CN104680540B - 一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法 - Google Patents
一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，包括如下步骤：导入受监控区域三维物理模型，确定摄像机的安装位置；在三维空间坐标系中，根据摄像机的安装位置，求出视锥体的六个面，得到摄像机照射范围；获取简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点；按所处简单监控对象上的平面对S3中的点分类，每一类点构成一个集合；将一个集合中的所有点转换为同一平面上的二维坐标点，获取该平面上的二维坐标点构成的凸包；以此获取每个集合对应的凸包；根据凸包获得摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。采用本发明，可以准确获得摄像机对简单监控对象的空间覆盖面积。
Description
技术领域
本发明涉及图像识别技术领域，尤其涉及一种摄像机空间覆盖面积的获取方法。
背景技术
视频监控***被运用到很多场合，例如用于变电站无人值守***。视频监控***作为支撑变电站无人值守的基础，需要实时监控设备的运行状态。摄像机在安装之后，分析摄像机的预置位监控对象的空间覆盖范围，可以为预置位的精确度提供依据。目前摄像机的布局都是先根据二维图纸安装，安装好后再根据肉眼识别调整摄像机的预置位，属于目测布局方法。这种方法缺乏灵活性，精度低，而且不一定能准确地监控到设备。采用目测布局方法，往往需要多次进行实地场景勘测，带来的资金浪费。
发明内容
本发明的目的即在于克服现有技术的不足，提供一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法。采用该方法，在安装前即可获得摄像机对监控对象的空间覆盖范围，为摄像机的安装位置和预置位的设置提供依据，避免目测布局法灵活性不足、准确性低、精度低的不足，避免多次进行实地场景勘测带来的资金浪费。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，包括如下步骤：
S1：导入受监控区域三维物理模型，确定摄像机的安装位置；
S2：在三维空间坐标系中，根据摄像机的安装位置，求出视锥体的六个面，得到摄像机照射范围；
S3：获取简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点；
S4：按所处简单监控对象上的平面对S3中的点分类，每一类点构成一个集合；
S5：将一个集合中的所有点转换为同一平面上的二维坐标点，获取该平面上的二维坐标点构成的凸包；以此获取每个集合对应的凸包；
S6：根据凸包获得摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
进一步的，所述S2中，摄像机的投影矩阵为得到摄像机的视锥体的六个面的平面方程如下：
左裁剪面：x(m41+m11)+y(m42+m12)+z(m43+m13)+(m44+m14)＝0；
右裁剪面：x(m41-m11)+y(m42-m12)+z(m43-m13)+(m44-m14)＝0；
上裁剪面：x(m21-m11)+y(m22-m12)+z(m23-m13)+(m24-m14)＝0；
下裁剪面:x(m21+m11)+y(m22+m12)+z(m23+m13)+(m24+m14)＝0；
近裁剪面:x(m31+m11)+y(m32+m12)+z(m33+m13)+(m34+m14)＝0；
远裁剪面:x(m31-m11)+y(m32-m12)+z(m33-m13)+(m34-m14)＝0；
如此，即得到摄像机照射范围；
所述S3中，简单监控对象表面的所有点由集合R表示，设点P(Px,Py,Pz)为R集合中一点，若P在摄像机照射范围内，必须满足：
遍历集合R中的所有点，在摄像机照射范围内的点构成集合U。
进一步的，所述S4包括如下分步骤：
S4.1：简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点构成集合U，在集合U中任取三点A(xA，yA，zA)、B(xB，yB，zB)、C(xC，yC，zC)，该三点构成一个平面；
由
得到
根据平面方程一般式ax+by-cz+d＝0
得到
将A(xA，yA，zA)带入平面方程一般式
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)xA+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xCzB)yA+(xAyB-xAyC-xByA+yC+xCyA-xCyB)zA+d＝0
得到d＝-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA；
如此得到A、B、C三点的平面方程
