[发明专利]一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在游泳池上方间隔一些距离安装多台双目摄像头设备，由上往下拍摄，确保每个人头能同时被2台以上设备拍摄到，并把图像实时传输给计算机；

(2)根据实时图像，利用目标检测算法检测出水面上的人头图像；

(3)计算出目标人头图像所有点位的三维坐标，并进行头部最高点的标注，通过与提前设定的水平面坐标做比较，判定人头呼吸部位是否处于水下；计算目标点位的三维坐标的方法如下：先对双目摄像头进行标定，得到两个相机的内外参数、单位矩阵，再根据标定结果对原始图像进行矫正，校正后的两张图像位于同一平面且互相平行，接着对校正后的图像进行像素点匹配，最后根据匹配结果计算每个像素的深度，从而获得深度图，标定出目标点的三维坐标；

其中，运用坐标做相似三角形变换计算人头高度，设相机中心点坐标为(0，0)，L:两个摄像头中心距离，f：摄像头焦距，H：人头高度，G点为人头位置，A和B为两个摄像头位置，AO为摄像头A到人头的竖直方向上的距离，BK为摄像头B到人头竖直方向上的距离，人头在摄像头A中看到的视野正中央坐标C为(x₀,y₀)，摄像头A和人头G正中央坐标D为(x₁,y₁),人头在摄像头B中看到的视野正中央坐标F为(x₀,y₀)，摄像头B和人头K正中央的坐标E为(x₂,y₂)，由于摄像头看到的是经历过等比例缩小的图像，且缩小的比例为f:H，则AC＝BF＝f，AO＝BK＝H，由于C、F两点分别为摄像头A、B的视野中央的坐标，则可C点以及F点的坐标均可设为(x₀,y₀)，OG在矩形ABOK上的投影长度为N，故人头高度的计算方式有3种：

第一种为人头在两个摄像头中间，由相似三角形定理得

解得实际高度为

第二种为人头偏左，由相似三角形定理得

由相似三角形定理得

解得实际高度H为

第三种为人头偏右，由相似三角形定理得

解得实际高度H为

(4)使用目标跟踪程序算法，对目标进行跟踪；

(5)实时对跟踪目标的三维坐标进行存储分析，计算人头呼吸部位在水下的持续时间，根据人头呼吸部位在水下的单次持续时间和单位时间内在水下时间总和做出危险评估，如超过危险阈值，发出溺水警报。

2.根据权利要求1所述的一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法，其特征在于：在步骤(5)中，危险评估的方法为：设定人头呼吸部位在水下单次持续时间的警示时间为A；若单次持续时间≥A视为危险，发出溺水警报；若单次持续时间＜A，且在时间N内人头呼吸部位在水下累计时间大于时间M，视为危险，发出溺水警报，其中A＝35s,N＝60s，M＝35s。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法，其特征在于：若多台双目设备均对同一目标发出溺水警报时，需强力介入施救；若只有单台双目设备发出溺水警报，需提示救生员关注目标。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于双目视觉的泳池溺水监测方法，其特征在于：在步骤(2)中，在不改变原有网络结构的情况下，通过增加GRU结构实现对视频的针对性时间依赖优化，提高对视频目标检测类型的拟合能力，将YOLOv3中head的输出传入GRU层进行处理，最终输出仍为head的output，GRU仅作为对head的输出进行时间依赖处理以及编码处理，然后经过FC层并与FPN层进行特征融合。