式，计算出第一脚点在世界坐标系中的坐标；
[0059] 第一头点的世界坐标系坐标计算单元：用于根据第一脚点在世界坐标系中的坐 标，得到第一头点在世界坐标系中的坐标；
[0060] 第一头点在枪机图像坐标系中的像素坐标计算单元：用于利用世界坐标到枪机图 像坐标的转换公式，根据第一头点在世界坐标系中的坐标，计算出第一头点在枪机图像坐 标系中的像素坐标。
[0061] 本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
[0062] 本发明提供的枪机图像目标标定方法及其系统，根据枪机图像中的目标第一脚点 计算目标第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数，来确定目标的 实际宽度在枪机图像中应占的像素数，然后根据世界坐标系与枪机图像坐标系的相互转换 公式，计算第一头点在枪机图像坐标系中的像素坐标，后计算目标的实际高度在枪机图像 中应该占的像素数。由此，可以将那些实际高度和宽度明显不符合所要追踪目标尺寸的虚 警去除掉，不仅可以有效减少枪球联动系统的计算量，而且使其能更准确地追踪目标。
[0063] 本发明提供的枪机图像目标标定方法及其系统，还可以应用于目标检测技术。例 如当目标为行人时，可以为行人检测提供枪机图像不同位置行人的像素大小，在基于模板 匹配的行人检测时，可以利用标定信息，采用大小合适的模板进行检测即可，减少了不必要 的模板与待检测图像块的匹配，降低了行人检测的运算量。
【专利附图】
【附图说明】
[0064] 图1是本发明一个实施例的一种枪机图像目标标定方法流程图；
[0065] 图2是本发明实施例2的一种枪机图像目标标定方法流程图；
[0066] 图3是本发明实施例3的一种枪机图像目标标定方法流程图；
[0067] 图4是本发明一个实施例的消隐线y = yv示意图；
[0068] 图5是本发明一个实施例的基准线AB示意图；
[0069] 图6是本发明一个实施例的计算点A和点B之间实际距离Lab的示意图；
[0070] 图7是本发明一个实施例的计算第一脚点所在直线单位实际长度对应像素数的 示意图；
[0071] 图8是本发明一个实施例的世界坐标系与摄像机坐标系的转换关系示意图；
[0072] 图9是根据本发明一个实施例进行目标标定的结果示意图；
[0073] 图10是本发明一个实施例的枪机图像目标标定系统的示意图。
【具体实施方式】
[0074] 为了使本【技术领域】的人员更好地理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本 发明所提供的技术方案作进一步的详细描述。
[0075] 实施例1
[0076] 在进行枪机图像目标标定之前，先要对枪机图像进行畸变校正。因为广角摄像机 获取的图像会存在一定的畸变，从而导致平面上与光轴垂直的直线上，靠近光轴部分单位 实际长度在枪机图像中对应的像素数比远离光轴部分单位长度对应的像素数多一点。进行 畸变校正后，平面上与光轴垂直的直线上单位实际长度对应的像素数是一定的。
[0077] 如图1所示，本实施例提供了一种枪机图像目标标定方法，包括以下步骤：
[0078] Sl :确定枪机图像的消隐线。消隐线是指平面上的无穷远直线在枪机图像上的投 影，平面可以是地面也可以是与地面成任意角度的平面。因枪机的角度原因，消隐线可能在 枪机图像中也可能在枪机图像外，由于消隐线是一条直线，因此求出一个消隐点的坐标即 可得到枪机图像的消隐线，在单目视觉系统中，通常利用直线的聚类和分析方法，实现对图 像中消隐点的位置计算。在对枪球联动监控系统中的枪机图像进行目标标定时，可利用球 机配合枪机来获取枪机图像的消隐点。
[0079] S2 :选择枪机图像的基准线，即选择枪机图像中与消隐线平行的一条直线作为枪 机图像的基准线。基准线在平面上对应的实际线条与无穷远直线平行，即基准线对应的实 际直线在平面内且与消隐线在平面内所对应的无穷远直线平行。此时，基准线在平面内的 实际长度与其在枪机图像中的像素数成正比关系。
