一种大范围多摄像机运动目标的关联监控方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及公共安全视频智能监控领域，涉及到一种集成应用地理信息系统技术、视频智能监控技术的大范围多摄像机运动目标的关联监控方法。
【背景技术】
[0002]随着技术的进步和社会的发展，视频监控系统在许多行业当中得到了应用，特别是公安、安保等行业，它们肩负着社会维稳、确保人民人身安全和财产安全的重任，对视频监控系统的性能和功能提出了更高的要求和期盼。
[0003]传统的视频监控系统大多采用多个摄像头捕捉画面并在电子屏幕上分隔显示的方式。这种方式由于监控画面相对独立缺乏关联性，在公共安全应用领域，经常会面对超大量的摄像头监控视频信息，无法实现视频智能监控的运动目标的自动跟踪。
[0004]随着计算机信息技术的发展，视频智能监控技术和地理信息技术在公共安全领域得到重视和应用，其中以多摄像机目标跟踪最为关键和重要，也是当前的难点，这是因为在新的应用需求下，传统的视频监控算法所假定的前提条件不再成立。为了发展较为成熟、稳定的多摄像机目标跟踪算法，需要对摄像机监控的空间拓扑和时间拓扑结构进行较为准确的建模，在此基础上，进行视频监控算法的开发和实现才能保证真正较好的满足应用需求。
[0005]目前的视频监控系统还没有广泛建立空间和时间上的拓扑关系，无法有效进行关联监控，多摄像机运动目标识别跟踪算法也难以取得理想的效果。建立摄像机拓扑关系的做法通常是手工建立，自动建拓扑方法是在视频监控摄像机需求量很大以致人工手段难以满足快速建拓扑的需要情况下提出的，目前常用的做法是采用概率估计、机器学习等方法实现。但这些方法有时效率仍然难以得到保证，主要是因为概率估计和机器学习算法本身求解可能较为复杂，并对训练数据有较强的依赖性。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种能实现大范围多摄像机运动目标的关联监控的方法。为了实现大范围多摄像机运动目标的智能监控，面临摄像机之间关联关系如何建立的问题，即拓扑关系，而建立拓扑关系的效率是影响整个监控系统运行效率较为关键的因素之一。为了提高整个监控系统的运行效率，需要根据大范围多摄像机运动目标智能监控的实际需求提出全新的算法。新的算法应当稳健，不依赖于观测数据，具有较强的伸缩性和扩展性，当摄像头数量和安装地点发生变化时仍然能保证系统在较短时间内恢复运行。
[0007]本发明技术方案如下:
[0008]一种视频拓扑关联监控方法，其特征在于包括以下步骤:
[0009](I)在视频监控系统建设时，根据需要设计摄像机部署位置，在安装施工过程中利用相关附属物或利用GPS测量摄像机的位置定位信息，并记录各项相关参数，建立GIS数据库；
[0010](2)将获取的摄像机的位置定位信息和相关参数的GIS数据与电子地图数据匹配，利用设计的拓扑关系生成算法生成摄像机的拓扑关系；
[0011](3)在建立了摄像机的拓扑关系的基础上运行视频智能监控算法和程序，实现视频拓扑关联监控。
[0012]上述步骤(2)中所述拓扑关系生成算法具体如下:
[0013](21)设定搜索半径r，遍历每个点，当遍历到这个点时搜索到这个点的距离在半径r范围内的所有的点P ；
[0014](22)计算当前点与点P的方向，根据8方向的定义设置当前点的该方向的属性为点P ;
[0015](23)遍历完成，生成每个点在8个方向上对应的在搜索半径内的点的ID号，拓扑关系建立完成。
[0016]本发明重新设计了大范围多摄像机运动目标智能跟踪监控算法，提出了一种视频拓扑关联监控方法。采用地理信息技术获取摄像机的位置信息并在电子地图中显示，根据电子地图中的道路信息和建筑物信息等与摄像机位置进行关联分析，确定相邻摄像机的空间拓扑关系及时间拓扑关系，并且根据摄像机布设的相关参数自动生成摄像头的监视域。在监控时可以采用九宫格等方式将相关联的视频显示出来，也可以在后台运行以便于快速地跟踪关注目标的运动轨迹，这种设计和实现更利于智能监控算法的部署。
[0017]本发明采用了 GIS数据和算法作为支撑，在监控视频摄像机建立拓扑关联关系中应用，从而提高了摄像机拓扑关系的建立效率，并且可以在视频智能监控中得到有效利用。这种设计大大简化了算法的复杂度和提高了运行效率及稳定性，使大范围多摄像头的智能监控方案更为实用。
