[发明专利]PTZ监控摄像机实时姿态快速估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频监控的计算方法，尤其涉及一种PTZ监控摄像机实时姿态快速估算方法。

背景技术

PTZ摄像机在监控领域的广泛应用，对AVE监控系统带来了新的挑战。因为使用者可以任意的进行摄像机的PTZ和变焦操作，这就要求对处于任意姿态的摄像机进行快速标定。传统的方法中需要一定的人工干预的交互操作以确定2D-3D间的对应关系，该方法在监控系统中难以满足实时响应的要求。

以下方法可以解决PTZ摄像机实时标定的问题：

H. S. Sawhney, A. Arpa, R. Kumar等在《Video Flashlights-Real Time Rendering of Multiple Videos for Immersive Model Visualization》中提出一种新的解决模式，系统首先用摄像机前一帧的姿态作为初始姿态，通过连续跟踪视频中的多边形平面特征实现摄像机的实时姿态估计，系统根据摄像机姿态估计结果，将模型中的多边形平面投影到视频帧中，形成局部边缘增强的图像，并计算图像的方向能量，通过迭代的方式选择方向能量最小的姿态参数作为摄像机的最佳姿态估计，最后将对应的内参数和外参数关联到模型中的虚拟摄像机上，从而实现固定摄像机的视频投影。

在实际使用中，该方法采用投影方法，迭代寻优，对图像的颜色特征依赖度低，并且在大角度改变摄像机PTZ参数时，仍能保证较好的准确性，但也存在PTZ参数改变越大，需要迭代搜索的时间也会越长，从而影响算法的实时性的问题。

发明内容

为克服现有技术的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种PTZ监控摄像机实时姿态快速估算方法，基于实时视频与场景结构全景图的快速匹配，解决了实时估算摄像机姿态的问题。

本发明采用的技术方案为：一种PTZ监控摄像机实时姿态快速估算方法，采用场景结构全景图作为视频匹配的参考图像，对实时视频进行全景匹配，从而在场景结构全景图中找到实时视频对应的区域，并确定实时视频与所述场景结构全景图的单应关系，通过对所述单应关系和所述场景结构全景图的姿态参数的计算得出实时视频的姿态参数。

进一步地，所述全景匹配是指针对实时视频在所述场景结构全景图中进行实时搜索。

进一步地，所述单应关系是通过对实时视频与所述场景结构全景图中的相应的特征点的对应关系的计算获得。

所述场景结构全景图可以为由摄像机在PTZ操作下产生的多个不同FOV图像构成的全景图。

优选地，在所述场景结构全景图中提取显著而有效的特征区域，将所述特征区域与所述场景结构全景图关联，建立全景图特征索引，在需要进行全景匹配时，采用所述全景图特征索引替代所述场景结构全景图进行特征运算。

所述全景图特征索引可以为一张有限分辨率的图像。

优选地，所述摄像机在工作过程中实时记录自身的姿态参数。

在进行全景匹配时，可以利用实时记录的摄像机的姿态参数限定特征匹配算法在所述场景结构全景图或全景图特征索引中的搜索范围。

所述实时记录的摄像机的姿态参数可以包括实时视频在场景结构全景图或全景图特征索引中的视频投影区域和搜索区域的参数，以及摄像机的水平偏移、垂直偏移、缩放倍数、水平速度、垂直速度和缩放速度的参数。

当实时视频在所述场景结构全景图和全景图特征索引中均匹配失败时，可以直接根据摄像机的水平偏移、垂直偏移、缩放倍数、水平速度、垂直速度和缩放速度的历史参数信息推算实时视频在所述场景结构全景图或全景图特征索引中对应的区域。

本发明的有益效果：场景结构全景图包含大量的场景信息，为实时估算任意摄像机的姿态提供了详细的参考信息，并且对于每一个图像点，它在三维模型中的映射关系也是已知的，因此可以将全景图视为一张高分辨率的纹理图像，可以被精确的映射到三维模型中的对应位置，能够唯一确定某个FOV状态下摄像机的姿态参数，采用预先建立全景图的方法实时估算可控摄像机的投影参数，实现了监控视频与三维场景的实时融和。

在全景匹配时，采用全景图特征索引替代场景结构全景图，并利用实时记录的摄像机的姿态参数限定特征匹配算法的搜索范围，可有效解决搜索范围与实时性之间的矛盾，快速地在全景图特征索引（进一步地在场景结构全景图）中找到实时视频对应的区域，从而确定实时视频与场景结构全景图的单应关系，进而计算出摄像机的实时姿态。

本发明的方法大大提高了摄像机姿态实时估算的效率，平均处理速率可达15-20fps，且平均投影误差较小。

附图说明

图1是本发明的流程图；