[发明专利]基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现方法和装置

说明书

基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现方法和装置，方法包括：(1)对摄像机进行标定，建立摄像机坐标系、成像平面坐标系和三维空间坐标系的齐次变换矩阵；(2)通过图像采集卡和摄像机对待监控区域的视频图像进行采集；(3)提取波门内目标的特征信息；(4)搜索框内利用提取的特征和目标波门内的相应特征进行相关滤波运算；(5)求取目标在搜索区域不同位置的响应值；(6)确定目标框的大小和位置，并确定目标形心在图像中的坐标；(7)将步骤(6)中的目标在图像中的形心坐标按照步骤(1)中得到的齐次变换进行坐标变换；(8)按照步骤(7)中的方法进行计算，得出目标在三维空间的坐标；(9)将步骤(8)的计算结果输出和显示。

技术领域

本发明涉及目标跟踪和坐标转换的技术领域，尤其涉及一种基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现方法，以及基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现装置。

背景技术

基于视觉的目标跟踪技术目前已经在视频监控、视觉导航等众多领域得到了成功的应用，通过将目标在图像上运行的形心进行连线，可以得到目标在图像上的运动轨迹，通过对目标的运动轨迹进行分析，能够进一步对目标的行为或意图进行识别。因此目前已经得到了国内外学者和相关科研单位的广泛关注。

但是由于图像成像过程中的透视原理，目标在真实三维空间中的运动轨迹与图像中所得到的运动轨迹有着较大的差别，难以进行直观的判断，为基于图像中目标运动轨迹的目标行为或意图的识别带来较大的困难。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现方法，其仅利用单个摄像机既能实现目标快速的跟踪，同时又能够实现将目标在图像中的坐标转换为三维空间坐标的功能，使得不但对目标运动的进一步分析变得简单易行，而且可以增加目标行为识别的准确性。

本发明的技术方案是：这种基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现方法，其包括以下步骤：

(1)对摄像机进行标定，建立摄像机坐标系、成像平面坐标系和三维空间坐标系的齐次变换矩阵；

(2)通过图像采集卡和摄像机对待监控区域的视频图像进行采集；

(3)提取波门内目标的特征信息；

(4)搜索框内利用提取的特征和目标波门内的相应特征进行相关滤波运算；

(5)根据步骤(4)的计算结果求取目标在搜索区域不同位置的响应值；

(6)根据步骤(5)的计算结果确定目标框的大小和位置，并确定目标形心在图像中的坐标；

(7)将步骤(6)中的目标在图像中的形心坐标按照步骤(1)中得到的齐次变换进行坐标变换；

(8)按照步骤(7)中提出的方法进行计算，得出目标在三维空间的坐标；

(9)将步骤(8)的计算结果进行输出和显示。

本发明通过对摄像机进行标定，实现将摄像机坐标、成像平面坐标系与三维空间坐标系之间的齐次变换关系，通过视频采集卡实现摄像机采集的视频的编解码，并通过指定接口将采集的视频信息传送至计算机，计算机利用基于相关滤波的目标跟踪算法对目标进行跟踪，并将目标形心位置由图像坐标转换至三维空间坐标并进行显示，从而仅利用单个摄像机既能实现目标快速的跟踪，同时又能够实现将目标在图像中的坐标转换为三维空间坐标的功能，使得不但对目标运动的进一步分析变得简单易行，而且可以增加目标行为识别的准确性。

还提供了基于单摄像机的目标跟踪及轨迹三维重现装置，其包括：摄像机(11)、视频采集设备(12)、计算机(13)；

摄像机是光电信号的感应设备，将待监控区域的光信号映射到电子成像器件上，使之转换为相应的电信号，并量化和编码；