一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法，本发明为克服Ghosh坐标转化方法是基于一个平面的缺点，提出利用视频图像上两个平面与各相应的真实场景平面的对应关系，构成一个立体空间关系的视频图像坐标与真实世界坐标的对应关系，基于上述对应关系，通过人员在视频图像内的屏幕坐标和人员高度，可以确定人员在实际隧道内的位置，克服人员身高差异导致的计算误差。
【专利说明】一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种隧道人员疏散轨迹测定方法，尤其涉及一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法。
【背景技术】
[0002]隧道是一个狭长相对封闭的空间，一旦发生火灾等重大事故，人员的逃生至关重要，因此，观察和测定人员在隧道内的疏散轨迹具有重要的意义。针对人员的疏散轨迹的测定主要包括利用GPS定位系统、基于视频图像和人工观察等方法进行。采用GPS定位系统定位价格昂贵、人工观察精度差等缺点，基于视频图像测定人员疏散轨迹是一个有效、经济的方法。
[0003]现有技术方案，主要基于视频图像坐标与实际物理坐标转换的关系进行，现有的技术方案主要基于Ghosh提出利用线性变换的方法把视频中的坐标转化为真实世界的坐标，如图1和图2所示，方案主要基于一个道路平面进行。确定同一平面内已知的不共线的四个点确定该平面真实坐标与屏幕坐标的对应转换关系，从而可确定屏幕图像上该单一平面上任何一个点的所对应的实际坐标，以此得到人员疏散轨迹。因为隧道空间狭长、光线昏暗、人员众多，通过架设在隧道拱顶的摄像系统，利用视频内人脚在路面的位置，基于现有的Ghosh坐标转化方法，确定真实世界的物理位置，不可行。另一种方法，就是选择隧道路面上方某一平面为标准(如人体的平均身高)，利用Ghosh坐标转化方法，但由于人员身高的差异，将导致计算误差。
【发明内容】
[0004]本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法。
[0005]本发明通过以下技术方案来实现上述目的:
[0006]本发明包括以下步骤:
[0007](I)在隧道内一定高度架设摄像系统，设AB⑶-EFGH区域为隧道内摄像头观察区域,设abcd-efgh视频系统形成的图像；
[0008](2)当实际物理场景AB⑶-EFGH各点坐标和屏幕图像abcd-efgh像素坐标已知，利用Ghosh坐标转化方法，结合A、B、G、F各点坐标值与a、b、g、f各点屏幕坐标值，可计算出ABGF平面内与abgf平面内各点的一一对应关系；
[0009](3)根据步骤(2)的计算方法能够同时计算出DCHE平面内与dche平面内各点的 对应关系；
[0010](4)隧道人员的高度为h时，设隧道空间内高度为H时的平面为MJIL，可确定出在隧道空间内高度h的MJIL平面和M、J、1、L各点的坐标；
[0011 ] (5)利用步骤(2)中ABGF-abgf两平面内各点的——对应关系，根据M、J两点的坐标可计算出m、j两点的屏幕坐标值，利用步骤(3)中的DCHE-dche两平面各点的一一对应关系，根据L、I两点的坐标可计算出1、i两点的屏幕坐标值；
[0012](6)基于步骤(5)，利用M、J、1、L各点与m、j、1、l各点的对应关系，利用Ghosh坐标转化方法，能够确定MJIL平面与mjil平面内各点的一一对应关系；
[0013](7)基于步骤(6)计算出的MJIL平面与mjiI平面内各点的一一对应关系，利用视频图像获取隧道人员(身高为h)头顶屏幕图像上的坐标，即可计算出该人在真实场景的位
置。
[0014](8)根据有序的不同时刻的视频图像中目标人员的位置变化，可得到该人员在真是场景中的位置变化，从而确定该人员在该时间段内的疏散轨迹。
[0015]本发明的有益效果在于:
[0016]本发明为克服Ghosh坐标转化方法是基于一个平面的缺点，提出利用视频图像上两个平面与各相应的真实场景平面的对应关系，构成一个立体空间关系的视频图像坐标与真实世界坐标的对应关系，基于上述对应关系，通过人员在视频图像内的屏幕坐标和人员高度，可以确定人员在实际隧道内的位置，克服人员身高差异导致的计算误差。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的隧道人员疏散轨迹测定场景布置示意图；
[0018]图2是本发明的实际物理场景坐标图；
[0019]图3是本发明的屏幕图像坐标图；
[0020]图4是本发明所设高度h后的实际物理场景坐标图；
[0021]图5是本发明所设高度h后的屏幕图像坐标图；
[0022]图6是本发明基本算法的坐标转换参考点示意图；