[0080] S3 :计算基准线单位实际长度对应的像素数。在枪球联动监控系统中标定枪机图 像目标时可采用以下方法计算：第一步，计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵； 第二步，根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算基准线上一点A对应的球机物 理坐标P a ;第三步，选取基准线上点A -侧若干个像素外的点B，根据枪机图像坐标到球机 物理坐标的转换矩阵计算出对应的球机物理坐标Pb ;第四步，根据球机物理坐标Pa、球机物 理坐标Pb以及球机的安装高度，即球机距离平面的高度，计算基准线上点A到点B的实际距 离L ab ;第五步，计算得到枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数，基准线单位实际 长度对应的像素数是基准线上点A到点B之间的像素数除以实际距离L ab得到的值。优选 地，点A取枪机图像基准线的中点，点B取基准线上距离点A三分之一枪机图像宽外的点。
[0081] S4 :选择枪机图像中目标的第一脚点。第一脚点是枪机图像中目标轮廓底部一侧 的点，且第一脚点所在的实际位置位于平面内，此时平面内第一脚点所在的与无穷远直线 平行的直线的实际长度与其在枪机图像中所占像素数是正比关系，且在枪机图像中当第一 脚点与消隐线的距离、消隐线与基准线的距离以及基准线单位实际长度对应的像素数已知 时，可以利用三角形相似原理，计算第一脚点所在的与无穷远直线平行的直线的单位实际 长度对应的像素数。第一脚点一般应选取其所在的与基准线平行的直线上目标所占的像素 数尽量多的那一点，但是仍要保证第一脚点所对应的实际点在平面内。
[0082] S5 :计算第一脚点所在直线单位长度对应的像素数，即计算枪机图像中第一脚点 所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数。具体步骤为：首先，计算第一脚 点所在的直线与枪机图像的消隐线之间的距离；然后，根据枪机图像的基准线与消隐线之 间的距离以及第一脚点所在的直线与枪机图像的消隐线之间的距离，计算第一脚点所在的 直线单位实际长度对应的像素数。因为平面内第一脚点所在的实际直线与基准线所在的实 际直线平行，因此在它们上面分别取单位实际长度的线段AE、CF，分别将线段AE、CF左边的 点A、C连接起来、右边的点E、F连接起来，直线AC与EF平行，会在无穷远处相交，因此在枪 机图像中，AC、EF相交于消隐线上的点V'。因第一脚点在枪机图像中的位置已知，因此可 以计算出其与基准线的距离。而基准线单位实际长度对应的像素数已经在步骤S3中计算 出。因此可以根据三角形相似原理计算出枪机图像中第一脚点所在的与基准线平行的直线 单位实际长度对应的像素数。
[0083] S6 :计算目标实际宽度在枪机图像中对应的像素数。已经计算出枪机图像中第一 脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数，就可以将目标的实际宽度乘 以第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数，来计算出目标宽度在 枪机图像中的像素数。
[0084] S7 :计算第一头点在枪机图像中的像素坐标，即计算出第一脚点对应的第一头点 在枪机图像中的像素坐标。在平面与地面的夹角已知的前提下，可以根据枪机图像坐标系 与世界坐标系的转换公式计算出第一脚点在世界坐标系中的坐标，然后根据目标的实际高 度计算出与第一脚点对应的目标第一头点在世界坐标系中的坐标，再利用世界坐标系与枪 机图像坐标系的转换公式计算第一头点在枪机图像坐标系中的像素坐标。
[0085] S8:计算目标实际高度在枪机图像中对应的像素数，即根据第一脚点和第一头点 在枪机图像中的像素坐标求出目标实际高度在枪机图像中的像素数。将第一脚点在枪机图 像中的纵坐标减去第一头点的纵坐标即可得出目标高度在枪机图像中对应的像素数。
[0086] 本实施例的用途为：当所要追踪的目标为人或其他目标时，可以快速标定出枪机 图像不同位置目标的宽高，并将长和宽度尺寸明显不符合所要追踪的目标的虚警去除掉， 不仅省去了对虚警的计算处理过程、减小了系统的信息处理工作量，还可以有效去除虚警 对目标检测的干扰、减少目标检测的错误率。假如所要追踪的目标为人，可以在配合使用的 处理器中设定人的宽度范围以及高度范围，这个设定的范围应当包含所有人的尺寸以及人 处于不同角度时其宽和高的尺寸，计算该宽和高的尺寸范围在枪机图像中应占的像素数， 当其实际所占的像素数与应占的像素数差值超过一定阈值时，包括当其实际所占的像素数 大于人的最大高度和宽度应占的像素数、以及当其实际所占的像素数小于人的最小高度和 宽度应占的像素数，则可判断其不是所要追踪的目标，而是虚警，从而不对其进行追踪。可 以利用该方法去除被风吹动的纸片或树叶等尺寸过小的虚警，也可以去除汽车等尺寸过大 的虚警。
