一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法，本發(fā)明為克服Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法是基于一個平面的缺點，提出利用視頻圖像上兩個平面與各相應(yīng)的真實場景平面的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)成一個立體空間關(guān)系的視頻圖像坐標(biāo)與真實世界坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，基于上述對應(yīng)關(guān)系，通過人員在視頻圖像內(nèi)的屏幕坐標(biāo)和人員高度，可以確定人員在實際隧道內(nèi)的位置，克服人員身高差異導(dǎo)致的計算誤差。
【專利說明】一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隧道人員疏散軌跡測定方法，尤其涉及一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隧道是一個狹長相對封閉的空間，一旦發(fā)生火災(zāi)等重大事故，人員的逃生至關(guān)重要，因此，觀察和測定人員在隧道內(nèi)的疏散軌跡具有重要的意義。針對人員的疏散軌跡的測定主要包括利用GPS定位系統(tǒng)、基于視頻圖像和人工觀察等方法進行。采用GPS定位系統(tǒng)定位價格昂貴、人工觀察精度差等缺點，基于視頻圖像測定人員疏散軌跡是一個有效、經(jīng)濟的方法。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)方案，主要基于視頻圖像坐標(biāo)與實際物理坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的關(guān)系進行，現(xiàn)有的技術(shù)方案主要基于Ghosh提出利用線性變換的方法把視頻中的坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為真實世界的坐標(biāo)，如圖1和圖2所示，方案主要基于一個道路平面進行。確定同一平面內(nèi)已知的不共線的四個點確定該平面真實坐標(biāo)與屏幕坐標(biāo)的對應(yīng)轉(zhuǎn)換關(guān)系，從而可確定屏幕圖像上該單一平面上任何一個點的所對應(yīng)的實際坐標(biāo)，以此得到人員疏散軌跡。因為隧道空間狹長、光線昏暗、人員眾多，通過架設(shè)在隧道拱頂?shù)臄z像系統(tǒng)，利用視頻內(nèi)人腳在路面的位置，基于現(xiàn)有的Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，確定真實世界的物理位置，不可行。另一種方法，就是選擇隧道路面上方某一平面為標(biāo)準(zhǔn)(如人體的平均身高)，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，但由于人員身高的差異，將導(dǎo)致計算誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就在于為了解決上述問題而提供一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)上述目的:
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007](I)在隧道內(nèi)一定高度架設(shè)攝像系統(tǒng)，設(shè)AB⑶-EFGH區(qū)域為隧道內(nèi)攝像頭觀察區(qū)域,設(shè)abcd-efgh視頻系統(tǒng)形成的圖像；
[0008](2)當(dāng)實際物理場景AB⑶-EFGH各點坐標(biāo)和屏幕圖像abcd-efgh像素坐標(biāo)已知，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，結(jié)合A、B、G、F各點坐標(biāo)值與a、b、g、f各點屏幕坐標(biāo)值，可計算出ABGF平面內(nèi)與abgf平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系；
[0009](3)根據(jù)步驟(2)的計算方法能夠同時計算出DCHE平面內(nèi)與dche平面內(nèi)各點的 對應(yīng)關(guān)系；
[0010](4)隧道人員的高度為h時，設(shè)隧道空間內(nèi)高度為H時的平面為MJIL，可確定出在隧道空間內(nèi)高度h的MJIL平面和M、J、1、L各點的坐標(biāo)；
[0011 ] (5)利用步驟(2)中ABGF-abgf兩平面內(nèi)各點的——對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)M、J兩點的坐標(biāo)可計算出m、j兩點的屏幕坐標(biāo)值，利用步驟(3)中的DCHE-dche兩平面各點的一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)L、I兩點的坐標(biāo)可計算出1、i兩點的屏幕坐標(biāo)值；
[0012](6)基于步驟(5)，利用M、J、1、L各點與m、j、1、l各點的對應(yīng)關(guān)系，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，能夠確定MJIL平面與mjil平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系；
[0013](7)基于步驟(6)計算出的MJIL平面與mjiI平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系，利用視頻圖像獲取隧道人員(身高為h)頭頂屏幕圖像上的坐標(biāo)，即可計算出該人在真實場景的位
置。
[0014](8)根據(jù)有序的不同時刻的視頻圖像中目標(biāo)人員的位置變化，可得到該人員在真是場景中的位置變化，從而確定該人員在該時間段內(nèi)的疏散軌跡。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:
[0016]本發(fā)明為克服Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法是基于一個平面的缺點，提出利用視頻圖像上兩個平面與各相應(yīng)的真實場景平面的對應(yīng)關(guān)系，構(gòu)成一個立體空間關(guān)系的視頻圖像坐標(biāo)與真實世界坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，基于上述對應(yīng)關(guān)系，通過人員在視頻圖像內(nèi)的屏幕坐標(biāo)和人員高度，可以確定人員在實際隧道內(nèi)的位置，克服人員身高差異導(dǎo)致的計算誤差。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明的隧道人員疏散軌跡測定場景布置示意圖；
[0018]圖2是本發(fā)明的實際物理場景坐標(biāo)圖；
[0019]圖3是本發(fā)明的屏幕圖像坐標(biāo)圖；
[0020]圖4是本發(fā)明所設(shè)高度h后的實際物理場景坐標(biāo)圖；
[0021]圖5是本發(fā)明所設(shè)高度h后的屏幕圖像坐標(biāo)圖；
