基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及周界報(bào)警技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周 界報(bào)警方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 基于視頻的目標(biāo)檢測(cè)部分基于計(jì)算機(jī)視覺分析技術(shù)，對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行分類識(shí)別或 采用前背景分離進(jìn)行目前提取，并對(duì)分離后的圖像目標(biāo)進(jìn)行禁區(qū)或者拌線檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)報(bào)警。 目前通過視頻分析的方法由于目標(biāo)與背景對(duì)比度、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)紋理特征、樹葉晃動(dòng)、光線、陰 影等問題，會(huì)存在較多的誤報(bào)和漏報(bào)，一般很難滿足實(shí)際應(yīng)用需求。例如，基于壓力傳感器 或者、震動(dòng)傳感器等方式，由于會(huì)受到壓力探測(cè)不敏感，遠(yuǎn)處震動(dòng)等問題導(dǎo)致一定程度的漏 報(bào)和誤報(bào)。
[0003] 另外，市場(chǎng)上依靠依靠紅外、微波等設(shè)備，也會(huì)因光線變化、溫度變化、樹葉遮擋、 波束反射等問題，也會(huì)存在較多的誤報(bào)和漏報(bào)，可用性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的旨在至少解決所述技術(shù)缺陷之一。
[0005] 為此，本發(fā)明的目的在于提出一種基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方 法，通過視頻分析結(jié)果與雷達(dá)報(bào)警檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行雙向校驗(yàn)，對(duì)周界防范區(qū)域內(nèi)的異常運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)進(jìn)行入侵報(bào)警。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的實(shí)施例提供一種基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周 界報(bào)警方法，包括如下步驟：
[0007] 步驟S1，采集目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控視頻圖像，將所述監(jiān)控視頻圖像與所述目標(biāo)區(qū)域的 三維模型進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)映射，計(jì)算透視投影矩陣M，其中，所述透視投影矩陣Μ用于表征所述 監(jiān)控視頻圖像中圖像特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)與所述三維模型中三維特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的對(duì)應(yīng) 關(guān)系；
[0008] 步驟S2,提取所述監(jiān)控視頻圖像的多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，獲取所述多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二維 坐標(biāo)，根據(jù)每個(gè)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二維坐標(biāo)和所述透視投影矩陣，計(jì)算該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的三 維坐標(biāo)，判斷每個(gè)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)是否符合預(yù)設(shè)視頻報(bào)警規(guī)則，如果符合，則將所 述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)記為視頻報(bào)警三維坐標(biāo)；
[0009] 步驟S3,采用二維激光雷達(dá)對(duì)所述目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行激光掃描，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與激光掃 描面相交時(shí)，判斷符合預(yù)設(shè)雷達(dá)報(bào)警規(guī)則，則將所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)報(bào)警信息轉(zhuǎn)換為 三維坐標(biāo)，記為雷達(dá)報(bào)警三維坐標(biāo)；
[0010] 步驟S4,將所述視頻報(bào)警三維坐標(biāo)和所述雷達(dá)報(bào)警三維坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，如果二者 一致，貝發(fā)出報(bào)警信號(hào)。
[0011] 進(jìn)一步，在所述步驟S1中，將所述監(jiān)控視頻圖像所述目標(biāo)區(qū)域的三維模型進(jìn)行對(duì) 應(yīng)點(diǎn)映射，得到所述視頻圖像中圖像特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)與所述三維模型中三維特征點(diǎn)的三 維坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用最小二乘法計(jì)算透視投影矩陣Μ。
[0012] 進(jìn)一步，在所述步驟S2中，采用高斯背景模型從所述監(jiān)控視頻圖像中分離出所述 多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