[0087] 本实施例提供的枪机图像目标标定方法，还可以应用于目标检测技术。
[0088] 例如当目标为行人时，可以为行人检测提供枪机图像不同位置行人的像素大小， 在基于模板匹配的行人检测时，可以利用标定信息，采用大小合适的模板进行检测即可，减 少了不必要的模板与待检测图像块的匹配，降低了行人检测的运算量。
[0089] 实施例2
[0090] 如图2所示，本实施例提供了一种枪机图像目标标定的方法，包括如下步骤： [0091] 本实施例仅适用于枪机监控对象为地面上的目标时。且在进行枪机图像目标标定 之前，需要对枪机图像进行畸变校正。
[0092] 步骤S21 :确定枪机图像的消隐线。当枪机的监控对象为地面上的目标时，消隐线 即是地面上无穷远处的地平线在枪机图像中的投影，为方便后续计算，此处设定枪机的成 像结构底边与地面平行，此时，消隐线与枪机图像的底边平行。枪机图像上面显示的目标 位置距离距枪机的位置远、下面显示的目标实际位置距离枪机位置近。由于利用直线的聚 类和分析方法来计算枪机图像的消隐点的方法依赖于直线检测的结果和统计分析的结果， 并且计算量大。当本实施例应用于枪球联动监控系统时，可利用球机配合枪机来确定枪机 图像的消隐线，具体过程为：第一步，计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵；第二 步，根据该转换矩阵计算枪机图像中心点对应的球机物理坐标；第三步，控制球机转动至枪 机图像中心点对应的球机物理坐标，再保持球机云台水平位置不变，将球机云台垂直位置 移动至水平，此时球机光轴射出去的射线与地面平行，获取此时的球机物理坐标，根据转换 矩阵的逆矩阵，计算对应的枪机图像的点的坐标，该点即为枪机图像的消隐点，消隐点所在 的与枪机图像底边平行的直线为枪机图像的消隐线。枪机图像坐标到球机物理坐标的转换 矩阵的现有计算方法有很多种，本实施例可采用以下方法：首先枪机控制球机在IX倍率下 按照一定步幅自动扫描整个球机覆盖空间；在扫描过程中，当球机画面和枪机画面达到最 佳匹配时，即可计算出枪机图像坐标系到球机物理坐标系转换矩阵的粗略值H' ；接着控制 球机倍率放大至2X，计算出球机光心在球机图像的像素坐标；在枪机图像中取K个（K 一般 取9或16)特征点，利用枪机控制球机，使球机图像光心像素坐标与枪机中的特征点匹配， 得到了 K个点对，最后通过这K个点对，对H'进行修正，得到较为精确的转换矩阵H。
[0093] 步骤S22 :选择枪机图像中与消隐线平行的一条直线作为枪机图像的基准线。基 准线在地面上对应的实际线条与无穷远处地平线平行，优选地，选取枪机图像中位于消隐 线和底边之间距离消隐线四分之三处的直线为消隐线。
[0094] 步骤S23 :计算枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数。当本实施例应用 于枪球联动监控系统，可利用球机配合枪机来计算枪机图像的基准线单位实际长度对应的 像素数，具体过程为：首先，根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算基准线上一 点A对应的球机物理坐标P a ;然后，选取基准线上点A -侧若干个像素外的点B，根据枪机 图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算出对应的球机物理坐标Pb ;再根据球机物理坐标 Pa、球机物理坐标Pb以及球机的安装高度，即球机距离地面的高度，计算基准线上点A到点 B的实际距离Lab ;最后，计算得到枪机图像的基准线单位实际长度对应的像素数，基准线单 位实际长度对应的像素数是基准线上点A到点B之间的像素数除以实际距离L ab得到的值。 优选地，点A取枪机图像基准线的中点，点B取基准线上距离点A三分之一枪机图像宽外的 点。
[0095] 步骤S24 :选择目标的第一脚点，第一脚点是枪机图像中目标轮廓底部一侧的点， 且第一脚点所在的实际位置位于地面上。
[0096] 步骤S25 :计算枪机图像中第一脚点所在的与基准线平行的直线单位实际长度对 应的像素数。
[0097] 步骤S26 :计算目标实际宽度在枪机图像中的像素数。
