CN105141912B - 一种信号灯重定位的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种信号灯重定位方法，包括，获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息和监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量，根据预设的监控画面中信号灯坐标偏移量与监控设备物理姿态偏移量的映射关系，得到信号灯在监控画面中相对初始坐标的坐标偏移值，重新定位所述信号灯在监控画面中的位置。本发明还公开了一种信号灯重定位设备，包括：信息模块、处理模块、重定位模块。本发明提供的信号灯重定位方法和设备，简单、稳定、可靠、有效，能有效去除环境因素的干扰，精确实现信号灯的重定位。

Description

一种信号灯重定位的方法及设备

技术领域

本发明涉及一种信号灯重定位方法及设备。

背景技术

监控设备在电子警察***中的运用已经广泛，在现有的交通监控***中，通常设置监控设备来监控交通信号灯的颜色，获知信号灯的亮灯状态，以此来判断车辆是否可以通过，从而向电子警察***提供违章抓拍的触发信号。信号灯初始安装时，通常能保证抓拍信号灯状态的准确性，但是在长时间的使用过程中，信号灯在监控画面中的位置会发生偏移，如果***不对信号灯在监控画面中的位置进行重新确定，还是按照原先记录的信号灯位置进行判断就会导致信号灯的亮灯状态无法准确获知，从而直接影响电子警察***的正常使用。而造成信号灯在监控画面中位置偏移主要原因是受人为或环境因素(大风、热胀冷缩等)影响导致监控设备杆和监控设备相对初始位置的偏移，其直接原因都是因为监控设备相对初始位置的偏移。

现有技术中，监控画面中发生偏移的信号灯重定位需要对信号灯所在监控画面中的可能区域进行图像分析，图像分析方法算法较为复杂，主要包括边缘检测、二值化处理等，最后重新得到信号灯在监控画面中的准确位置。上述信号灯重定位方法，不仅存在算法复杂的问题，而且很容易受监控图像自身质量的影响，例如在恶劣天气、强光等因素影响下，监控图像会变得模糊从而影响上述的图像分析过程，使得重新定位之后信号灯的位置信息不可靠。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的目的是提供一种稳定、可靠、有效的信号灯重定位方法，该方法能有效去除环境因素造成的异常影响，实现信号灯的在监控画面中的准确重定位。

为实现上述目的，本发明提供了一种信号灯重定位方法，该方法包括：

获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息；

获取监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量；

在监控设备物理姿态偏移量与监控画面中信号灯相对初始坐标的坐标偏移值之间预设映射关系，根据该映射关系,得到所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值；

根据所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值，重新定位所述信号灯在监控画面中的位置。

优选地，所述映射关系包括监控设备水平方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备水平方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备垂直方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备垂直方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系中至少一种。

优选地，若所述监控设备发生水平方向的转动偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备水平转动偏移角度。

优选地，若所述监控设备发生水平方向的位移偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备水平方向平移的偏移量，所述监控设备水平方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯水平方向坐标偏移值为其中w为监控设备显示图像的宽度像素数，d1为监控设备水平位移偏移量，D为监控设备初始安装时与信号灯的水平距离，S为监控设备初始安装时的水平视角。

优选地，若所述监控设备发生垂直方向的转动偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备垂直方向转动偏移的角度，所述监控设备垂直方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯垂直方向坐标偏移值为diff₃＝h×(γ/Z)；其中h为监控设备显示图像的高度像素数，Z为监控设备初始安装时的垂直视角，γ为监控设备垂直转动偏移角度。

优选地，若所述监控设备发生垂直方向的位移偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备垂直方向平移的偏移量，所述监控设备垂直方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯垂直方向坐标偏移值为其中h为监控设备显示图像的高度像素数，d2为监控设备垂直位移偏移量，β为初始安装位垂直视场角中心线与水平线的夹角，D为监控设备初始安装位与信号灯的间距，Z为监控设备初始安装时的垂直视角。

优选地，若重新定位的所述信号灯的位置超出所述监控设备的当前监控画面范围，则上报错误信息。

优选地，所述监控设备的物理姿态偏移量通过姿态采集模块采集监控设备的物理姿态信息并通过计算获得。

优选地，信号灯重定位方法还包括根据所述信号灯在监控画面中的显示成像范围选取定位框；根据所述信号灯在监控画面中坐标偏移值，调整当前时刻所述定位框的位置，定位框的范围即信号灯在监控画面中的成像范围。

本发明还提供了一种信号灯重定位设备，包括：信息模块、处理模块、重定位模块；

所述信息模块用于获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息和监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量；

所述处理模块用于在监控设备物理姿态偏移量与监控画面中信号灯相对初始坐标的坐标偏移值之间预设映射关系，并根据该映射关系得到所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值；

所述重定位模块用于重新定位信号灯在监控画面中的位置。

优选地，所述的信息模块包括姿态采集模块，所述姿态采集模块用于采集监控设备物理姿态信息。

本发明具有以下有益效果：

(1)本发明提供的信号灯重定位方法，针对造成信号灯在监控画面中发生偏移的主要原因，利用了能精确获得的监控设备物理姿态偏移量，由于信号灯在监控画面中的坐标信息跟监控设备的物理姿态信息存在必然的映射关系并且该映射关系可以通过计算得到，那么利用监控设备物理姿态偏移量即可推出信号灯在监控画面中相对于初始状态的坐标偏移值，本发明即根据上述的映射关系，实现对发生偏移的信号灯在监控画面中的重新定位，相比现有技术中所采用的基于监控画面的图像分析方法，显然本发明方法要简单很多，并且也不受监控画面本身成像质量的影响，能有效去除环境因素的干扰，实现对信号灯在监控画面中的准确重新定位；

