基于主运动分析的野外视觉侦察系统――运动目(2)

本文介绍了一个针对野外自然环境设计的视觉侦察系统,其主要功能包括运动目标的检测、 跟踪及环境全景图的生成.摄像机安装在360°水平旋转可控的车载云台上,视频信号及云 台方位数据通过无线通讯传送给基地端的计算机.计算机自动地检测其中的运动目标,实时 地拼接出镶嵌有

第 卷第 期刘亚等 基于主运动分析的野外视觉侦察系统

与目前大多数视觉监控系统采用多个摄像机!每个摄像机监控一个相对狭小的区域 通常应用于室内环境的情况≈ 不同 我们的问题是野外自然环境的远距离监控 所需监视的视场很宽 但受通讯问题等限制 相比于多摄像机方案 采用可控云台上的单个摄像机方案更切实可行 为了在使用单个摄像机的条件下 在大视场范围内检测并跟踪运动目标 就需要控制摄像机云台扫描整个视场 此时场景中原本静止的背静及运动物体在摄像机的视频中都是运动的 因而要监测环境中的运动目标 就需要区分静止背景的运动和运动目标的运动 基本的方法是首先依据某种运动模型≈ 估计背景运动 主运动 然后将运动目标作为相对于背景运动的出格点检测出来 运动模型的选取依赖于具体的问题 模型简单时 速度快且结果稳定 但适用范围受到限制 模型复杂时 适用于更一般的环境 但计算复杂度高 难以实时 稳定性也难以保证 由于本系统中运动目标和背景距离摄像机都比较远 而摄像机又作近似纯

旋转运动 我们采用了 仿射运动模型 考虑到大视野的全景图可以使人们对待监视的环境有身临其境的真实感 我们根据计算机视觉中的拼图技术依据全景图成像模型将摄取的图像序列拼接在一起形成全景图 在全景图上镶嵌上按照主运动补偿后检测出来的运动目标 再由用户指定待跟踪目标后 由计算机自动地控制云台跟踪该目标

2 系统框架 Σψστεμαρχηιτεχτυρε

如图 所示 侦察系统的摄像机固定于 度旋转可控的云台上 云台安装在侦察车的车顶前部 通过双向无线数据通讯与基地端的指挥中心相连 摄像机通过车顶的全向微波天线向基地发回现场的视频信号≈ 指挥中心接收侦察车发来的视频和云台方位数据信号 经由基地中心计算机处理 向车载计算机发送控制命令控制云台转动 整个系统的数据通讯及处理流程如图 所示

α 车载摄像机云台 β 摄像机云

图 旋转云台及摄像机

3 帧间主运动分析 Πρινχιπαλιντερ φραμε

μοτιοναναλψσισ

假设摄像机看到的是静止景物 图像的运动全部是由摄像机云台运动引起的 以摄像机为中心建立参考坐标系 设景物中某点在运动前和后的摄像机坐标系中的位置分别为 ξ ψ ζ Τ ξχ ψχ ζχ Τ 对应的图像坐标分别为 υ Τ υχ χ Τ 摄像机在 维空间的运动有 个自由度 即Τ Τξ Τψ Τζ Τ和

Α Β Χ Τ 其中Τ为摄像机沿三坐标轴方向的平移

ΡΥ

ΑΧ

Α Β

Β

又记Τχ Τχξ Τχψ Τχζ Τ ΡΤ 根据两个参考坐

标系的变换关系及针孔成像模型

ξψ Ρζξψ ζ

ΤξΤψΤζ

ξ Ρψ

ζ

ΤχξΤχψΤχζ

量 Α是旋转角 Β是俯仰角 Χ是偏移角 对视频图

像序列的连续两帧而言 它们之间的Α!Β!Χ通常比较小 [ β 因此可以忽略旋转矩阵Ρ中二次以上的× 展开项 得到Ρ的一阶近似

以φ和φχ分别表示运动前后摄像机的焦距 则由针

孔成像公式

υ φξ ζ φψ ζ

和

υχ φχξχ ζχ χ φχψχ ζχ

得到两帧图像对应点之间的关系