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)x+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xCzB)y+(xAyB-xAyC-xByA+xByC+xCyA-xCyB)z+(-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA)＝0；
S4.2：遍历集合U中所有点，将每个点分别带入平面方程；A点、B点、C点和满足平面方程的点为一类点，共同构成一个集合；将A点、B点、C点和满足平面方程的点从集合U中移除；
S4.3：重复S4.1、S4.2，直至集合U中所有点都被移除；
其中O为坐标系原点。
进一步的，所述S5中，获得集合对应的凸包的步骤如下：
S5.1：在一个集合中任取不共线的三点R、P、Q；
单位化向量得到
其中<，>表示向量内积；
单位化向量得到
由此，该集合中任意一点K的二维坐标为得到二维坐标点；
S5.2：在二维坐标点中任取一点G，遍历该集合中所有点，找到与点G距离最远的点H；
S5.3：以点H为基点，与该集合中其它各点分别构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除点H之外的点；
S5.4：在S5.3剩余的点中，分别以每一点为基点，与其它各点构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除基点之外的点；
S5.5：在S5.4剩余的点中，任选一点为基点，与其它各点构成向量；将相邻的向量构成的角中除顶点之外的端点连接；比较向量两两之间的夹角，选择夹角最大的两个向量，将这两个向量的基点与端点连接；形成的凸多边形即为该集合对应的凸包。
进一步的，所述S6包括如下分步骤：
S6.1：舍弃只包含三个点的凸包，将剩余将凸包分割成若干个三角形，三角形的面积
其中，a、b、c分别为三角形三边边长，p＝(a+b+c)/2；
所有三角形面积之和即为凸包面积；
S6.2：将所有凸包面积相加即得到摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
本发明的优点和有益效果在于：
采用本发明，可以准确获得摄像机对简单监控对象的空间覆盖面积，从而为摄像机的安装位置和预置位的设置提供依据，避免目测布局法灵活性不足、准确性低、精度低的不足，避免多次进行实地场景勘测带来的资金浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对描述本发明实施例中所需要用到的附图作简单的说明。显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据下面的附图，得到其它附图。
图1为简单监控对象的结构示意图；
图2为摄像机视锥体的示意图；
图3为简单监控对象位于摄像机照射范围内的示意图；
图4为获取凸包的示意图A；
图5为获取凸包的示意图B；
图6为获取凸包的示意图C；
图7为获取凸包的示意图D；
图8为凸包的示意图；
图9为将凸包分割为多个三角形的示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明，下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显而易见的，下面所述的实施例仅仅是本发明实施例中的一部分，而不是全部。基于本发明记载的实施例，本领域技术人员在不付出创造性劳动的情况下得到的其它所有实施例，均在本发明保护的范围内。
本发明中所述的简单监控对象表示呈多面体的监控对象，例如长方体、八面体等。
实施例：
本实施例中，以图1所示的呈长方体的简单监控对象为例，对摄像机空间覆盖面积获取方法进行说明。
一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，包括如下步骤：
S1：导入受监控区域三维物理模型，确定摄像机的安装位置；
S2：在三维空间坐标系中，根据摄像机的安装位置，求出视锥体的六个面，得到摄像机照射范围；
S3：获取简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点；
S4：按所处简单监控对象上的平面对S3中的点分类，每一类点构成一个集合；
S5：将一个集合中的所有点转换为同一平面上的二维坐标点，获取该平面上的二维坐标点构成的凸包；以此获取每个集合对应的凸包；
S6：根据凸包获得摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
下面对步骤S2～S6进行详细说明。
对S2的详细说明。
图2所示即为在该安装位置下，摄像机视锥体的示意图。
以图2中O点为坐标系原点，根据摄像机安装位置，求得摄像机的投影矩阵为
得到摄像机的视锥体的六个面的平面方程如下：
左裁剪面：x(m41+m11)+y(m42+m12)+z(m43+m13)+(m44+m14)＝0；
右裁剪面：x(m41-m11)+y(m42-m12)+z(m43-m13)+(m44-m14)＝0；
上裁剪面：x(m21-m11)+y(m22-m12)+z(m23-m13)+(m24-m14)＝0；
