专利名称：基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法
技术领域：
本发明涉及视频监控技术领域中的视频深度指纹技术，尤其涉及一种基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法。
背景技术：
视频监控在当今社会已广泛使用，但是，目前主要为室内或小区内的近距离视频 监控。随着技术的发展和进步，远距离视频监控技术也逐渐成熟，并被应用于海上资源管 理、海上缉毒反走私、海事搜救、边海防监控、交通监控、核电站及石油仓储基地等重要场所 的监控，尤其是恶劣天气环境下。我国许多城市正在积极推进“平安城市”项目，国家正在大 范围试点的“3111”工程。“3111”工程是公安部组织的旨在全国范围内全面推动城市报警 与监控建设的重大工程项目，主要目的是要在重要的城市设置各种视频监控点，让城市“无 死角”，让生活在这个城市的人们没有安全之忧。视频监控点越来越多，已呈现有网络化的 特点。随着监控网络规模的不断扩大和监控视频应用的不断深入，视频数据海量增长，传统 的视频监控系统缺乏智能化，图像监看和调阅需要占用很大的人力资源，成为制约充分发 挥监控网络效能的瓶颈，因此，视频监控智能化成为视频监控技术发展的必然趋势。在智能视频监控中，目标的特征尺寸信息在目标分类以及非接触式身份识别应用 中具有重要意义。以人的身份识别应用为例，传统的视频监控系统主要是基于人脸的特征 来进行人员身份识别，该方面的研究较为深入，已经有较为成熟的专用人脸识别产品，但该 方法主要适用于近距离监控目标，且人脸的被动识别受光线、分辨率、姿态等对识别率的影 响较大。针对此，人们提出了基于目标步态的身份识别。步态与人脸是被认为具有可感知 与非接触等优点的生物特征，是目前被认为可以用于视觉监控系统中的身份识别的两个主 要生物特征，而步态识别则需要获得目标的身高信息。因此，目标的身高信息在远距离智能 视频监控中的身份别中具有重要意义。但是，传统的视频监控系统很难获取监控目标的特 征尺寸信息，主要是由于三维空间信息投影为二维影像，损失了大量三维空间信息，尤其是 空间深度信息的丢失，使得无法获取目标的距离，从而很难从传统视频监控系统输出的图 像中获得目标的特征尺寸(如高度和宽度)。为获取目标的特征尺寸信息，人们提出了基于聚焦或离焦的单目视觉技术和双目 视觉技术，以及利用特征参考物或摄像机标定并结合图像处理技术获取目标特征尺寸的方 法。单目视觉技术只采用一个摄像机，结构简单，但聚焦或离焦的方法获取目标距离信息， 导致操作性不强，不适于目前已广泛架设的监控网络系统；双目视觉检测方法原理类似人 的双眼，利用双目立体不一致性，用两台性能相同的摄像机，获取同一景物的两幅图像，计 算同一空间点在两幅图像中的立体视差(空间被测点在两台摄像机像平面上成像点位置 的差异)，便可得该点的深度信息，但由于存在图像立体匹配的问题，过于复杂，因此，其应 用也受到了局限，且该两种技术都需要对现有监控网络进行重新布设，增加了成本。而其他的图像处理技术，则需要在监控场景中存在参考物(AntonioCriminisi et al. ,A new approach to botain height measurements from video,Proc. SPIE,Vol. 3576,227-238 (1999))，或通过对监控场景设置参考点标定摄像机后然后通过图像处理获取目标 的特征尺寸(Joong Lee et al.，Effectiveheight measurement method of surveillance camera image，Forensic ScienceInternational，Vol. 177，17-23 (2007))，对于无参考物 的场景或者复杂场景都无法有效工作。鉴于此，本发明提出了获取目标特征尺寸信息的视频深度指纹技术，该技术通过 对传统视频监控系统赋予深度指纹来获取目标的特征尺寸信息，可在不增加现有视频监控 设备的硬件投入的前提下提高现有视频监控系统的智能性。
发明内容