[0013] 進(jìn)一步，在所述步驟S2中，所述視頻報(bào)警規(guī)則存儲(chǔ)有所述目標(biāo)區(qū)域的邊界的三維 坐標(biāo)，當(dāng)所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)鄰近所述目標(biāo)區(qū)域的邊界的三維坐標(biāo)時(shí)，判斷符合所述 預(yù)設(shè)視頻報(bào)警規(guī)則。
[0014] 進(jìn)一步，在所述步驟S3中，所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)信息包括：雷達(dá)位置坐標(biāo) Ρ0、雷達(dá)前向投影坐標(biāo)Ρ1及對(duì)應(yīng)角度al、雷達(dá)標(biāo)定投影坐標(biāo)Ρ2及對(duì)應(yīng)角度a2、報(bào)警角度 AlarmAngle和目標(biāo)距離AlarmDist。
[0015] 進(jìn)一步，在所述步驟S3中，將所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)信息轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)，包 括如下步驟：
[0016] 首先，計(jì)算標(biāo)定位置線向量lineDir:
[0017] lineDir=P2-P1，其中，lineDir向量方向?yàn)樾〗嵌鹊酱蠼嵌取?br>[0018] 然后，計(jì)算前向向量frontDir及軸向量axisDir:
[0019] frontDir=P1-P0,
[0020] axisDir=lineDirXfrontDir；
[0021] 其次，計(jì)算報(bào)警向量AlarmDir，
[0022] fRotAngle = (AlarmAngle-al)*PI/180，
[0023] 繞軸向量旋轉(zhuǎn)角度f(wàn)RotAngle得到報(bào)警向量AlarmDir;
[0024] 最后，計(jì)算報(bào)警坐標(biāo)（x，y，z):
[0025] (x,y,z) =P0+AlarmDir*AlarmDist〇
[0026] 進(jìn)一步，在所述步驟S4中，將所述視頻報(bào)警三維坐標(biāo)和所述雷達(dá)報(bào)警三維坐標(biāo)進(jìn) 行比對(duì)后，如果不一致，則分為僅雷達(dá)報(bào)警情況和僅視頻報(bào)警情況，
[0027] 在所述僅雷達(dá)報(bào)警情況下，對(duì)于所述雷達(dá)報(bào)警三維坐標(biāo)采用圖像鄰域目標(biāo)搜索算 法獲得最終報(bào)警目標(biāo)位置；
[0028] 在所述僅視頻報(bào)警情況下，對(duì)于所述視頻報(bào)警三維坐標(biāo)進(jìn)行雷達(dá)前向報(bào)警查詢及 報(bào)警概率分析。
[0029] 進(jìn)一步，針對(duì)僅雷達(dá)報(bào)警情況，采用圖像鄰域目標(biāo)搜索算法獲得最終報(bào)警目標(biāo)位 置，包括：根據(jù)所述雷達(dá)報(bào)警信息，從所述視頻監(jiān)控圖像中查找運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，通過圖像空間的 歐式距離進(jìn)行判斷，得到最終報(bào)警目標(biāo)位置。
[0030] 進(jìn)一步，針對(duì)僅視頻報(bào)情況，所述雷達(dá)前向報(bào)警查詢及報(bào)警概率分析，包括：根據(jù) 所述視頻三維坐標(biāo)，如果檢測(cè)到在預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)有雷達(dá)報(bào)警對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，則將該雷 達(dá)報(bào)警對(duì)應(yīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置到視頻報(bào)警的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離和時(shí)間作為權(quán)值計(jì)算報(bào)警概率。
[0031] 根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方法，通過視頻分 析結(jié)果與雷達(dá)報(bào)警檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行雙向校驗(yàn)，加入了基于概率決策的復(fù)合校驗(yàn)邏輯，對(duì)周界 防范區(qū)域內(nèi)的異常運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行入侵報(bào)警，有效提高檢測(cè)精確度，降低誤報(bào)和漏報(bào)情況。
[0032] 本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變 得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。
【附圖說明】
[0033] 本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0034] 圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方法的流 程圖；
[0035] 圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的透視投影矩陣與視頻映射的關(guān)系示意圖；
[0036] 圖3 (a)和圖3 (b)為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的視頻圖像和查詢圖的示意圖；
[0037] 圖4為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的激光雷達(dá)掃描面的示意圖；
