专利名称：多目标跟踪特写拍摄视频监控系统的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及智能视频监控技术领域，特别是涉及一种由拍摄大场景的第一摄 像系统，跟踪其中的多个目标的控制系统，以及特写拍摄各个跟踪目标的第二摄像系统组 成的视频监控系统。
背景技术：
在很多应用中，需要对较大场景范围进行视频监控，通常的做法是利用少数广角 摄像机覆盖大场景。由于广角摄像机视角较广，又因受限于图像传感器的分辨率，因而对所 拍摄的大场景中的具体目标物体的分辨率都普遍较低，很难从拍摄的图像中获取目标物体 的细节信息。现有的解决方案之一是使用较多数量的分布的长焦距固定摄像机来覆盖一个大 场景，将这些分布的摄像机分别拍摄到的画面进行拼接。这种解决方案的缺点是需要大量 增加摄像机，使购买设备、安装布线以及录像存储的成本大为提高。另一种可能的解决方案是利用较少数量的几个可以在水平方向和垂直方向旋转 并且可以变焦的摄像机(又可简称为PTZ摄像机)来实现对大场景的监控。其中一种方式 是由监控人员人工操控PTZ摄像机的旋转和变焦，对大场景进行扫描覆盖。但是，在无人操 控的状态下PTZ摄像机一般停留在广角设置状态，此时则将无法拍摄大场景中目标物体的 细节，而当PTZ摄像机停留在长焦设置状态时，则只能覆盖大场景中很小的一部分。另一种 方式，是在没有无人干预的情况下，使PTZ摄像机按照预先设定的巡航路线来扫描覆盖大 场景，在这种方式下，PTZ摄像机沿着预定巡航路线移动，在每个预设的预置点停留一定时 间后转向下一个预置点。这后一种方式下，因为PTZ摄像机只能沿着预先设定的路线进行 巡航，因此有些物体很有可能完全避开摄像机的拍摄。美国专利US6，215，519中公开了一种结合广角和局部图像拍摄的视频监控系统， 在该系统中一个第一图像摄像系统具有对大场景进行拍摄的广角视域，在一个或多个第二 图像摄像系统中，每个图像摄像系统被设置定位于大场景中的一部分区域，并能够以大于 第一图像摄像系统的分辨率对该第二图像摄像系统所对应的区域中的感兴趣目标进行跟 踪拍摄。另一美国专利US6，724，421中则公开了一种包括用于导航的主摄像机和用于跟 踪目标的从摄像机的视频监控系统，在该系统中一固定设置的导航主摄像机用于拍摄大场 景的全景，一个或多个从摄像机则定位于用来拍摄该大场景中的一部分某个适当的位置。 该发明专利中指出了在得到监控的大场景区域内的任意点的位置可以利用坐标系，如直角 坐标、极坐标或球形坐标系来予以描述。图像中的每个像素均可以被映射并标识于一个参 考坐标系，因而场景中每个区域中的任意点都有一个对应的坐标储存于计算机系统中。每 当通过导航主摄像机检测到一个感兴趣目标时，计算机会引导从摄像机水平、垂直旋转及/ 或变焦，从而瞄准目标并跟踪目标的移动。上述两种现有技术所描述的视频监控系统都提出了利用广角摄像机和PTZ摄像机进行主从配合的方式来解决上面所述存在的技术问题。但是，所有包括这两篇专利文献 在内的现有技术在有效实现不同摄像机系统之间的精确互动和控制方面，尚有很多未解决 的问题和不足。因此，本发明的宗旨在于针对上述现有技术的不足，提供一种成本较低的视 频监控系统，不仅能有效地对大场景实现全面监控，而且能准确捕捉大场景中的目标物体 的细节信息，使系统的工作效率以及所获得的图像质量均大为提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多目标跟踪特写拍摄视频监控系统，具有以较低分辨 率拍摄大场景视域的广角视频的第一摄像系统，并跟踪其中的多个感兴趣目标，以及以较 高分辨率特写跟踪拍摄各个感兴趣目标的第二摄像系统，通过其改进的控制系统可以有效 实现第一和第二摄像系统之间的精确互动和控制，目标的跟踪和分配拍摄，在降低系统成 本的同时提高系统的性能。根据本发明的一个方面，提供了一种视频监控系统，包括一第一摄像系统，其包含 一个或多个广角或PTZ摄像机用于拍摄大场景视域内的广角视频，一第二摄像系统，其包 含一个或多个PTZ摄像机用于拍摄大场景视域内的局部视频，以及一控制系统。其中，所述 控制系统包括一图像采集模块，用于接收第一摄像系统所拍摄的广角视频；一前景提取模 块，用于从所述广角视频中提取感兴趣的目标；一坐标转换模块，其利用一坐标转换机制将 第一摄像系统拍摄的大场景视域中的任意点投影于所述第一摄像系统拍摄的广角视频的 图像平面上的二维坐标(X，y)转换为所述第二摄像系统中的一个被选择的PTZ摄像机在其 中心对准所述任意点时的垂直高度角θ和水平方位角…其中所述坐标转换机制是通过在 所述大场景视域内随机选取的至少三个任意点来建立。根据本发明的又一个方面所提供的视频监控系统，其中所述坐标转换机制通过以 下步骤来建立-选取位于大场景视域内的一任意点；-确定所述第二摄像系统的PTZ摄像 机在其中心对准所述任意点以定标时的垂直高度角θ和水平方位角W-确定所述任意点 投影于所述第一摄像系统拍摄的广角视频图像平面上的坐标(X，y)；-通过随机选取至少 三个任意点的上述数据确定一坐标转换映射参数矩阵A;-利用所述映射参数矩阵A建立所 述第一摄像系统的摄像机的像平面像素坐标(x，y)与相应的第二摄像系统的PTZ摄像机的 垂直高度角和水平方位角(队一之间的坐标转换方程式。优选的是，所述坐标转换模块中的坐标转换机制可利用以下的方程式