(一)要解决的技术问题针对上述现有技术存在的不足之处，本发明的主要目的在于提出一种基于深度指 纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，以达到远距离目标特征尺寸信息提取智能化 的目的。( 二 )技术方案为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下一种基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，该方法通过距离选 通成像技术获取目标视频监控系统的监控场景感兴趣区的多个切片图像，将该多个切片图 像进行叠加获得感兴趣区的深度指纹，并将该深度指纹植入目标视频监控系统中；当监控 目标出现在感兴趣区时，将监控目标从背景中提取出来，然后与所述深度指纹进行匹配，确 定监控目标足部特征线所隶属的指纹纹线，该指纹纹线的空间距离信息为目标的距离信 息；获得目标距离信息之后，依据透视投影模型下的三维空间与二维像平面间的映射关系， 从监控图像中以像素为单位的待测目标特征线段长度反演出目标的特征尺寸信息。上述方案中，所述目标视频监控系统是欲植入深度指纹的待架设或已架设的具有 固定监控场景的传统视频监控系统。上述方案中，所述监控场景感兴趣区是指相对整个监控场景而言，人们感兴趣的 重点监控区域。在实际应用中，人们往往仅对监控场景的某局部区域感兴趣而非整个监控 场景，尤其是大视场监控。对于固定架设的视频监控系统，其监控区域通常是固定的，即输 出图像具有固定的场景。感兴趣区可以是监控区域的整体或者局部，仅当目标出现在该感 兴趣区域时，对其进行信息的提取。上述方案中，所述距离选通成像技术是利用脉冲激光器作为照明光源，采用具有 选通门的面阵探测器作为成像器件，通过控制选通门和激光脉冲之间的时序，实现对观察 区的切片成像；切片的位置R由成像器件选通门脉冲和激光脉冲间的延时τ确定
权利要求
1.一种基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其特征在于，该方法 通过距离选通成像技术获取目标视频监控系统的监控场景感兴趣区的多个切片图像，将该 多个切片图像进行叠加获得感兴趣区的深度指纹，并将该深度指纹植入目标视频监控系统 中；当监控目标出现在感兴趣区时，将监控目标从背景中提取出来，然后与所述深度指纹进 行匹配，确定监控目标足部特征线所隶属的指纹纹线，该指纹纹线的空间距离信息为目标 的距离信息；获得目标距离信息之后，依据透视投影模型下的三维空间与二维像平面间的 映射关系，从监控图像中以像素为单位的待测目标特征线段长度反演出目标的特征尺寸信 肩、ο
2.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目标视频监控系统是欲植入深度指纹的待架设或已架设的具有固定监控场 景的传统视频监控系统。
3.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述监控场景感兴趣区是相对整个监控场景而言，人们感兴趣的重点监控区域， 是监控区域的整体或者局部，仅当目标出现在该感兴趣区域时，对其进行信息的提取。
4.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述距离选通成像技术是利用脉冲激光器作为照明光源，采用具有选通门的面 阵探测器作为成像器件，通过控制选通门和激光脉冲之间的时序，实现对观察区的切片成像；切片的位置R由成像器件选通门脉冲和激光脉冲间的延时τ确定⑴其中，c为光速，当激光脉宽、远小于选通门宽tg时，图像切片的空间厚度可根据测量 要求，由选通门宽tg确定，其大小为D = 0-^(2)2公式O)中给出了图像的空间切片厚度，相应地，在获取图像切片时，步进延时的步长 大小等于选通门宽tg。
5.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述深度指纹是将通过距离选通成像技术获取的感兴趣区的多个切片图像以不 同灰度标示不同距离后进行图像叠加，进而获得类似人手指纹的监控场景感兴趣区的深度 指纹，相应地，每个图像切片对应一条深度指纹的纹线，该指纹纹线的距离信息r可由公式 ⑴和公式(2)给出r = R + ~(3)2不同作用距离下，成像像元对应的空间分辨率是不同的，因此，每条指纹纹线具有不同 的空间分辨率，深度指纹图像实际为多分辨图像的集合。
