[发明专利]复眼式全景连续跟踪监控系统

说明书

技术领域

本发明涉及仿生视觉与传感技术领域，尤其涉及全景连续跟踪监控系统。

背景技术

基于仿生学的复眼视觉理论近年来发展迅速,是集机械学、生物学、光电子学和信息学等多学科为一体的前沿领域。由于昆虫复眼视觉系统在原理上具有大视场、高探测灵敏度等特点，使其在一些军用及民用场合具有其它视觉系统无法比拟的优势（例如小区监控、战场机器人视觉系统及智能飞行器等，人们期望整个系统的重量轻、体积小、视场大以及对运动目标更加敏感）。复眼视觉系统可同时获取来自不同方位的原始图像信息，增大了视场范围，且对于各个视场角，均为近轴光路，降低了畸变的产生，在监控行业，可以有效实现对运动目标的高质量全景连续跟踪定位。

传统的监控摄像头的视场角有限，只能看到摄像头前方很少部分的场景，无法实现360度全景不间断监控。为解决此问题，通常依靠安装多路摄像头，来实现对全景监控区域的覆盖，但采用该方法时，摄像机成本和安装难度大大增加，采集、录像、显示等设备的成本也会随之增加，而多路视频处理也会造成系统实时性的下降和误判率的增高。为了系统结构复杂度及成本，可采用广角镜头实现监控，但该镜头畸变较大，在视场边缘处几乎无法辨别有效信息。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种可覆盖360×180°空间角度全景视频信息，同时由高分辨率相机实现连续跟踪及保存的复眼式全景连续跟踪监控系统。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种复眼式全景连续跟踪监控系统，包括主相机及若干与其相适配的子眼相机，所述主相机安装在云台上，云台负责控制主相机俯仰及水平旋转，其包含信号处理模块以及与其相接的控制模块，云台下方固定有子眼固定环，子眼相机安装在子眼固定环上且与云台通信连接。

所述子眼相机优选三个，等间距分布在子眼固定环的圆周上。子眼相机若少于3个，则难于实现360°监测，若多余3个，额则系统的反应速度会有所下降，不利于主相机的及时跟踪监控。

其运行过程如下：

1）首先由三台子眼相机协同实现全景图探测；

2）利用背景差分检出运动目标；

3）子眼相机将运动目标的实时位置发送至云台内的信号处理模块，由信号处理模块将信号传递给控制模块，控制模块控制主相机转向目标并实现高清晰度跟踪，实时保存视频，直至运动目标离开全景视；

4）当主相机探测不到运动物体时，则系统返回步骤1）并循环步骤1）-4）的过程。

本发明采用三个固定式大视场子眼相机，按照一定的角度间隔，排列成一个圆形的阵列，每个相机覆盖约120°视场，探测距离可达10米，从而获取360×180°空间角度的全景视频信息，并进行实时监控探测。系统中部另设一主相机，搭载于高速云台之上，当子眼相机检测到运动目标后，将控制主相机云台迅速转到目标方位，使主相机进入高清晰度精确定位跟踪模式，主相机可进行自动对焦和变焦，实现对不同距离目标的精确定位及成像，并对运动目标的图像进行触发式实时保存。当同时发现多个目标时，可由预设策略（如目标大小优先、目标运动速度优先等）进行探测，从而实现无盲区、不间断、高性能监控，且全过程无需繁杂的人工操作。

子眼相机下的运动目标检测算法，主要基于背景差分和形态学算法实现。首先经过预处理，采用加权滤波法，去除高频噪声。而后，建立背景模型（高斯模型），每间隔5帧图像，对背景模型进行一次更新，并用当前帧减去背景模型的对应灰度值，采用大津阈值法得到自适应的阈值，对背景差分后的图像进行二值化。对该二值图像进行闭运算形态学处理，即通过膨胀填补空洞，腐蚀去掉毛刺，可得到较完整的运动目标图像。选取3×3的中心结构元素，获取较完整的目标。

同时，其他子眼相机由于光照等因素产生的噪声点，可能会导致系统存在误判。此时，比较不同子眼相机单帧差分图像的运动目标所占像素的大小，选取所占像素最多的部分作为运动目标，再将控制信号发送给主相机，使其迅速转到发现目标的子眼相机中的对应区域，并执行主相机内部跟踪程序，同时开启视频保存。若由于目标运动速度过快等因素，导致主相机发生跟丢，则子眼相机将再次启动自动检测，发现运动目标后，通知主相机再次转到对应位置，从而满足全景下连续跟踪的需求。