[发明专利]一种多PTZ相机的运动目标接力跟踪算法

摘要

本发明公开了一种多PTZ相机的运动目标接力跟踪算法，其特征是按如下步骤进行1、采用相机自标定方法估计PTZ相机的内参数矩阵；2、设置相邻PTZ相机之间的视野分割线；3、使用Logistic回归模型作为分类函数，结合均值漂移算法实现目标跟踪；4、跟踪过程中不断调整PTZ相机的角度，使得目标始终处于PTZ相机视野中心区域；5、当目标越过当前PTZ相机的视野分割线进入相邻PTZ相机监控视野时，计算出目标在相邻PTZ相机视野中的坐标，调用相邻PTZ相机继续对目标进行跟踪，并转动原PTZ相机回到预置位。本发明能够精确控制相机转动，对目标进行长时间稳定跟踪，从而获得目标完整的历史运动信息。

主权项

一种多PTZ相机的运动目标接力跟踪算法，其特征是按如下步骤进行：步骤1、针对所需拍摄的监控场景，架设M台PTZ相机C＝{C1,C2,…,Cm,…,CM}，Cm表示第m台PTZ相机；m≤M；并使得相邻两台PTZ相机的监控视野部分重叠，从而获得多帧有重叠区域的视频图像；定义第m台PTZ相机Cm的PTZ参数为：水平角度Pm、垂直角度Tm和变焦参数Zm；以所述视频图像的任一顶点为原点O，以所述原点O的两条邻边分别设置为X轴和Y轴构成坐标系XOY；步骤2、通过相机自标定算法对每台PTZ相机的内参数矩阵进行估计；步骤2.1、在第m台PTZ相机Cm所拍摄的视频图像中取任一帧视频图像作为初始图像，以所述初始图像为基准，调整所述第m台PTZ相机Cm的水平角度Pm和垂直角度Tm，分别获得所述初始图像在四个方向上的共N幅偏移图像；N≥4；步骤2.2、在所述初始图像和N幅偏移图像中分别提取特征点，从而获得特征点集合S＝{S0,S1,…,Si,…,SN}，S0表示所述初始图像中的特征点集合，S1,…,SN依次表示所述N幅偏移图像中的特征点集合；Si表示第i幅偏移图像中的特征点集合；步骤2.3、将所述初始图像中的特征点集合S0与所述N幅偏移图像中的每个特征点集合进行匹配，获得匹配点对集合F＝{F1,F2,…Fi,…FN}；1≤i≤N；Fi表示所述初始图像中的特征点集合S0与第i幅偏移图像中的特征点集合Si的匹配点对集合；所述匹配点对集合Fi中的任一匹配点对为表示所述第i幅偏移图像中的特征点集合Si中的第j个特征点坐标；表示所述初始图像中的特征点集合S0中的第j个特征点坐标；步骤2.4、以所述第m台PTZ相机Cm的主透镜光心为原点o，以主透镜的主光轴方向为z轴，与主透镜像平面像素坐标系的横方向U平行的方向为x轴，与主透镜像平面像素坐标系的竖直方向V平行的方向为y轴，从而建立世界坐标系o‑xyz；则所述匹配点对中的两个特征点坐标和在所述世界坐标系o‑xyz中对应于同一个坐标点F；步骤2.5、初始化j＝1；步骤2.6、对集合Fi中的第j个匹配点对为将式(1)和式(2)进行联立，获得关于所 述第m台PTZ相机Cm的内参数矩阵K的方程如式(3)所示：式(1)、式(2)和式(3)中，内参数矩阵K为3×3的矩阵，zc表示坐标点F在所述世界坐标系o‑xyz中的z轴坐标值；R0表示所述第m台PTZ相机Cm的初始图像的旋转矩阵；R1表示所述第m台PTZ相机Cm的第i幅偏移图像的旋转矩阵，并有：式(4)和式(5)中，α0和β0分别表示所述旋转矩阵R0所对应的第m台PTZ相机Cm的水平旋转角度和垂直旋转角度；α1和β1分别表示所述旋转矩阵R1所对应的第m台PTZ相机Cm的水平旋转角度和垂直旋转角度；步骤2.7、将j+1赋值给j；并执行步骤2.6，从而获得由μ个关于所述第m台PTZ相机Cm的内参数矩阵K的方程所组成的方程组，μ≥8；由所述方程组获得所述第m台PTZ相机Cm的内参数矩阵K；步骤3、设定每台PTZ相机的预置位参数，所述预置位参数包括：预置水平角度、预置垂直角度和预置变焦参数；并计算所述M台PTZ相机C的视野分割线L＝{L1,L2,…,Lm,…,LM‑1}；Lm表示第m台PTZ相机Cm与第m+1台PTZ相机Cm+1之间的视野分割线；步骤4、以第m台PTZ相机Cm所拍摄的视频图像作为参考图像，在所述参考图像中选定跟踪目标，并提取所述跟踪目标的目标特征；步骤5、根据所述目标特征，利用均值漂移算法计算所述跟踪目标在所述参考图像中的位置坐标，并在所述跟踪目标与所述参考图像的中心位置坐标之间的距离大于所设定的阈值T 时，调整所述第m台PTZ相机Cm的PTZ参数；步骤6、判断所述跟踪目标是否经过第m条视野分割线Lm，并在所述跟踪目标经过第m条视野分割线Lm时计算所述跟踪目标在第m+1台PTZ相机Cm+1的视频图像中的位置坐标，根据所述跟踪目标在第m+1台PTZ相机Cm+1的视频图像中的位置坐标调整所述第m+1台PTZ相机Cm+1的PTZ参数，使得所述第m+1台PTZ相机Cm+1以所述跟踪目标为监控视野中心，调用所述第m+1台PTZ相机Cm+1继续进行目标跟踪；同时，所述第m台PTZ相机Cm根据自身预置位参数回到预置位。