【具体实施方式】
[0018]本发明的具体实施步骤如下:
[0019]第一，在视频监控系统建设初期，需要根据需要设计摄像机部署位置，在安装施工过程中利用相关附属物或利用GPS测量摄像机的位置定位信息，并记录各项相关参数，建立GIS数据库。
[0020]第二，将获取的摄像机的位置定位信息和相关参数的GIS数据与电子地图数据匹配，利用设计的拓扑关系生成算法生成摄像机的拓扑关系。在GIS中，点的拓扑关系可以用方向来表示，拓扑关系可以使用GIS软件生成，也可以设计算法生成。本发明设计的点的拓扑关系生成算法如下:
[0021](I)设定搜索半径r，遍历每个点，当遍历到这个点时搜索到这个点的距离在半径r范围内的所有的点P ； (2)计算当前点与点P的方向，根据8方向的定义设置当前点的该方向的属性为点P ; (3)遍历完成，生成每个点在8个方向上对应的在搜索半径内的点的ID号，拓扑关系建立完成。
[0022]此外，可以根据摄像机的安装参数定义视频区域，这个过程可以自动完成，也可以使用人工手段完成。自动完成需要设计相应的实现算法，本发明采用的算法是根据三角测量的原理根据摄像机的倾角和高度计算摄像机覆盖的半径，并用摄像机水平扫描的方向和角度约束扇形的方向和角度，至此，摄像机对应的视频监控范围构建完成。
[0023]第三，在建立了摄像机的拓扑关系的基础上运行视频智能监控算法和程序，实现视频拓扑关联监控。大范围多摄像机运动目标跟踪监控的算法可以分为三个部分:首先是对关注目标的识别和跟踪，有多种实现算法，最简单的且较为实用的算法是两帧图像相减，即可以排除背景提取出运动目标，而对于已知特征的目标的识别则是需要根据掌握的目标的特征对视频的关键帧进行匹配分析，从而找出目标出现在的摄像头视频范围；其次是根据目标出现的摄像头视频范围，根据摄像头的拓扑关系找出8个方向邻近的摄像头，这些摄像头所对应的视频范围可以假定为目标下一步可能会出现的区域，加入道路信息后可以进一步进行缩小目标下一步可能出现的视频范围；最后在这些可能出现目标的摄像头的视频中进行目标的匹配，如果摄像头的监控范围较大并且在目标识别和匹配较为容易的前提下，大范围多摄像机的目标智能跟踪则已经实现。
【主权项】
1.一种大范围多摄像机运动目标的天联监控方法，其特征在于包括以下步骤: (1)在视频监控系统建设时，根据需要设计摄像机部署位置，在安装施工过程中利用相关附属物或利用GPS测量摄像机的位置定位信息，并记录各项相关参数，建立GIS数据库； (2)将获取的摄像机的位置定位信息和相关参数的GIS数据与电子地图数据匹配，利用设计的拓扑关系生成算法生成摄像机的拓扑关系； (3)在建立了摄像机的拓扑关系的基础上运行视频智能监控算法和程序，实现视频拓扑关联监控。
2.根据权利要求1所述的大范围多摄像机运动目标的关联监控方法，其特征在于，步骤(2)中所述拓扑关系生成算法如下: (21)设定搜索半径r,遍历每个点，当遍历到这个点时搜索到这个点的距离在半径r范围内的所有的点P ;(22)计算当前点与点P的方向，根据8方向的定义设置当前点的该方向的属性为点P;(23)遍历完成，生成每个点在8个方向上对应的在搜索半径内的点的ID号，拓扑关系建立完成。
【专利摘要】一种大范围多摄像机运动目标的关联监控方法，包括以下步骤：(1)在视频监控系统建设时，根据需要设计摄像机部署位置，在安装施工过程中利用相关附属物或利用GPS测量摄像机的位置定位信息，并记录各项相关参数，建立GIS数据库；(2)将获取的摄像机的位置定位信息和相关参数的GIS数据与电子地图数据匹配，利用设计的拓扑关系生成算法生成摄像机的拓扑关系；(3)在建立了摄像机的拓扑关系的基础上运行视频智能监控算法和程序，实现视频拓扑关联监控。
【IPC分类】H04N7-18, G06T7-20
【公开号】CN104581001
【申请号】CN201310475574
【发明人】蔡功, 常毅, 白蛟, 宁勇, 王永磊
【申请人】北京航天长峰科技工业集团有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月12日