[0038] 圖5為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例激光雷標(biāo)定與報(bào)警坐標(biāo)計(jì)算的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0040] 本發(fā)明提出一種基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方法，該方法通過對(duì)二 維激光雷達(dá)與視頻分析數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)合校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)周界防范區(qū)域內(nèi)的異常運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行入 侵報(bào)警。
[0041] 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例的基于二維激光雷達(dá)和視頻分析的周界報(bào)警方法，包 括如下步驟：
[0042] 步驟S1，采集目標(biāo)區(qū)域的監(jiān)控視頻圖像，將監(jiān)控視頻圖像與目標(biāo)區(qū)域的三維模型 進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)映射，計(jì)算透視投影矩陣M。
[0043] 具體地，將監(jiān)控視頻圖像目標(biāo)區(qū)域的三維模型進(jìn)行對(duì)應(yīng)點(diǎn)映射，根據(jù)多個(gè)對(duì)應(yīng)點(diǎn) 求出透視投影矩陣的參數(shù)信息，得到視頻圖像中圖像特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)與三維模型中三維 特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，利用最小二乘法計(jì)算透視投影矩陣M。
[0044] 其中，透視投影矩陣Μ用于表征監(jiān)控視頻圖像中圖像特征點(diǎn)的二維坐標(biāo)（u，v)與 三維模型中三維特征點(diǎn)的三維坐標(biāo)（X，y，Z)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即，視頻圖像上每個(gè)像素都可以 通過Μ計(jì)算出對(duì)應(yīng)的三維位置。
[0045]
[0046] 步驟S2,提取監(jiān)控視頻圖像的多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，獲取多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二維坐標(biāo)，根據(jù) 每個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二維坐標(biāo)和透視投影矩陣，計(jì)算該運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的三維坐標(biāo)。
[0047] 在本步驟中，采用高斯背景模型從監(jiān)控視頻圖像中分離出多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)?；趥?統(tǒng)的視頻分析理論，通過前背景分離算法的高斯背景模型對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行提取。
[0048] 具體地，通過對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的學(xué)習(xí)和分類，結(jié)合視頻報(bào)警規(guī)則，能夠?qū)Ψ钦＿\(yùn)動(dòng) 目標(biāo)進(jìn)行報(bào)警分析判斷。如圖2所示，一旦提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二維坐標(biāo) (u，v)和標(biāo)定矩陣Μ將視頻，通過公式（1)得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置Ρ的三維坐標(biāo)。
[0049] 在確定上一步的透視投影矩陣Μ后，就得到了圖像UV與三維坐標(biāo)的投影關(guān)系。如 圖3(a)和圖3(b)所示，在生成映射圖的同時(shí)會(huì)生成一副查詢圖，查詢圖采用RGB32格式， 其中RGB分別對(duì)應(yīng)X，y，z坐標(biāo)。
[0050] 判斷每個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的三維坐標(biāo)是否符合預(yù)設(shè)視頻報(bào)警規(guī)則，如果符合，則將運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)的三維坐標(biāo)記為視頻報(bào)警三維坐標(biāo)。
[0051] 需要說明的是，視頻報(bào)警規(guī)則存儲(chǔ)有目標(biāo)區(qū)域的邊界的三維坐標(biāo)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的 三維坐標(biāo)鄰近目標(biāo)區(qū)域的邊界的三維坐標(biāo)時(shí)，判斷符合預(yù)設(shè)視頻報(bào)警規(guī)則。
[0052] 步驟S3,采用二維激光雷達(dá)對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行激光掃描，當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與激光掃描面 相交時(shí)，判斷符合預(yù)設(shè)雷達(dá)報(bào)警規(guī)則，則將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)應(yīng)的雷達(dá)報(bào)警信息轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)， 記為雷達(dá)報(bào)警三維坐標(biāo)。
[0053] 如圖4所示，二維激光雷達(dá)以一定的傾角垂直向下安裝，會(huì)形成一個(gè)180度的激光 掃描面，一旦運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與掃描面發(fā)生相交，就會(huì)根據(jù)預(yù)設(shè)雷達(dá)報(bào)警規(guī)則觸發(fā)報(bào)警。
[0054]