权利要求
CN 102148965 A
1.一种视频监控系统，包括一第一摄像系统(1)，其包含一个或多个摄像机用于拍摄 大场景视域内的广角视频，一第二摄像系统O)，其包含一个或多个PTZ摄像机用于拍摄大 场景视域内的局部视频，以及一控制系统(3)，其特征在于所述控制系统(3)包括一图像采集模块(31)，用于接收第一摄像系统(1)所拍摄的广角视频；一前景提取模块(33)，用于从所述广角视频中提取感兴趣的目标；一坐标转换模块(36)，其利用一坐标转换机制将大场景视域中任意点投影于所述第一 摄像系统(1)拍摄的广角视频的图像上的二维坐标(x，y)转换为所述第二摄像系统(2)中 的一个被选择的PTZ摄像机在其画面中心对准所述任意点时的垂直高度角θ和水平方位 角化其中所述坐标转换机制通过在所述大场景视域内随机选取的至少三个任意点来建立。
2.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于所述坐标转换机制通过以下步骤 建立-选取位于大场景视域内的任意一点；-确定所述第二摄像系统O)的PTZ摄像机在其画面中心对准所述任意点以定标时的 垂直高度角θ和水平方位角W-确定所述任意点投影于所述第一摄像系统(1)拍摄的所述广角视频图像中的坐标 (χ，y)；-通过随机选取至少三个任意点的上述数据确定一映射参数矩阵A ；以及-利用所述映射参数矩阵A建立所述第一摄像系统(1)的摄像机与相应的第二摄像系 统O)的PTZ摄像机之间的坐标转换方程式。
3.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于所述坐标转换机制可利用以下的 坐标转换方程式
4.根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于所述坐标转换模块(36)还用于利 用以下的等式计算所述第二摄像系统中的PTZ摄像机拍摄大场景视域内的目标区域时所 采用的焦距
5.根据权利要求1至4任一项所述的视频监控系统，其特征在于所述控制系统(3)在 所述坐标转换模块(36)之前还设有一畸变校正模块(32)，用于校正第一摄像系统(1)拍摄的视频图像畸变。
6.根据权利要求1至4任一项所述的视频监控系统，其特征在于所述控制系统(3)在 所述前景提取模块(3 之后还设有一目标跟踪模块(34)，用于跟踪一个或多个感兴趣目标。
7.根据权利要求6所述的视频监控系统，其特征在于所述目标跟踪模块(34)还可以记 录所述感兴趣目标在过去任意时刻的位置和速度，也可以预测所述感兴趣目标在未来特定 时刻的位置和速度。
8.根据权利要求6所述的视频监控系统，其特征在于所述目标跟踪模块(34)可被设置 为在完全自动模式、半自动模式、或者完全手动模式工作。
9.根据权利要求1至4任一项所述的视频监控系统，其特征在于所述控制系统(3)还 包括一目标排队模块(35)，基于预先设定的规则将感兴趣的目标分配给相应的第二摄像机 系统O)中的PTZ摄像机按顺序进行拍摄。
10.根据权利要求9所述的视频监控系统，其特征在于所述目标排队模块(35)基于以 下的预设规则将感兴趣目标分配给相应的第二摄像系统( 中的PTZ摄像机按所分配的顺 序进行拍摄-被相应的PTZ摄像机拍摄的时间最少的目标拥有最高优先级；-未来在预定义的监控视域内停留时间最短的目标拥有次优先级。
全文摘要
本发明提供一视频监控系统，包括一第一摄像系统，其包含一个或多个摄像机用于拍摄大场景视域内的广角视频，一第二摄像系统，其包含一个或多个PTZ摄像机用于拍摄大场景视域内的局部视频，以及一控制系统。该控制系统包括一图像采集模块，用于接收第一摄像系统所拍摄的广角视频；一前景提取模块，用于从广角视频中提取感兴趣的目标；一坐标转换模块，利用一坐标转换机制将第一摄像系统拍摄的大场景视域中的任意点投影于第一摄像系统拍摄的广角视频的图像平面上的二维坐标(x，y)转换为第二摄像系统中的一被选择PTZ摄像机在其画面中心对准该任意点时的垂直高度角θ和水平方位角φ；其中该坐标转换机制是通过在所述大场景视域内随机选取的至少三个任意点来建立。
文档编号H04N7/18GK102148965SQ20111011904
公开日2011年8月10日 申请日期2011年5月9日 优先权日2011年5月9日
发明者刘海川, 张昕, 楼冬明 申请人:上海芯启电子科技有限公司