专利名称：一种三维智能视频监控方法
技术领域：
本发明涉及一种三维智能视频监控方法，可用于视频监控领域，实现对监控区域 内的运动目标在三维虚拟场景中快速定位。
背景技术：
随着经济和科技的发展，人们对居住和办公环境的安全性提出了更高的要求；对 关乎经济命脉的重点设施或区域(核电站，水电站，银行、高速公路和机场等)的安全运行 和防护、名胜古迹以及文物博物馆(文字博物馆和故宫博物院等)的安防以及重点军事目 标和区域(如军械库)的安防提出了更高的要求；当重点目标和区域发生突发事件时，对现 场事件的远程分析、指挥和调度的快速性、准确性提出了更高的要求。对这些目标和区域进 行安防的一种重要手段就是视频监控，而传统的视频监控需要人的参与，要求监控人员不 停地监视屏幕，获得视频信息，通过人的理解和判断，得到相应的结论并做出决策。但随着 视频检测器数量的急剧增加，传统的人工被动监控已经远远无法满足监控任务的需要，特 别是突发事件发生后对记录该事件的所有视频回放、现场指挥和调度是非常困难的，也无 法及时准确定位非视频报警装置的地点。
发明内容
本发明的技术解决问题是克服现有视频监控的不足，提供一种三维智能视频监 控方法。本发明的技术解决方案为一种三维智能视频监控方法，该方法将监控区域内的 运动目标类别及运动路径实时显示在监控区域的三维虚拟场景中，为监控人员提供三维可 视化的监控环境，充分利用三维虚拟场景的真实空间感，对运动目标和报警事件进行快速 定位和及时处理。具体实现步骤为(1)对实际监控区域进行三维建模，并用软件显示为与实际监控区域对应的三维 虚拟场景；(2)对摄像机进行标定，获取摄像机内外参数和畸变校正参数，建立二维图像与三 维空间一一映射关系模型；(3)对摄像机采集的监控视频进行智能分析，获取运动目标信息，包括目标类别和 运动路径等；(4)利用二维图像与三维空间一一映射关系模型，将二维图像中的目标信息在三 维空间中定位，并实时显示在三维虚拟场景(5)将目标二维视频和三维空间中运动路径同步显示与存储，存储信息用于系统 检索和回放。本发明的原理是首先对实际监控区域进行三维建模，并用软件显示为与实际监 控区域对应的三维虚拟场景；其次对摄像机进行标定，获取摄像机内外参数和畸变校正参 数，建立二维图像与三维空间一一映射关系模型；再次，对摄像机采集的监控视频进行智能分析，获取运动目标信息，包括目标类别和运动路径等；然后将二维图像中的目标信息在三 维空间中定位，并实时显示在三维虚拟场景中；最后将目标二维视频和三维空间中的运动 路径同步存储，用于系统检索和回放。本发明与现有技术相比的优点在于本发明克服了传统的视频监控方法在多摄像 机环境下对目标检测、跟踪和以及视频回放的效率低，事件的快速定位和及时处理困难，现 场指挥和调度困难，三维智能视频监控方法将二维目标信息映射到三维虚拟场景中，并以 目标为主线进行视频和运动路径存储，充分利用三维虚拟场景的真实空间感，对运动目标 和报警事件进行快速定位和及时处理以及对目标事件视频的快速回放，有效提高监控人员 对报警事件快速定位和处理能力，减轻监控人员的工作负荷。
图1为本发明的一种三维智能监视频控方法的原理框图；图2为本发明的一种三维智能监视频控方法的三维模型写实模型；图3为本发明的一种三维智能监视频控方法的三维模型写意模型。
具体实施例方式如图1所示，本发明的具体实施方法如下(1)首先对实际监控区域进行三维建模，并用软件显示为与实际监控区域对应的 三维虚拟场景的步骤为①测量监控区域的大小、建筑物的尺寸以及相机的安装位置，利用3DMAX和 AUTOCAD等工具以及数字地表模型(DSM)、数字高程模型(DEM)和数字正射影像图(DOM)等 数据集制作监控区域的三维模型，三维模型包括三维模型+贴图的写实模型和三维模型+ 透视的写意模型两种，两种模型分别如图2和图3所示；②根据测量数据初始化监控区域的参数，包括监控区域的原点坐标、长度和宽度， 建筑物的结构尺寸，相机的位置、焦距和姿态；③将监控区域的三维模型导入应用程序中，形成可自动漫游或手动漫游的三维虚 拟场景。(2)对成像摄像机进行标定，获取摄像机内外参数和畸变校正参数，建立二维图像 与三维空间一一映射关系模型，具体实现步骤为①对摄像机进行标准场标定获取相机的内方位元素和畸变校正参数，内方位元素 包括相机的焦距和相机的中心；②对摄像机进行现场标定，获取相机的外方位元素，包括相机的安装位置和安装 姿态；③利用内方位元素、畸变校正参数和外方位元素建立二维图像与三维空间一一映 射关系模型。(4)对摄像机采集的监控视频进行智能分析，获取运动目标信息的步骤为①初始化背景，选用第一帧图像作为初始背景；②对背景实时自适应更新，并利用背景减法获取运动目标，背景实时自适应更新 的模型为
