[发明专利]一种基于时空轨迹的公共空间社交距离测量和分析方法

说明书

本发明公开了一种基于时空轨迹的公共空间社交距离测量和分析方法。该方法基于时空轨迹，度量过程中不仅逐帧考虑了跟踪目标之间的欧式距离，而且考虑了时空轨迹之间的离散Fréchet距离，从静态和动态、局部和整体角度形成了一个综合的视觉社交距离解决方案。另外，该方法采集制作了行人数据集“SCU‑VSD”，并设计了一个多尺度的社交距离分析评估方案，从多种时间尺度，对行人社交距离和人群聚集情况进行评估分析。本发明涉及视觉社交距离技术，可应用于智能监控领域。

技术领域

本发明涉及视觉社交距离技术，具体涉及一种基于时空轨迹的公共空间社交距离测量与分析方法，属于计算机视觉、智能监控领域。

背景技术

自2019年12月以来，新型冠状病毒(COVID-19)在全世界范围内大爆发，对人类的生命健康造成巨大威胁，并对社会和经济造成严重影响。目前研究证据表明，新冠病毒主要经由人与人之间密切接触，通过呼吸飞沫传播。其中，无症状感染者或在症状出现前的感染者同样可能会传播病毒。对于流行疾病而言，主要的防控措施包括疫苗接种，治疗，隔离，和预防。但目前新冠病毒的疫苗尚未进入全面推广阶段，并且在全球多地已检测出具有更强传染力的新冠病毒变异毒株。在当前新冠疫情很难在短期内结束的情形下，控制和降低感染风险的有效措施之一是在公共场所与他人保持安全的社交距离。

近几年，随着数字化和智能城市建设的发展，从公共空间获取的视频数据呈爆炸性增长。与其他非视觉大数据相比，视频数据包含有关“人”的丰富的时空信息，是对非可视大数据的有力补充，具有不可替代的优势。利用视频数据研究分析人类轨迹可以更为精确地挖掘各种复杂场景中人类活动，而基于人类轨迹的分析方法在流行病学分析中也具有相当重要的意义。因此，在新冠疫情期间，利用公共场所的监控录像，根据行人的时空轨迹来测量和分析行人之间的社交距离，并根据人群聚集情况采取适当的防疫措施，这具有重要的理论意义和研究价值。

该研究课题被称为视觉社交距离(Visual Social Distance,VSD)技术，是指依靠摄像机或者其他成像传感器来分析人们的近距离行为的方法。目前的视觉社交距离技术主要是基于检测实现的，即利用视频序列，逐帧对行人进行检测和校准，并在鸟瞰图平面逐帧度量所检测行人之间的欧式距离，以此测算行人之间的社交距离。基于检测的VSD方法是从静态和局部的角度来研究视觉社交距离问题的。然而，在新冠疫情期间，应该考虑的问题是对公共场所中行人的社交距离进行持续的测量和分析，而不是只关注一个特定的时刻。因此，应从动态和时空的角度出发，在一段时间内基于行人的时空轨迹对其社交距离进行测量和分析。

发明内容

本发明为解决上述问题提供了一种基于时空轨迹的公共空间社交距离测量和分析方法，该方法不仅逐帧度量了跟踪目标轨迹采样点之间的欧式距离，而且度量了跟踪目标时空轨迹之间的离散弗雷歇(Fréchet)距离，从静态和动态、局部和整体的角度形成了一个综合VSD解决方案。另外，该方法还提供了一套多尺度社交距离分析评估方案，在多种时间尺度下对公共空间中人群聚集情况进行分析评估。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种基于时空轨迹的公共空间社交距离测量与分析方法，包括以下步骤：

步骤一：利用基于检测的在线实时多目标跟踪(Multi-Object Tracking，MOT)算法对视频中的行人进行跟踪，获取行人的时空轨迹；

步骤二：计算视频的透视变换矩阵，将原始视频进行透视变换，校准到鸟瞰图平面下，并得到鸟瞰图中校准后的行人时空轨迹；

步骤三：在鸟瞰图中，度量校准后时空轨迹之间的距离，并以此测算真实场景中行人之间的社交距离；

步骤四：设计多尺度社交距离分析评估方案，在多种时间尺度下，对行人的社交距离和聚集情况进行分析评估。

作为步骤一中在线实时多目标跟踪算法，其说明如下：