6.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目标足部特征线是监控图像中目标足部所对应的由像素集构成的线段，该 线段通过目标的外接矩形确定；对于视频监控而言，所感兴趣的目标主要是动态目标人或 可移动物品，而非固定的环境背景，这些目标的特点是它们均与环境背景接触，即目标的足 部均与地面接触；因此，可以将足部特征线作为匹配基元，采用局部匹配的方式匹配，通过
7.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述三维空间与二维像平面间的映射关系是指依据透视投影模型，以摄像机的 光心为坐标原点，以光轴为Z轴，建立摄像机坐标系，相应地在像面上建立图像坐标系，其 原点为摄像机光轴与成像平面的交点，χ与y轴分别平行于摄像机坐标系的X与Y轴，是平 面直角坐标系，则可获得空间点与图像点之间的对应的映射关系= (4)UJ /UJ公式中X，Y和Z为目标的三维空间坐标，X和y为目标在二维像平面图像物理坐 标，f为成像器件的焦距；公式(4)表明，X向和Y向的距离精度依赖于Z向的距离精度；由 于观察景深距系统较远，对于(X，Y，Z)处目标到系统的距离r= (X2+Y2+Z2)"2 Z，因此，可 认为同一 Z平面上的各点到系统的距离相等，Z向距离由公式(3)确定；为了便于计算机处 理，在像平面建立计算机坐标系u-v，其坐标(u，ν)是以像素为单位像面内的坐标，计算机坐标系与图像坐标系的关系为 χi 0)/ \ u-u00 JjVv"v0 ,5公式(5)中，i和j分别为成像器件的χ和y向的像元分辨率，(Utl, v0)为图像坐标系 原点在计算机坐标系中的坐标。
8.根据权利要求1所述的基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，其 特征在于，所述目标特征尺寸信息的反演是指监控图像中的目标从背景中提取出来之后， 通过目标足部特征线与深度指纹匹配确定目标所隶属的指纹纹线，隶属纹线的距离信息即为目标的距离信息，然后获取监控图像中目标的特征线段的特征向量 L由公式(4)vRj和(5)可得出与目标特征线段对应的目标特征尺寸L为 L = j{[(uL~uR)i]2+[(vL-vR)j]2y/2(6)公式(6)中，(uL, vL)和(uK，vK)分别为计算机坐标系中目标特征线段左端点和右端端 点的坐标；相应地特征尺寸最大误差为Lm^ai-^{[(n, -uR)if +[(ν,-ν,);]2}"2 (7)因此，在针对目标监控系统获取感兴趣区的深度指纹时，能够根据测量要求由公式(7) 确定图像切片厚度，即确定选通门宽tg。CN 102073863 A权禾丨J 要求书2/2页分析目标足部特征线所在的指纹纹线，确定目标所隶属的纹线；由于每条视频指纹纹线为 像素集，因此，纹线匹配的目的就是确定目标足部匹配基元所隶属的纹线像素集。
全文摘要
本发明公开了一种基于深度指纹获取远距离视频监控目标特征尺寸的方法，通过距离选通成像技术获取目标视频监控系统的监控场景感兴趣区的多个切片图像，将该多个切片图像进行叠加获得感兴趣区的深度指纹，并将该深度指纹植入目标视频监控系统中；当监控目标出现在感兴趣区时，将监控目标从背景中提取出来，与所述深度指纹进行匹配，确定监控目标足部特征线所隶属的指纹纹线，该指纹纹线的空间距离信息为目标的距离信息；获得目标距离信息之后，依据透视投影模型下的三维空间与二维像平面间的映射关系，从监控图像中以像素为单位的待测目标特征线段长度反演出目标的特征尺寸信息。本发明解决了传统远距离视频监控系统获取目标特征尺寸信息难的问题。
文档编号G06K9/46GK102073863SQ201010564580
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月24日 优先权日2010年11月24日
发明者刘育梁, 周燕, 王新伟, 范松涛 申请人:中国科学院半导体研究所