[0098] 步骤S27 :计算出第一脚点对应的第一头点在枪机图像中的像素坐标。具体步骤 为：因为第一脚点在枪机图像中的像素坐标是已知的，因此可直接根据枪机图像坐标系与 世界坐标系的转换公式计算出第一脚点在世界坐标系中的坐标，然后根据目标的实际高度 计算出与第一脚点对应的目标第一头点在世界坐标系中的坐标，再利用世界坐标系与枪机 图像坐标系的转换公式计算第一头点在枪机图像坐标系中的像素坐标。
[0099] 步骤S28 :根据第一脚点和第一头点在枪机图像中的像素坐标求出目标实际高度 在枪机图像中的像素数。
[0100] 实施例3
[0101] 如图3所示，本实施例提供了一种枪机图像目标标定方法，具体步骤如下所述。
[0102] 本实施例适用于枪球联动监控系统且枪球联动监控系统的监控对象为地面上的 目标时，此时枪机图像采集的也是位于地面上的目标的图像，消隐线是指地面上的无穷远 处地平线在枪机图像上的投影，为方便后续计算与说明，设定枪机的图像成像部件底边与 地面平行，此时消隐线与枪机图像的底边平行。枪机图像上面显示的目标实际所在位置距 枪机的所在位置远、下面显示的目标实际所在位置距离枪机所在位置近。
[0103] 枪机图像坐标系：以枪机图像左上角为原点0, X轴为沿着图像上边沿的直线，向 右为X轴正方向，y轴为沿着图像左侧边沿的直线，向下为y轴正方向。
[0104] 在开始枪机图像目标标定步骤前，需要确定或测量枪球联动监控装置的安装高度 h，单位为米，即枪机和球机距离地面的实际安装高度，也即OD的实际长度，可以通过尺子 进行测量，也可以通过楼层（立杆）的高度进行估算。还需要对枪机图像进行畸变校正。
[0105] 步骤S31 :计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵H。
[0106] 步骤S32 :根据转换矩阵H，计算枪机图像中心点M对应的球机物理坐标（PM，Tm)。
[0107] 步骤S33 :获取枪机图像的消隐线。控制球机转动至球机物理坐标（PM，Tm)，再保 持球机云台水平位置不变，将球机云台垂直位置移动至水平，此时球机光轴射出去的射线 与地面平行，根据消隐点原理，可知射线与地面在无穷远的交点即为消隐点，获取此时的球 机物理坐标（P M，〇)，根据转换矩阵的逆矩阵Γ1，计算对应的枪机图像的点V的坐标（xv，y v)， 该点即为枪机图像的消隐点，且该点所在的与枪机图像底边平行的直线y = yv，即为枪机图 像的消隐线。如图4所示，本实施例中设定枪机图像的消隐线在枪机图像内（即yv>0)， 实际应用中，消隐线也可能在枪机图像外（即y v < 〇)，但是不管消隐线是在枪机图像中还 是枪机图像外，对本方法的计算没有影响。
[0108] 步骤S34 :选取枪机图像的基准线。选择枪机图像中与消隐线平行的一条直线作 为枪机图像的基准线AB (y = yA)。优选枪机图像中位于消隐线和底边之间距离消隐线四分 之三处的直线作为枪机图像的基准线。假定枪机图像的高为h wa。，单位为像素，那么即是选 取y = yA = (hwa。-yv)*3/4+yv为枪机图像的基准线，如图5所示。
[0109] 步骤S35 :计算基准线上点A对应的球机物理坐标Pa。如图5所示，选取基准线中 点A，根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵H，计算出对应的球机物理坐标P a (P1, T1)。
[0110] 步骤S36 :计算基准线上点B对应的球机物理坐标Pb。如图5所示，选取基准线上 A点右侧η个像素外的点B，根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵H，计算出对应的 球机物理坐标Pb (P2, T2)，η -般取三分之一枪机图像宽的像素数。
[0111] 步骤S37 :计算点A到点B的实际距离Lab。根据球机物理坐标Pa(P1, T1)、球机物 理坐标Pb (P2, T2)以及球机的安装高度h，计算点A到点B的实际距离Lab，如图6所示，点A 至IJ点B的实际距离Lab计算过程如下：
[0112] 球机光心点0在地面的投影为D，为了一般化，假定BD小于AD，延长BD到C点，使 AD = CD，过B点作BE垂直AD于E，则有：
[0113] 在直角三角形ODC中，有：AD = CD = ODtanOi
