[发明专利]一种机场场面移动目标低视角视频测速方法

说明书

本发明公开了一种机场场面移动目标低视角视频测速方法，从监控像机获取的低视角视频中，选取一帧包含清晰路面标志特征的图像对摄像机进行标定，建立图像坐标与三维空间坐标之间的变换关系；通过背景减除与运动区域合并确定移动目标所在大致区域，然后通过特征点检测与持续跟踪生成特征点轨迹；对特征点轨迹进行聚类分析，确定特征点所属的移动目标；在每个移动目标中选取若干高度较小的特征点，根据图像坐标与三维空间坐标的变换关系确定特征点在三维空间中的运动距离，除以时间差得到特征点运动速度，取平均值作为移动目标运动速度。本发明充分考虑了机场场面低视角视频测速的特点，无需检测移动目标边界框，有利于提高测速的准确性和稳定性。

技术领域

本发明涉及机场场面视觉监视技术领域，尤其涉及一种机场场面移动目标低视角视频测速方法。

背景技术

视觉监视技术由于较高的可靠性、低廉的成本和便利的安装方式成为适合中小机场的新型非协作监视技术，在机场场面尤其是运行条件较为复杂的滑行道、停机坪区域的安全监控中起到愈发重要的作用。为实现以精确的四维轨迹(4-dimensional trajectory)为基础的场面运行控制与引导，视觉监视系统需要能够实时测量移动目标的运动速度。

对移动目标进行准确的三维空间定位是利用视觉技术进行测速的关键和基础。目前一般通过目标检测与跟踪确定图像中的移动目标边界框(bounding box)，然后根据边界框中心点坐标确定移动目标位置。当摄像机视角较高时，可以根据摄像机获取的俯视图准确计算目标边界框，移动目标高度或相对摄像机的方位对边界框的影响较小，边界框中心即为移动目标几何中心，可近似认为位于地面上，通过单应矩阵即可确定其三维空间坐标。而实际运行环境中，摄像机在机场场面的安装高度通常较低，只能获得低视角监控视频。此时目标边界框的中心点少与移动目标中心重合，且一般不在地面上，通过单目视觉难以确定其高度或距离，同时边界框的位置、大小易受移动目标与摄像机的相对方位以及目标检测算法稳定性的影响，准确计算移动目标位置较为困难。

发明内容

本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种机场场面移动目标低视角视频测速方法，通过检测多个图像特征点并对特征点进行持续跟踪和分析，实现低视角条件下对机场场面移动目标运动速度的稳定、准确测量。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种机场场面移动目标低视角视频测速方法，包括以下步骤：

步骤1、从安装在机场场面的监控像机获取的低视角视频中，选取一帧包含清晰场面道路特征的图像对摄像机进行标定；

步骤2、根据摄像机标定结果确定从图像坐标到三维空间坐标的变换关系；

步骤3、开始测速后，对机场场面监控视频每帧图像运动区域内的特征点进行检测，并在处理后续图像帧时，对检测到的特征点进行持续跟踪，并补充检测新的特征点，生成多条特征点轨迹；

步骤4、对每个运动区域的特征点轨迹进行聚类分析，确定不同移动目标包含的特征点轨迹；

步骤5、在每个移动目标中选取若干高度较低的特征点轨迹，根据特征点轨迹在最近M帧的图像坐标，计算特征点在三维空间中的运动距离；

步骤6、根据视频帧率确定M帧对应的运行时间，然后用特征点的三维空间运动距离除以运行时间，得到特征点M帧的平均运动速度；

步骤7、对多个特征点的运动速度取平均值，作为移动目标M帧的平均运动速度。

所述步骤1中，摄像机标定具体包括：