[0022]圖6是本發(fā)明基本算法的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換參考點示意圖；
[0023]圖7是本發(fā)明坐標(biāo)轉(zhuǎn)換點示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明:
[0025]本發(fā)明包括以下步驟:
[0026](I)如圖1、圖2和圖3所示:在隧道內(nèi)一定高度架設(shè)攝像系統(tǒng)，設(shè)AB⑶-EFGH區(qū)域為隧道內(nèi)攝像頭觀察區(qū)域，設(shè)abcd-efgh視頻系統(tǒng)形成的圖像；
[0027](2)如圖1、圖2和圖3所示:當(dāng)實際物理場景AB⑶-EFGH各點坐標(biāo)和屏幕圖像abcd-efgh像素坐標(biāo)已知,利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法,結(jié)合A、B、G、F各點坐標(biāo)值與a、b、g、f各點屏幕坐標(biāo)值，可計算出ABGF平面內(nèi)與abgf平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系；
[0028](3)如圖1、圖2和圖3所示:根據(jù)步驟(2)的計算方法能夠同時計算出DCHE平面內(nèi)與dche平面內(nèi)各點的--對應(yīng)關(guān)系；
[0029](4)如圖4和圖5所示:隧道人員的高度為h時，設(shè)隧道空間內(nèi)高度為H時的平面為MJIL，可確定出在隧道空間內(nèi)高度h的MJIL平面和M、J、1、L各點的坐標(biāo)；
[0030](5)如圖4和圖5所示:利用步驟(2)中ABGF-abgf兩平面內(nèi)各點的——對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)M、J兩點的坐標(biāo)可計算出m、j兩點的屏幕坐標(biāo)值，利用步驟(3)中的DCEH-dceh兩平面各點的一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)L、I兩點的坐標(biāo)可計算出1、i兩點的屏幕坐標(biāo)值；
[0031](6)如圖4和圖5所示:基于步驟(5)，利用M、J、1、L各點與m、j、1、l各點的對應(yīng)關(guān)系，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，能夠確定MJIL平面與mjil平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系；
[0032](7)如圖4和圖5所示:基于步驟(6)計算出的MJIL平面與mjil平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系，利用視頻圖像獲取隧道人員(身高為h)頭頂屏幕圖像上的坐標(biāo)，即可計算出該人在真實場景的位置。
[0033](8)如圖1至圖5所示:根據(jù)有序的不同時刻的視頻圖像中目標(biāo)人員的位置變化，可得到該人員在真是場景中的位置變化，從而確定該人員在該時間段內(nèi)的疏散軌跡。
[0034]如圖6和圖7所示:Ghosh提出可用線性變換的方法把視頻中坐標(biāo)轉(zhuǎn)化為真實世界的坐標(biāo)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換基本原理:假定道路平面為水平面，通過拍攝圖像中四個不共線的參考點的屏幕坐標(biāo)和實際道路坐標(biāo)，求解屏幕坐標(biāo)和道路坐標(biāo)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)，由坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)計算圖像中任意一屏幕坐標(biāo)點對應(yīng)的道路坐標(biāo)。
[0035]若已知圖像所示輸入圖像與輸出圖像上若干對(至少應(yīng)為不共線的四個點)對應(yīng)點，如圖7所示，原圖像與輸出圖像上各個點A、B、C、D的對應(yīng)關(guān)系為:(xl，yl) —(X1，Y1)、(x2，y2) — (X2，Y2)、(x3，y3) — (X3，Y3)、(x4，y4) — (X4，Y4)，則求解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換系數(shù)的過程如下:
[0036]設(shè)X、Y為道路坐標(biāo)，x、y為屏幕坐標(biāo)，兩者關(guān)系滿足下式的映射關(guān)系:
【權(quán)利要求】
1.一種基于視頻圖像的隧道人員疏散軌跡測定方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)在隧道內(nèi)一定高度架設(shè)攝像系統(tǒng)，設(shè)AB⑶-EFGH區(qū)域為隧道內(nèi)攝像頭觀察區(qū)域，設(shè)abcd-efgh視頻系統(tǒng)形成的圖像； (2)當(dāng)實際物理場景AB⑶-EFGH各點坐標(biāo)和屏幕圖像abcd-efgh像素坐標(biāo)已知，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，結(jié)合A、B、G、F各點坐標(biāo)值與a、b、g、f各點屏幕坐標(biāo)值，可計算出ABGF平面內(nèi)與abgf平面內(nèi)各點的--對應(yīng)關(guān)系； (3)根據(jù)步驟(2)的計算方法能夠同時計算出DCHE平面內(nèi)與dche平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系； (4)隧道人員的高度為h時，設(shè)隧道空間內(nèi)高度為H時的平面為MJIL，可確定出在隧道空間內(nèi)高度h的MJIL平面和M、J、1、L各點的坐標(biāo)； (5)利用步驟(2)中ABGF-abgf兩平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)M、J兩點的坐標(biāo)可計算出m、j兩點的屏幕坐標(biāo)值，利用步驟(3)中的DCHE-dche兩平面各點的一一對應(yīng)關(guān)系，根據(jù)L、I兩點的坐標(biāo)可計算出1、i兩點的屏幕坐標(biāo)值； (6)基于步驟(5)，利用M、J、1、L各點與m、j、1、l各點的對應(yīng)關(guān)系，利用Ghosh坐標(biāo)轉(zhuǎn)化方法，能夠確定MJIL平面與mjil平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系； (7)基于步驟(6)計算出的MJIL平面與mjiI平面內(nèi)各點的一一對應(yīng)關(guān)系，利用視頻圖像獲取隧道人員(身高為h)頭頂 屏幕圖像上的坐標(biāo)，即可計算出該人在真實場景的位置。 (8)根據(jù)有序的不同時刻的視頻圖像中目標(biāo)人員的位置變化，可得到該人員在真是場景中的位置變化，從而確定該人員在該時間段內(nèi)的疏散軌跡。
【文檔編號】G01C21/00GK103471583SQ201310403979
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】何川, 張玉春, 向月, 馬尉翔, 焦齊柱, 張迪 申請人:西南交通大學(xué)