[0114] 在直角三角形ODB中，有：BD = ODtanO2
[0115] 在直角三角形 BDE 中，有：BE = BDsin Θ，DE = BDcos Θ
[0116] 在直角三角形AEB中，根据勾股定理，有：
【权利要求】
1. 一种枪机图像目标标定方法，其特征在于包括以下步骤： 确定枪机图像的消隐线，所述消隐线是平面上的无穷远直线在枪机图像中的投影； 选择枪机图像中与所述消隐线平行的一条直线作为枪机图像的基准线，所述基准线在 所述平面上对应的实际线条与所述无穷远直线平行； 计算枪机图像的所述基准线单位实际长度对应的像素数； 选择目标的第一脚点，所述第一脚点是枪机图像中目标轮廓底部一侧的点，且所述第 一脚点所在的实际位置位于所述平面内； 计算枪机图像中所述第一脚点所在的与所述基准线平行的直线单位实际长度对应的 像素数； 根据枪机图像中所述第一脚点所在的与所述基准线平行的直线单位实际长度对应的 像素数，计算目标实际宽度在枪机图像中的像素数； 计算所述第一脚点对应的第一头点在枪机图像中的像素坐标； 根据所述第一脚点和所述第一头点在枪机图像中的像素坐标计算目标实际高度在枪 机图像中的像素数。
2. 如权利要求1所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述消隐线是指地面上 的无穷远处地平线在枪机图像上的投影，所述消隐线与枪机图像的底边平行。
3. 如权利要求1或2所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述确定枪机图像的 消隐线的过程包括： 计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵； 根据所述转换矩阵，计算枪机图像中心点对应的球机物理坐标； 控制球机转动至枪机图像中心点对应的所述球机物理坐标，再保持球机云台水平位置 不变，将球机云台垂直位置移动至水平，此时球机光轴射出去的射线与地面平行，获取此时 的球机物理坐标，根据所述转换矩阵的逆矩阵，计算对应的枪机图像的点的坐标，该点即为 枪机图像的消隐点，所述消隐点所在的与枪机图像底边平行的直线为枪机图像的所述消隐 线。
4. 如权利要求1或2所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述计算枪机图像的 所述基准线单位实际长度对应的像素数的过程包括： 计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵； 根据所述枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算所述基准线上一点A对应的 球机物理坐标PA ; 选取所述基准线上距离点A若干个像素外的点B，根据所述枪机图像坐标到球机物理 坐标的转换矩阵计算对应的球机物理坐标PB ; 根据所述球机物理坐标PA、所述球机物理坐标PB以及球机的安装高度，计算所述基准 线上点A到点B的实际距离LAB ; 计算得到枪机图像的所述基准线单位实际长度对应的像素数，所述基准线单位实际长 度对应的像素数是所述基准线上点A到点B之间的像素数除以所述实际距离LAB得到的值。
5. 如权利要求1-4中任一项所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述计算枪 机图像中所述第一脚点所在的与所述基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数的过 程包括： 计算所述第一脚点所在的直线与枪机图像的所述消隐线之间的距离； 根据枪机图像的所述基准线与所述消隐线之间的距离以及所述第一脚点所在的直线 与枪机图像的所述消隐线之间的距离，计算所述第一脚点所在的直线单位实际长度对应的 像素数。
6. 如权利要求1-5中任一项所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述计算出 所述第一脚点对应的第一头点在枪机图像中的像素坐标的过程包括： 建立世界坐标系； 根据枪机图像坐标系中所述第一脚点的坐标、枪机图像坐标到世界坐标系的转换公 式，计算出所述第一脚点在世界坐标系中的坐标； 根据所述第一脚点在世界坐标系中的坐标，得到所述第一头点在世界坐标系中的坐 标； 利用世界坐标到枪机图像坐标的转换公式，根据所述第一头点在世界坐标系中的坐 标，计算出所述第一头点在枪机图像坐标系中的坐标。
