[发明专利]一种基于计算机视觉与无线电信号分析的高空抛物检测方法

摘要

本发明公开了一种基于计算机视觉与无线电信号分析的高空抛物检测方法，包括一种基于计算机视觉的方法和一种基于无线电信号分析的方法；所述一种基于计算机视觉的方法包括基于背景建模移动侦测的方法、基于背景建模的移动侦测算法、自适应OTSU阈值计算方法、自创的高速跟踪算法。本发明能够通过计算机视觉与无线电分析的手段捕捉到高空抛物的时间与位置；本方案采用了实时分析与录像相结合，能够较为准确的定位高空抛物发生的时间与位置，准确取证；避免摄像头抓拍延迟；同时采用计算机视觉与无线电信号分析高空抛物更为精确，降低误报数量；我们的方案还布置有监控摄像头监控高空抛落物的镜头，避免高空抛物被人移动，捡走，使得证据被破坏。

主权项

1.一种基于计算机视觉与无线电信号分析的高空抛物检测方法，其特征在于：包括一种基于计算机视觉的方法和一种基于无线电信号分析的方法；所述一种基于计算机视觉的方法包括基于背景建模移动侦测的方法、基于背景建模的移动侦测算法、自适应OTSU阈值计算方法、自创的高速跟踪算法；所述自创的高速跟踪算法通过跟踪算法获得完整的疑似高空抛物的轨迹图；跟踪算法的公式化表达大致是：假设在第t帧中检测到目标i的高度为目标的宽度为目标中心坐标为则考虑目标近大远小后目标的运动速度可以表示如1‑1所示：在实际的计算中单点速度不稳定，因此往往采用多点计算，代码中取3点，取平均作为第i个目标的运动速度，如果一各目标跟踪链中结点个数少于3，则仅仅计算已经有的结点，速度定义如1‑2所示：对于新的第t+1帧中的检测到的新目标m计算他相对于前一帧t中目标的运动速度，与第i个目标速度的相似性定义如1‑3所示：目标运动的方向对于对目标跟踪来说是一种重要的特征，定义如下，如果一各目标跟踪链中结点个数少于3，则仅仅计算已经有的结点，定义如1‑4所示：    对于第i帧出现的目标m，方向相似性定义如1‑5所示：运动相似度如1‑6所示：S_motion＝μ·S₂+λ·S₃      (1‑6)μ和λ为速度与方向的比例系数，可以跟据实际情况进行调整；在物体掉落过程中可能出现的被遮挡或由于其它干扰原因对其中某些帧丢失目标而无法与之前的轨迹相匹配的情况，我们在多目标追踪过程中加入新的目标追踪轨迹链时，进行了先验判断，根据其的速度变化与已知存在的轨迹链的最后的节点进行匹配，匹配公式如(1‑7)(1‑8)所示：|V_xi‑α_xV_x(i‑1)|＜＝T_x      (1‑7)|V_yi‑α_yV_y(i‑1)|＜＝T_y      (1‑8)其中α为速度的比例系数，T为速度匹配的阈值；通过分析构成轨迹图中每一个节点的位置关系，对是否是高空抛物进行精细化判断，具体的判断规则如下：S1:：在高空抛物刚开始的过程中，由于下坠速度并不是很大，因此检测并跟踪到的下坠目标在竖直方向上近似于一个向下的加速度过程，在本发明中加速度的存在作为判断高空抛物事件的一个必要条件；S2：坠落目标的轨迹应该满足于有一定的长度，由于受到透视成像影响这里的长度指的是连续跟踪的帧数，而且运动的趋势是由上向下；一种基于无线电信号分析的方法：S1：当一个点对象，以相对于无线电接收设备为Θ的角度，速度为v进行运动时，可以造成的多普勒频移为：(其中c为光速，f为无线电传输的中心频率)由此可以得到，当无线电传输频率越高，物体运动速度越快，可以得到的多普勒频移就越大，所以末端高速运动的目标造成的多普勒频移现象就越明显，从而可以通过检测多普勒效应来得知物体下落的信号；S2：无线电信号是基于OFDM技术传输，OFDM先把序列划分为多个子序列，然后将第一个子序列的元素调制于F1上并发送，第二个子序列的元素调制到频率F2上并发送，以此类推，频率之间满足两两正交的关系在OFDM技术中，双机通信的数据传输之前会进行传输空间的状态矩阵计算，可以通过此状态信息提取物体运动过程中产生的多普勒频移；S3：首先是对数据进行去噪，由于设备计算的实时性需求，采用小波阈值去噪的方法去除高斯白噪声；小波去噪步骤如下：首先根据小波变换公式(如下)将采集到的信号变换到小波域表示：然后进行阈值的选取，该阈值即：其中σ是小波系数绝对值中值除以0.6745，N为小波系数长度；S4：然后对去噪的数据进行短时傅立叶变换，此时将展现出数据的频率特性，选频后便可根据采集数据在频率上的变化判断出是否有运动物体的下落。