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专利号: 2016101608244
申请人: 阜阳师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2023-08-11
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种多运动目标视频监控系统,包括若干摄像头和视频数据处理单元、中央控制单元、用户显示终端,每个摄像头连接其对应的视频数据处理单元,所述视频数据处理单元连接所述中央控制单元,所述中央控制单元与所述用户显示终端连接,其特征在于:还包括用于运动目标定位的目标定位模块和用于控制云台摄像头偏转方向和角度的摄像头控制模块,所述视频数据处理单元通过以太网络连接所述中央控制单元;所述摄像头为云台摄像头,每个摄像头经过定标处理,所述摄像头控制模块连接所述摄像头;

所述视频数据处理单元包括用于提取运动目标特征的目标检测模块,用于寻找与运动目标最相似候选目标的目标跟踪模块,以及用于与所述中央控制单元进行数据传输的通讯子模块;所述摄像头连接所述目标检测模块,所述目标检测模块连接所述目标跟踪模块,所述通讯子模块分别与所述目标跟踪模块、目标定位模块、摄像头控制模块双向连接;

所述中央控制单元包括用于与所述通讯子模块连接的通讯模块,用于对接收到的数据进行同步处理的虚拟同步模块,用于整合各个摄像头获取的局部信息的数据关联模块,用于判断摄像头跟踪运动目标所需偏转方向和角度的摄像头管理模块;所述通讯模块连接各个视频数据处理单元的通讯子模块,所述虚拟同步模块、数据关联模块、摄像头管理模块与所述通讯模块双向连接;

所述用户显示终端用于对运动目标的运动航迹进行显示。

2.根据权利要求1所述的多运动目标视频监控系统,其特征在于:所述中央控制单元为级联结构,包括初级控制单元和终级控制单元,所述初级控制单元与各自区域内的视频数据处理单元相连接,不同区域内的初级控制单元通过终级控制单元连接在一起,所述用户显示终端与所述终级控制单元连接。

3.根据权利要求1所述的多运动目标视频监控系统,其特征在于:所述虚拟同步模块包括时间同步模块和特征同步模块;

所述时间同步模块通过串口与所述视频数据处理单元连接,以一定的频率向各个视频数据处理单元发送时间同步信号;

所述特征同步模块将接收到的目标信息临时存储,当一个数据包到达时,解析该数据包中的目标信息和打包时间,根据临时存储的目标信息来估计该时间点上其他视频数据处理单元传输来的目标信息来进行同步。

4.一种多运动目标追踪监测方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:摄像头定标处理;

步骤2:摄像头实时获取监控区域内的视频信息,并传送给各自的视频数据处理单元;

步骤3:视频数据处理单元对图像序列进行三帧差分检测,获取运动目标的特征信息;

步骤4:视频数据处理单元将卡尔曼滤波和均值偏移算法相结合跟踪运动目标,得到候选目标区域;

步骤5:在候选目标区域中进行运动目标的特征匹配,得出候选目标;

步骤6:目标定位模块根据结合DEM数据对候选目标进行位置确定;

步骤7:中央控制单元对来自不同视频数据处理单元的候选目标信息进行同步;

步骤8:中央控制单元建立匹配模型,实现目标关联和航迹关联;

步骤9:摄像头管理模块根据虚拟目标信息计算不同摄像头的偏转方向和角度,并将数据一起传送给各个摄像头控制模块;

步骤10:摄像头控制模块接收不同摄像头的控制信息,仅提取与自身匹配的控制信息,并控制摄像头偏转;

其中,所述步骤4采用扩展的卡尔曼滤波和改进的均值偏移算法,具体包括,

步骤4.1:自动初始化稳定的新目标,确定卡尔曼滤波器的初始状态向量;

步骤4.2:利用初始化后的卡尔曼滤波器预测当前时刻当前帧的候选目标位置;

步骤4.3:以卡尔曼滤波器预测的候选目标位置为均值偏移算法的迭代起始点,开始均值偏移迭代过程,直至收敛,得到预测的目标位置;

步骤4.4:将均值偏移算法得到的预测目标位置作为卡尔曼滤波器的观测向量,对卡尔曼滤波进行更新;

步骤4.5:利用更新后的卡尔曼滤波器,重复步骤4.2至4.4,计算出下一帧的目标位置。

5.根据权利要求4所述的多运动目标追踪监测方法,其特征在于:所述步骤5中,若运动目标在当前帧图像中被检测到,则保留特征匹配得到的候选目标的位置值(x1,y1),与均值偏移跟踪预测的目标位置(x2,y2)进行加权平均得到最终目标位置(x,y),最终目标位置(x,y)进行IIR滤波,得到目标在当前帧的状态向量作为卡尔曼滤波器的观测向量;若运动目标在当前帧图像中没有被检测到,则判断运动目标连续消失的图像帧数,超过设定阈值,则判定目标消失,未超过设定阈值,则假定其被遮掩,将均值偏移跟踪预测的目标位置作为遮掩时的运动目标真实值保存下来,并作为下一帧卡尔曼滤波的观测向量。

6.根据权利要求4所述的多运动目标追踪监测方法,其特征在于:所述步骤7中的同步包括时间同步和特征同步;

所述时间同步通过中央控制单元以一定频率向各个视频数据处理单元发送时间同步信号,各个视频数据处理单元以中央控制单元的时间为准来实现;

所述特征同步通过目标缓冲池链来完成,所述目标缓冲池真实特征数据缓冲区和虚拟特征数据缓冲区构成,真实特征数据缓冲区存储中央控制单元获取的来自某一视频数据处理单元的r个真实特征数据,分别表示为t、t+k1、...、t+k1,虚拟特征数据缓冲区累计插值或预测后的s个结果,分别表示为t′、t′+k′1、…、t′+k′1,属于该视频数据处理单元的n个目标缓冲池组成链式结构,具体实现包括以下步骤,S101:中央控制单元接收到任一视频数据处理单元的真实特征数据后,遍历与其连接的所有视频数据处理单元,对于与本次数据来源相匹配的视频数据处理单元,执行S102,否则执行S103,所有与其连接的视频数据处理单元都执行完毕,则继续下一轮的数据接收;

S102:遍历真实特征数据链,找到目标缓冲池链中与之相同的目标编号,以先进先出的方式更新真实特征数据缓冲区和虚拟特征缓冲区,如果目标缓冲池链中没有与之相同的目标编号,则在链中添加该目标的缓冲池并初始化,执行完毕返回S101;

S103:遍历目标缓冲池链,以本次数据的感知时间为插值自变量,以真实特征缓冲区中的数据为插值节点,执行预测算法得到虚拟特征数据,以先进先出的方式更新虚拟特征数据缓冲区,执行完毕返回S101。