式中α为自适应实时背景建模时的加权系数，/丨’7表示第k帧实时采集图像中第i 行和第j列上的像素值，街力表示第k-Ι帧实时背景图像中第i行和第j列上的像素值；③对目标进行类别判断、编号和外轮廓跟踪，对同一目标进行识别和关联，形成目 标的运动路径，其中目标类别包括人、车和其它。(5)将目标二维视频和三维空间中的运动路径同步显示与存储，存储信息用于系 统检索和回放的步骤为①二维图像视频是以目标为主线进行存储，目标视频可以是单相机也可以是多相 机或跨相机；②目标的类别及运动路径在三维空间中定位，并与二维图像视频同步显示和存 储；③视频检索和回放是对以目标为主线的所有视频进行检索，编辑形成一个完成的 目标视频；④对视频进行回放时，同步回放二维目标视频和目标运动路径在三维虚拟场景中 定位。
权利要求
一种三维智能视频监控方法，其特征在于，该方法包括(1)对实际监控区域进行三维建模，并用软件显示为与实际监控区域对应的三维虚拟场景；(2)对摄像机进行标定，获取摄像机内外参数和畸变校正参数，建立二维图像与三维空间一一映射关系模型；(3)对摄像机采集的监控视频进行智能分析，获取运动目标信息，包括目标类别和运动路径等；(4)将二维图像中的目标信息在三维空间中定位，并实时显示在三维虚拟场景中；(5)将目标二维视频和三维空间中运动路径同步显示与存储，存储信息用于系统检索和回放。
2.根据权利要求1所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于建立实际监控区 域的三维模型包括两种形式，一种为3D模型+实际场景纹理的写实模型；另一种为3D模型 +透视效果的写意模型。
3.根据权利要求1所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于摄像机标定，建立 二维图像与三维空间一一映射关系模型的步骤为①对摄像机进行标准场标定获取相机的内方位元素和畸变校正参数，内方位元素包括 相机的焦距和相机的中心；②对摄像机进行现场标定，获取相机的外方位元素，包括相机的安装位置和安装姿态；③利用内方位元素、畸变校正参数和外方位元素建立二维图像与三维空间一一映射关 系模型。
4.根据权利要求1所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于对摄像机采集的 监控视频进行智能分析，获取运动目标信息的步骤为①初始化背景，选用第一帧图像作为初始背景；②对背景实时自适应更新，并利用背景减法获取运动目标，背景实时自适应更新的模 型为Ja-Ii^ + {I-α)·D^ = 0 [B1kiIlotherwise式中α为自适应实时背景建模时的加权系数，/丨”表示第k帧实时采集图像中第i行和 第j列上的像素值，对力表示第k-Ι帧实时背景图像中第i行和第j列上的像素值；③对目标进行类别判断、编号和外轮廓跟踪，对同一目标进行识别和关联，形成目标的 运动路径，其中目标类别包括人、车和其它。
5.根据权利要求1所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于将目标二维视频 和三维空间中的运动路径同步显示与存储，存储信息用于系统检索和回放的步骤为①二维图像视频是以目标为主线进行存储，目标视频可以是单相机也可以是多相机或 跨相机；②目标的类别及运动路径在三维空间中定位，并与二维图像视频同步显示和存储；③视频检索和回放是对以目标为主线的所有视频进行检索，编辑形成一个完成的目标视频，并对视频进行回放。
6.根据权利要求1所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于步骤(2)、步骤 (3)与步骤(4)间的关系为利用步骤(2)建立的二维图像与三维空间一一映射关系模型将 步骤(3)获取的目标二维运动路径信息映射到三维空间中，实现二维视频中的目标信息在 三维空间中定位。
7.根据权利要求5所述的一种三维智能视频监控方法，其特征在于编辑形成一个完 成的目标视频，对视频进行回放时，同步回放二维目标视频和目标运动路径在三维虚拟场 景中定位。
全文摘要
一种三维智能视频监控方法。具体实现步骤为首先对实际监控区域进行三维建模，并用软件显示为与实际监控区域对应的三维虚拟场景；其次对摄像机进行标定，获取摄像机内外参数和畸变校正参数，建立二维图像与三维空间一一映射关系模型；再次，对摄像机采集的监控视频进行智能分析，获取运动目标信息，包括目标类别和运动路径等；然后将二维图像中的目标信息在三维空间中定位，并实时显示在三维虚拟场景中；最后将目标二维视频和三维空间中的运动路径同步存储，用于系统检索和回放。该方法充分利用三维虚拟场景的真实三维空间感，将二维运动目标在三维虚拟场景中定位，提高监控人员对报警事件快速定位和处理能力，有效减轻监控人员的工作负荷。
文档编号G06T7/00GK101951502SQ20101051141
公开日2011年1月19日 申请日期2010年10月19日 优先权日2010年10月19日
发明者刘卫锋, 李铁军, 牟风涛, 赵龙, 高波 申请人:北京硅盾安全技术有限公司