7. 如权利要求1或2或4或5所述的枪机图像目标标定方法，其特征在于，所述基准线 为枪机图像中位于所述消隐线和底边之间距离所述消隐线四分之三处的直线。
8. -种枪机图像目标标定系统，其特征在于包括： 消隐线确定模块：用于确定枪机图像的消隐线； 基准线选择模块：用于选择枪机图像中与所述消隐线平行的一条直线作为枪机图像的 基准线，所述基准线在所述平面上对应的实际线条与所述无穷远直线平行； 基准线单位实际长度对应的像素数计算模块：用于计算枪机图像的所述基准线单位实 际长度对应的像素数； 第一脚点选择模块：用于选择目标的第一脚点，所述第一脚点是枪机图像中目标轮廓 底部一侧的点，且所述第一脚点所在的实际位置位于所述平面内； 第一脚点所在直线单位实际长度对应的像素数计算模块：用于计算枪机图像中所述第 一脚点所在的与所述基准线平行的直线单位实际长度对应的像素数； 目标实际宽度对应的像素数计算模块：用于计算目标实际宽度在枪机图像中的像素 数； 第一头点的像素坐标计算模块：用于计算所述第一脚点对应的第一头点在枪机图像中 的像素坐标； 目标实际高度对应的像素数计算模块：用于根据所述第一脚点和所述第一头点在枪机 图像中的像素坐标求出目标实际高度在枪机图像中的像素数。
9. 如权利要求8所述的枪机图像目标标定系统，其特征在于所述消隐线确定模块包 括： 第一转换矩阵计算单元：用于计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵； 枪机图像中心点对应的球机物理坐标计算单元：用于根据所述转换矩阵计算枪机图像 中心点对应的球机物理坐标； 消隐点获取单元：用于获取枪机图像的消隐点，即可确定枪机图像的所述消隐线。
10. 如权利要求8所述的枪机图像目标标定系统，其特征在于所述基准线单位实际长 度对应的像素数计算模块包括： 第二转换矩阵计算单元：用于计算枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵； 球机物理坐标PA计算单元：用于根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算所 述基准线上一点A对应的球机物理坐标PA ; 球机物理坐标PB计算单元：用于根据枪机图像坐标到球机物理坐标的转换矩阵计算所 述基准线上点A -侧若干个像素外的点B对应的球机物理坐标PB ; 实际距离计算单元：用于根据所述球机物理坐标PA、所述球机物理坐标PB以及球机 的安装高度，计算所述基准线上的点A到点B的实际距离; 基准线单位实际长度对应的像素数计算单元：用于将所述基准线上的点A到点B之间 的像素数除以所述实际距离LAB得到基准线单位实际长度对应的像素数。
11. 如权利要求8或9或10所述的枪机图像目标标定系统，其特征在于所述第一脚点 所在直线单位实际长度对应的像素数计算模块包括： 第一脚点与消隐线的距离计算单元：用于计算所述第一脚点所在的直线与枪机图像的 所述消隐线之间的距离； 第一脚点所在的直线单位实际长度对应的像素数计算单元：用于根据枪机图像的所述 基准线与所述消隐线之间的距离以及所述第一脚点所在的直线与枪机图像的所述消隐线 之间的距离，计算所述第一脚点所在的直线单位实际长度对应的像素数。
12. 如权利要求8-11中任一项所述的枪机图像目标标定系统，其特征在于所述第一头 点的像素坐标计算模块包括： 世界坐标系建立单元：用于建立世界坐标系； 第一脚点的世界坐标系坐标计算单元：用于根据枪机图像坐标系中所述第一脚点的坐 标、枪机图像坐标到世界坐标系的转换公式，计算出所述第一脚点在所述世界坐标系中的 坐标； 第一头点的世界坐标系坐标计算单元：用于根据所述第一脚点在世界坐标系中的坐 标，得到所述第一头点在世界坐标系中的坐标； 第一头点在枪机图像坐标系中的像素坐标计算单元：用于利用世界坐标到枪机图像坐 标的转换公式，根据所述第一头点在世界坐标系中的坐标，计算出所述第一头点在枪机图 像坐标系中的像素坐标。
【文档编号】H04N7/18GK104361603SQ201410708780
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年11月28日 优先权日:2014年11月28日
【发明者】袁肇飞, 黑光月, 邹文艺, 丁美玉, 晋兆龙, 陈卫东 申请人:苏州科达科技股份有限公司