下裁剪面:x(m21+m11)+y(m22+m12)+z(m23+m13)+(m24+m14)＝0；
近裁剪面:x(m31+m11)+y(m32+m12)+z(m33+m13)+(m34+m14)＝0；
远裁剪面:x(m31-m11)+y(m32-m12)+z(m33-m13)+(m34-m14)＝0；
如此，即得到摄像机照射范围；
需要说明的是，摄像机投影矩阵的推导方法为现有技术，此处不再赘述。
对S3的详细说明。
简单监控对象表面的所有点由集合R表示，设点P(Px,Py,Pz)为R集合中一点，若P在摄像机照射范围内，必须满足：
遍历集合R中的所有点，在摄像机照射范围内的点构成集合U。
图3为简单监控对象位于摄像机照射范围内的示意图，其中阴影部分表示位于摄像机照射范围内的部分，为集合U。
对S4的详细说明。
S4.1：在集合U中任取三点A(xA，yA，zA)、B(xB，yB，zB)、C(xC，yC，zC)，该三点构成一个平面；
由
得到
根据平面方程一般式ax+by-cz+d＝0
得到
将A(xA，yA，zA)带入平面方程一般式
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)xA+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xCzB)yA+(xAyB-xAyC-xByA+yC+xCyA-xCyB)zA+d＝0
得到d＝-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA；
如此得到A、B、C三点的平面方程
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)x+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xCzB)y+(xAyB-xAyC-xByA+xByC+xCyA-xCyB)z+(-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA)＝0；
S4.2：遍历集合U中所有点，将每个点分别带入平面方程；A点、B点、C点和满足平面方程的点为一类点，共同构成一个集合；将A点、B点、C点和满足平面方程的点从集合U中移除；
S4.3：重复S4.1、S4.2，直至集合U中所有点都被移除。
对S5的详细说明。
S5.1：在一个集合中任取不共线的三点R、P、Q；
单位化向量得到
其中<，>表示向量内积；
单位化向量得到
由此，该集合中任意一点K的二维坐标为得到二维坐标点；
S5.2：如图4所示，在二维坐标点中任取一点G，遍历该集合中所有点，找到与点G距离最远的点H。
S5.3：如图4所示，以点H为基点，与该集合中其它各点分别构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除点H之外的点。
如图4所示，与共线，保留模值大的向量舍弃点N。
S5.4：在S5.3剩余的点中，分别以每一点为基点，与其它各点构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除基点之外的点。
下面对S5.4进行详细说明：
如图5所示，以K点位基点，与其它各点构成向量，与共线，保留模值大的向量，舍弃点G。然后在剩余点中，选取除K点之外的一个点为基点，与其它各点构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除基点之外的点。不断重复，直到被保留下来的点中，每一个点都被作为过一次基点。
S5.5：S5.4剩余的点如图6所示。在S5.4剩余的点中，任选一点为基点，与其它各点构成向量；将相邻的向量构成的角中除顶点之外的端点连接；比较向量两两之间的夹角，选择夹角最大的两个向量，将这两个向量的基点与端点连接；形成的凸多边形即为该集合对应的凸包。
具体来讲，如图7所示，选K点为基点，与其它各点构成向量。连接点L和点M，连接点M和点H，连接点H和点I，连接点H和点I。其中，与的夹角最大，因此，连接点K和点J，连接点K和点L。形成的如图8所示的凸多边形即为该集合对应的凸包。
按此方法获取每个集合对应的凸包。
对S6的详细说明。
S6.1：舍弃只包含三个点的凸包，将剩余将凸包分割成若干个三角形。以图8所述的凸包为例，将其分割成如图9所示的四个三角形。
计算每个三角形的面积
其中，a、b、c分别为三角形三边边长，p＝(a+b+c)/2。
所有三角形面积之和即为凸包面积。
S6.2：将所有凸包面积相加即得到摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
如上所述，即可较好的实现本发明。
Claims (5)
1.一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：导入受监控区域三维物理模型，确定摄像机的安装位置；
S2：在三维空间坐标系中，根据摄像机的安装位置，求出视锥体的六个面，得到摄像机照射范围；
