[发明专利]一种视觉感知网络中摄像机的组合选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及摄像机选择方法，属于计算机视觉和视频数据处理技术领域，具体地说是一种视觉感知网络中摄像机的组合选择方法。

背景技术

近年来，由于摄像机的广泛应用于安全监控、人机交互、导航定位、战场环境感知等领域，多摄像机系统成为计算机视觉及其应用领域的研究热点之一。尤其在基于视频的监控和人机交互等应用中，由多个摄像机组成的视觉感知网络VSN(VisualSensor Network)能有效解决单摄像机存在的目标观察过程中自遮挡等问题，但也产生了大量冗余信息，增加了系统存储、视觉计算和网络传输的负担。因此，如何从多路视频中选取并推送富信息量的视频，就成为视觉感知网络及其应用的关键问题之一。与基于视频数据的摄像机选择问题类似，在图形学领域中针对三维模型观察的视角选择问题也进行了广泛研究，如文献1Vazquez P，Sbert M.Fast adaptive selection ofbest views.Lecture Notes in Computer Science,2003,2669:295–305中对已知的几何模型求取不同视角下的视点熵，并根据其大小选择最优视角，但与摄像机选择问题不同的是，前者要求预先得到被观察对象的精确模型定义，且模型大多在特定图形环境中构建因而分析过程不需要考虑背景和光照等因素影响。另一方面，一般传感器网络节点选择问题如文献2Mo Y.,AmbrosinoR.,and Bruno Sinopoli.Sensor Selection Strategies for StateEstimation in Energy Constrained Wireless Sensor Networks.Automatica,2011,47(7):1330-1338和文献3Huber,M.F.Optimal pruning for multi-Step sensor scheduling.IEEETransactions on automatic control.2012,57(5):1338–1343中均采用被观测目标与传感器之间的位置作为传感器节点选择的依据，而摄像机感知环境具有方向性，不能简单根据目标与摄像机节点的位置关系选择最优摄像机，例如安全监控应用中更希望看到人的正面图像而不是近距离背影图像。

已有的摄像机选择方法根据视觉感知网络内摄像机节点视域覆盖范围重叠情况可分为广域内无视域重叠的摄像机选择方法和具有部分或全部重叠视域的摄像机选择方法。其中无视域重叠的摄像机选择方法为实现大范围内的目标持续跟踪等需求，根据对目标运动的预测对分散布设的摄像机网络中的节点进行选择；本发明为满足安全监控和人机交互等应用需求，主要研究具有部分或全部视域重叠范围中观察到相同目标的摄像机选择方法。在此类方法中，根据被选摄像机的数量又可分为单摄像机选择方法和摄像机组合选择方法两类。其中单摄像机选择方法在特定的选择时间点上，依据提出的选择准则仅选择一个最优视角作为输出，此时，选择标准的设计即视觉信息量评价标准成为摄像机的选择的关键，而摄像机与摄像机之间无需考虑各自捕获信息之间的相似性。在选择标准的设计方面，通常可分为基于视频图像内容的选择与基于视频中目标在客观世界空间位置关系两类，如文献4Daniyal F.,Taj M.,Cavallaro A Contentand task-based view selection from multiple video streams.Multimedia Tools andApplications,2010,46:235–258中提取视频产品中运动的多少、目标的类型、大小和位置和视频中是否发生投篮事件等视频特征，根据特征的上下文信息实现基于内容的摄像机的选择，此类方法仅对摄像机获取的视频图像内容进行特征提取和评分比较，不需要对摄像机网络内各节点感知的内容进行相似性度量。基于视频中目标的空间位置关系对摄像机进行选择的方法，如文献5Park J,Bhat C,Kak AC.A look-up table basedapproach for solving the camera selection problem in large camera networks.ACMWorkshop on Distributed Smart Cameras,2006中将摄像机视角范围内的空间建立成一个对应摄像机查找表，摄像机选择过程中根据目标与各摄像机的空间位置关系，在表中选择距离最近的摄像机节点，该类方法前提是场景中摄像机必须经过精确的摄像机标定处理，否则无法从各摄像机的视频图像中得到目标的准确空间位置，同时该方法不考虑目标在场景中的朝向信息，应用于安全监控等领域时无法始终捕获目标正面图像。上述方法选择结果均仅有一个最优摄像机，没有考虑选择结果中通过多个摄像机的组合方式互相弥补彼此视角的限制，因而不会考察摄像机之间的信息相似程度和冗余情况。