[0023]图7是本发明坐标转换点示意图。
【具体实施方式】
[0024]下面结合附图对本发明作进一步说明:
[0025]本发明包括以下步骤:
[0026](I)如图1、图2和图3所示:在隧道内一定高度架设摄像系统，设AB⑶-EFGH区域为隧道内摄像头观察区域，设abcd-efgh视频系统形成的图像；
[0027](2)如图1、图2和图3所示:当实际物理场景AB⑶-EFGH各点坐标和屏幕图像abcd-efgh像素坐标已知,利用Ghosh坐标转化方法,结合A、B、G、F各点坐标值与a、b、g、f各点屏幕坐标值，可计算出ABGF平面内与abgf平面内各点的一一对应关系；
[0028](3)如图1、图2和图3所示:根据步骤(2)的计算方法能够同时计算出DCHE平面内与dche平面内各点的--对应关系；
[0029](4)如图4和图5所示:隧道人员的高度为h时，设隧道空间内高度为H时的平面为MJIL，可确定出在隧道空间内高度h的MJIL平面和M、J、1、L各点的坐标；
[0030](5)如图4和图5所示:利用步骤(2)中ABGF-abgf两平面内各点的——对应关系，根据M、J两点的坐标可计算出m、j两点的屏幕坐标值，利用步骤(3)中的DCEH-dceh两平面各点的一一对应关系，根据L、I两点的坐标可计算出1、i两点的屏幕坐标值；
[0031](6)如图4和图5所示:基于步骤(5)，利用M、J、1、L各点与m、j、1、l各点的对应关系，利用Ghosh坐标转化方法，能够确定MJIL平面与mjil平面内各点的一一对应关系；
[0032](7)如图4和图5所示:基于步骤(6)计算出的MJIL平面与mjil平面内各点的一一对应关系，利用视频图像获取隧道人员(身高为h)头顶屏幕图像上的坐标，即可计算出该人在真实场景的位置。
[0033](8)如图1至图5所示:根据有序的不同时刻的视频图像中目标人员的位置变化，可得到该人员在真是场景中的位置变化，从而确定该人员在该时间段内的疏散轨迹。
[0034]如图6和图7所示:Ghosh提出可用线性变换的方法把视频中坐标转化为真实世界的坐标，坐标转换基本原理:假定道路平面为水平面，通过拍摄图像中四个不共线的参考点的屏幕坐标和实际道路坐标，求解屏幕坐标和道路坐标的坐标转换系数，由坐标转换系数计算图像中任意一屏幕坐标点对应的道路坐标。
[0035]若已知图像所示输入图像与输出图像上若干对(至少应为不共线的四个点)对应点，如图7所示，原图像与输出图像上各个点A、B、C、D的对应关系为:(xl，yl) —(X1，Y1)、(x2，y2) — (X2，Y2)、(x3，y3) — (X3，Y3)、(x4，y4) — (X4，Y4)，则求解坐标转换系数的过程如下:
[0036]设X、Y为道路坐标，x、y为屏幕坐标，两者关系满足下式的映射关系:
【权利要求】
1.一种基于视频图像的隧道人员疏散轨迹测定方法，其特征在于:包括以下步骤: (1)在隧道内一定高度架设摄像系统，设AB⑶-EFGH区域为隧道内摄像头观察区域，设abcd-efgh视频系统形成的图像； (2)当实际物理场景AB⑶-EFGH各点坐标和屏幕图像abcd-efgh像素坐标已知，利用Ghosh坐标转化方法，结合A、B、G、F各点坐标值与a、b、g、f各点屏幕坐标值，可计算出ABGF平面内与abgf平面内各点的--对应关系； (3)根据步骤(2)的计算方法能够同时计算出DCHE平面内与dche平面内各点的一一对应关系； (4)隧道人员的高度为h时，设隧道空间内高度为H时的平面为MJIL，可确定出在隧道空间内高度h的MJIL平面和M、J、1、L各点的坐标； (5)利用步骤(2)中ABGF-abgf两平面内各点的一一对应关系，根据M、J两点的坐标可计算出m、j两点的屏幕坐标值，利用步骤(3)中的DCHE-dche两平面各点的一一对应关系，根据L、I两点的坐标可计算出1、i两点的屏幕坐标值； (6)基于步骤(5)，利用M、J、1、L各点与m、j、1、l各点的对应关系，利用Ghosh坐标转化方法，能够确定MJIL平面与mjil平面内各点的一一对应关系； (7)基于步骤(6)计算出的MJIL平面与mjiI平面内各点的一一对应关系，利用视频图像获取隧道人员(身高为h)头顶 屏幕图像上的坐标，即可计算出该人在真实场景的位置。 (8)根据有序的不同时刻的视频图像中目标人员的位置变化，可得到该人员在真是场景中的位置变化，从而确定该人员在该时间段内的疏散轨迹。
【文档编号】G01C21/00GK103471583SQ201310403979
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月9日 优先权日:2013年9月9日
【发明者】何川, 张玉春, 向月, 马尉翔, 焦齐柱, 张迪 申请人:西南交通大学