視頻監(jiān)控中基于攝像機(jī)標(biāo)定的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)三維空間定位技術(shù)的研究.pdf

1、智能視頻監(jiān)控中，隨著監(jiān)控場(chǎng)景復(fù)雜度的增加，基于二維圖像的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤已不能滿足連續(xù)可靠跟蹤的需求。由于攝像機(jī)獲取的每幅圖像受到其位置和方向、以及周圍環(huán)境條件等多種因素的影響，即使對(duì)同一場(chǎng)景不同的攝像機(jī)獲得的圖像也不盡相同。在進(jìn)行多攝像機(jī)的目標(biāo)匹配跟蹤中最為可靠的特征就是它的三維空間坐標(biāo)。因此，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在三維空間的定位技術(shù)成為多攝像機(jī)系統(tǒng)中目標(biāo)跟蹤的關(guān)鍵技術(shù)之一，其研究正受到研究人員越來越廣泛的關(guān)注。
　　本文研究在對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)準(zhǔn)確檢

2、測(cè)的基礎(chǔ)上，通過攝像機(jī)標(biāo)定技術(shù)，建立統(tǒng)一的世界坐標(biāo)系，然后根據(jù)攝像機(jī)的位置關(guān)系和投影矩陣實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)空間位置上的準(zhǔn)確定位。本文主要研究了兩種類別的空間定位的方法——空間相對(duì)位置的定位和空間絕對(duì)位置的定位，并且提出了完整的優(yōu)化算法。本文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　（1）在基本矩陣優(yōu)化計(jì)算中，采用 Surf算法提取特征點(diǎn)，然后進(jìn)行三級(jí)特征點(diǎn)匹配剔除誤匹配點(diǎn)計(jì)算兩個(gè)攝像機(jī)之間的基礎(chǔ)矩陣。即首先利用特征點(diǎn)最近距離與次近距離的比為準(zhǔn)則進(jìn)行

3、初級(jí)匹配；然后統(tǒng)計(jì)初級(jí)匹配點(diǎn)對(duì)的主方向差值的直方圖，對(duì)應(yīng)直方圖最大值的Bin周圍10％的范圍認(rèn)為是匹配點(diǎn)對(duì)；最后采用LMeds方法對(duì)中級(jí)匹配點(diǎn)對(duì)進(jìn)行魯棒性匹配得到魯棒的匹配點(diǎn)對(duì)，用于計(jì)算基本矩陣。
　?。?）在計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維空間相對(duì)坐標(biāo)中，研究了攝像機(jī)自標(biāo)定方法。針對(duì) Kruppa方程提出了基于粒子群優(yōu)化算法和遺傳算法的混合優(yōu)化算法求出攝像機(jī)內(nèi)參數(shù)的方法；利用基礎(chǔ)矩陣和本質(zhì)矩陣分解計(jì)算兩個(gè)攝像機(jī)之間的位置關(guān)系并確定攝像機(jī)的外參

4、數(shù)的符號(hào)，由計(jì)算的攝像機(jī)內(nèi)外參數(shù)得到投影矩陣。最后利用空間中已知的兩點(diǎn)之間的距離計(jì)算比例因子，通過投影矩陣和目標(biāo)圖像坐標(biāo)位置，由三角形定位原理計(jì)算出的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)空間三維坐標(biāo)。
　?。?）在計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維空間絕對(duì)坐標(biāo)中，研究了攝像機(jī)基于標(biāo)定物的標(biāo)定方法。首先利用平面模板標(biāo)定方法計(jì)算主點(diǎn)坐標(biāo)和縱橫比，然后采用Tsai的攝像機(jī)模型，引入GPS建立世界坐標(biāo)系。通過攜帶GPS接收器測(cè)得五個(gè)或五個(gè)以上運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)，及圖像中相應(yīng)點(diǎn)的二維

5、坐標(biāo)，進(jìn)行攝像機(jī)標(biāo)定，并計(jì)算其投影矩陣；為了得到精確的標(biāo)定參數(shù)，利用初次得到的投影矩陣將三維空間坐標(biāo)投影到二維圖像坐標(biāo)與真實(shí)二維圖像坐標(biāo)的差值，通過迭代優(yōu)化求得更為精確的攝相機(jī)參數(shù)。最后利用反投影矩陣和需要定位的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)圖像坐標(biāo)計(jì)算運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維空間絕對(duì)坐標(biāo)位置。
　　論文通過多個(gè)監(jiān)控視頻序列對(duì)所提算法進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提出的基礎(chǔ)矩陣優(yōu)化算法可以得到較準(zhǔn)確的估計(jì)結(jié)果，而相對(duì)空間坐標(biāo)和絕對(duì)空間坐標(biāo)下的目標(biāo)空間定位算法的