S3：获取简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点；
S4：按所处简单监控对象上的平面对S3中的点分类，每一类点构成一个集合；
S5：将一个集合中的所有点转换为同一平面上的二维坐标点，获取该平面上的二维坐标点构成的凸包；以此获取每个集合对应的凸包；
S6：根据凸包获得摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
2.根据权利要求1所述的一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，其特征在于：
所述S2中，摄像机的投影矩阵为得到摄像机的视锥体的六个面的平面方程如下：
左裁剪面：x(m41+m11)+y(m42+m12)+Z(m43+m13)+(m44+m14)＝0；
右裁剪面：x(m41-m11)+y(m42-m12)+Z(m43-m13)+(m44-m14)＝0；
上裁剪面：x(m21-m11)+y(m22-m12)+Z(m23-m13)+(m24-m14)＝0；
下裁剪面：x(m21+m11)+y(m22+m12)+Z(m23+m13)+(m24+m14)＝0；
近裁剪面：x(m31+m11)+y(m32+m12)+Z(m33+m13)+(m34+m14)＝0；
远裁剪面：x(m31-m11)+y(m32-m12)+Z(m33-m13)+(m34-m14)＝0；
如此，即得到摄像机照射范围；
所述S3中，简单监控对象表面的所有点由集合R表示，设点P(Px，Py，Pz)为R集合中一点，若P在摄像机照射范围内，必须满足：
遍历集合R中的所有点，在摄像机照射范围内的点构成集合U。
3.根据权利要求1所述的一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，其特征在于，所述S4包括如下分步骤：
S4.1：简单监控对象表面在摄像机照射范围内的所有点构成集合U，在集合U中任取三点A(xA，yA，zA)、B(xB，yBzB)、C(xC，yC，zC)，该三点构成一个平面；
由
得到
根据平面方程一般式ax+by+cz+d＝0
得到
将A(xA，yA，zA)带入平面方程一般式
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)xA+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xCzB)yA+(xAyB-xAyC-xByA+yC+xCyA-xCyB)zA+d＝0
得到d＝-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA；
如此得到A、B、C三点的平面方程
(yAzB-yAzC-yBzA+yBzC+yCzA-yCzB)x+(-xAzB+xAzC+xBzA-xBzC-xCzA+xczB)y+(xAyB-xAyC-xByA+xByC+xCyA-xCyB)z+(-xAyBzC+xAyCzB+xByAzC-xByCzA-xCyAzB+xCyBzA)＝0；
S4.2：遍历集合U中所有点，将每个点分别带入平面方程；A点、B点、C点和满足平面方程的点为一类点，共同构成一个集合；将A点、B点、C点和满足平面方程的点从集合U中移除；
S4.3：重复S4.1、S4.2，直至集合U中所有点都被移除；
其中O为坐标系原点。
4.根据权利要求1所述的一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，其特征在于，所述S5中，获得集合对应的凸包的步骤如下：
S5.1：在一个集合中任取不共线的三点R、P、Q；
单位化向量得到
其中<，>表示向量内积；
单位化向量得到
由此，该集合中任意一点K的二维坐标为得到二维坐标点；
S5.2：在二维坐标点中任取一点G，遍历该集合中所有点，找到与点G距离最远的点H；
S5.3：以点H为基点，与该集合中其它各点分别构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除点H之外的点；
S5.4：在S5.3剩余的点中，分别以每一点为基点，与其它各点构成向量；对于角度相同的向量，比较向量的模的大小，保留模值最大的向量，舍弃其余向量中除基点之外的点；
S5.5：在S5.4剩余的点中，任选一点为基点，与其它各点构成向量；将相邻的向量构成的角中除顶点之外的端点连接；比较向量两两之间的夹角，选择夹角最大的两个向量，将这两个向量的基点与端点连接；形成的凸多边形即为该集合对应的凸包。
5.根据权利要求1所述的一种用于简单监控对象的摄像机空间覆盖面积获取方法，其特征在于，所述S6包括如下分步骤：
S6.1：舍弃只包含三个点的凸包，将剩余凸包分割成若干个三角形，三角形的面积
其中，a、b、c分别为三角形三边边长，p＝(a+b+c)/2；
所有三角形面积之和即为凸包面积；
S6.2：将所有凸包面积相加即得到摄像机在简单监控对象上的空间覆盖面积。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |