[发明专利]一种视频监控中准确计算实际目标大小的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频监控中准确计算实际目标大小的方法，属于安全防范技术领域。

背景技术

近年来，随着计算机视觉、图像处理、模式识别、人工智能、数字信号处理等技术的发展成熟，视频监控技术也有了长足的发展，其中智能视频监控作为新一代基于视频内容分析的监控系统受到越来越多的关注。智能视频监控是基于计算机视觉技术对监控场景的视频图像内容进行分析，提取场景中的关键信息，并形成相应事件和告警的监控方式。目前，智能视频分析系统在视频监控方向的应用主要是对运动目标的识别、分类和追踪，其中运动目标的分类和追踪是在运动目标准确识别的基础上进行的。

运动目标识别，可以通过运动目标的纹理特征，运动目标的形状，运动目标的颜色以及运动目标的大小等方法进行识别。运动目标的大小可以说是运动目标最基本的一个属性，目标大小的确定，能够直接对目标的类别进行明确的划分。例如，高度小于2米，宽度小于1米的目标，肯定不是机动车辆，根据监控经验判断，很可能是人。但是智能视频分析，获取到的目标大小只是在监控视频画面中的二维的大小，这个大小和实际目标的大小之间的关系是很难直接获得的。两者间的大小关系与摄像机的安装高度，拍摄角度，摄像机的型号，镜头变倍位置等等都有关系，如何将两者进行准确的关联，成为运动目标分类、识别的一个关键技术。当前很多解决这一问题的技术，都是通过空间立体几何配合摄像机成像原理进行，由于涉及到多个空间坐标系，复杂度非常高。而且，由于计算复杂，使得很多现场的标定参数(例如摄像机安装高度，摄像机镜头焦距等)对计算结果影响很大。对智能分析系统的要求高，同时准确率也容易受到影响。

通常在实际视频监控应用中，都是将摄像机安装在一定高度的位置上，俯视监控现场对现场进行监控。监控采用的设备可能包括枪机以及云台摄像机等，安装的位置、俯视角度、镜头参数、监控范围等千差万别。对于智能视频分析等应用来说，如何将视频画面中发现的目标与实际现场中的目标大小进行关联，就出现了很大的困难。目标的实际大小，对于目标的分类，例如人或车辆，有着非常大的辅助作用。为了解决这一问题，需要对视频监控设备的很多参数进行标定，包括镜头参数，设备安装位置等等。通过这些参数进行计算通常需要进行三维的空间标定，并通过成像原理，将空间尺度与画面成像进行关联，最终计算获得实际目标的尺寸。但是这种算法复杂度非常高，而且对标定参数准确率要求很高。在实际应用中，往往很多关联因素的影响都是非常小的，如何能够采用一种相对简单的方法来进行计算，同时计算结果精度能保证在一定范围，是实际应用的迫切需求。

发明内容

本发明提供了一种简单易行、应用范围广的视频监控中准确计算目标实际大小的方法。

为达到以上目的，本发明采用下述技术方案。

一种视频监控中准确计算实际目标大小的方法，包括以下步骤：

(1)根据实际监控场景，建立经过摄像机拍摄方向，并且垂直于地面的平面直角坐标系；

(2)在平面直角坐标系中，建立摄像机成像与实际目标关系的直线方程，计算实际目标大小。

步骤(1)中，所述的平面直角坐标系中以摄像机的安装位置为坐标原点O，以垂直于地平面向下的方向为Y轴，在Y轴和摄像机拍摄方向所成的平面中，过原点做垂直于Y轴的直线，该直线即为x轴。

在所述的平面直角坐标系中，拍摄画面的中线对应第一线段，目标在第一线段上的投影为第二线段，目标的顶端和底端分别对应第二线段的第一端点和第二端点；

连接坐标原点O与第二线段的第二端点，得到的线段与地平面所对应的直线相交在第一交点，过第一交点做平行于Y轴的直线交第一线段于第二交点，则第一交点和第二交点之间的距离对应目标的实际高度。

步骤(2)中，在所述的平面直角坐标系中，建立摄像机成像与实际目标关系的直线方程，是根据成像原理建立摄像机成像与实际目标的关系，并且该关系是通过建立直线方程得到的。

利用平面直角坐标系中的各直线位置关系，计算实际目标大小，是根据平面几何中，直线的相交、平行位置关系，利用相交线求出交点坐标，并根据两点间距离公式计算出目标的实际大小。

步骤(2)中，具体计算步骤如下：

a)根据摄像机的安装高度、摄像机拍摄方向与水平面的夹角、摄像机的垂直视场角得出所述的第一线段的两个端点位置；

b)根据镜头成像原理，得到所述的第二线段的两个端点位置；

c)根据几何关系得到所述的第一交点和第二交点之间的距离，即目标的实际高度；