(2)针对监控设备的物理姿态信息，分别提供了当监控设备在水平方向或者垂直方向上发生偏移的情况下的优化方法，确保信号灯重定位准确无误。

(3)本发明提供的方法通过对信号灯在监控画面中坐标偏移值的判断，能有效判断信号灯是否超出当前监控画面范围，对于信号灯超出监控当前画面范围的情况进行报错处理，以便及时纠正监控设备的拍摄角度。

(4)本发明相应于信号灯重定位方法还提供了一种信号灯重定位设备，具备较强可实施性。

附图说明

图1是本发明所述信号灯重定位方法的流程图；

图2是监控设备在其中一个坐标平面上的姿态示意图；

图3a、图3b是监控设备初始位置的示意图；

图4是监控设备水平方向上发生转动偏移的示意图；

图5是监控设备水平方向上发生位移偏移的示意图；

图6是监控设备垂直方向上发生转动偏移的示意图；

图7是监控设备垂直方向上发生位移偏移的示意图。

其中w为监控设备显示图像的宽度像素数，S为监控设备初始安装时的水平视角，θ为监控设备水平转动偏移角度，d₁为监控设备水平位移偏移量，D为监控设备初始安装时与信号灯的水平距离，S为监控设备初始安装时的水平视角，h为监控设备显示图像的高度像素数，γ为监控设备垂直转动偏移角度，d₂为监控设备垂直位移偏移量，β为设备垂直方向与N轴方向的倾斜角，Z为监控设备初始安装时的垂直视角，K为视野一半宽度，M、N为监控设备两个方向的加速度，H为监控设备初始安装时到地面的垂直高度。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体实施方式进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

如图1所示，本发明提供的信号灯重定位方法，流程如下：

首先获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息，该信号灯初始坐标信息的获取方式一般是通过在操作界面上配置的信息来确定即可，在本实施方式中，以信号灯在监控画面中的显示范围确定一个定位框，定位框的范围即信号灯在监控设备画面中的显示范围，该定位框的坐标信息是明确的，初始时一般取定位框左上顶点坐标为信号灯初始坐标，从而精准确定信号灯初始坐标信息；

然后获取监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量，监控设备的物理姿态信息的获取也有多种方式，在本实施方式中，由于该监控设备的物理姿态信息的获取应该采用自动获取方式，所以设置姿态采集模块，具体可以采用姿态传感器(即六轴传感器)，亦或是几种传感器的组合；

再根据预设的监控画面中信号灯坐标偏移量与监控设备物理姿态偏移量的映射关系，得到所述信号灯在监控画面中相对初始坐标的坐标偏移值；

最后根据所述坐标偏移值，重新定位所述信号灯在监控画面中的位置，由于之前设定了定位框来确定信号灯在监控画面中的显示范围，所以重新定位信号灯的过程实际上通过调整定位框的位置即可。

上述信号灯定位方法根据设定时间循环往复进行，确保信号灯在监控画面中的定位准确。

在上述的信号灯定位方法过程中还设置了异常情况的判断程序，即判断信号灯在监控画面的偏移是否超出了当前监控设备所监控的画面范围，如果超出之后，则对于信号灯在监控画面中的重新定位无法进行了，所以应该做报错处理，以便于及时纠正监控设备的拍摄角度。

造成信号灯在监控画面中发生偏移的原因，有可能是信号灯本身的物理位置发生了移动，也有可能是监控设备的物理位置发生了移动，在实际的监控***中，信号灯和监控设备的距离较远，因此信号灯本身物理位置移动导致其在监控画面中的坐标偏移往往可以忽略，但是监控设备的位置移动则对信号灯在监控画面中的坐标偏移值产生较大的影响，在本实施方式即利用了监控设备物理姿态偏移量来推导信号灯在监控画面中的坐标偏移值，相比现有技术的图像分析方法要简化很多，当然也排除了因为监控画面质量问题对于信号灯重定位过程的干扰。

参见图2、图3a和图3b，为了便于进一步说明监控设备发生偏移情况下的物理姿态变化，首先对于该监控设备的初始状态进行如下描述：

选用姿态传感器读取摄像机的立体三轴加速度以及角速度，以图2中的MN 平面所在坐标系为例，M、N为设备两个方向的加速度，其中M，N可以由姿态传感器直接精确得到，因此得到设备垂直方向与N轴方向的倾斜角β＝tan^-1(M/N)，通过几何原理分析可以得到垂直方向与N轴方向的倾斜角β与设备初始安装的视场角的中线与水平方向夹角相等；其他二轴同理，在此不再赘述；记录当前相机位置信息，设监控设备图像宽度像素数为w，图像高度像素数为h，设备初始配置信息 (如图3a、图3b所示)：D为设备初始安装时与信号灯的水平距离，S为设备初始安装时的水平视角，H为设备初始安装时到地面的垂直高度，Z为设备初始安装时的垂直视角，上述物理参数均可通过设置在监控设备内的姿态传感器获取到；确定当前信号灯在设备画面中的坐标信息(x，y)，该信号灯坐标信息对应于所述的定位框的坐标信息。

参见图4并结合上述的监控设备初始状态，当监控设备发生水平方向转动偏差时，信号灯重定位方法的一种实施方式，首先计算确立监控设备水平方向的转动偏移量与监控设备画面中信号灯坐标偏移值的映射关系：

获取当前设备的姿态角，为：θ＝Σ陀螺积分角度＝角速度×dt，

信号灯坐标偏移值：diff₁＝w×(θ/S)，

然后进行信号灯在监控画面中的重定位，以上述计算得到的diff₁为依据对所述的定位框在监控画面中进行调整，即定位框的整体坐标应该变为(x+diff₁，y)，那么监控***对于信号灯在监控画面中的位置也做了重新定位，如此即完成了因为监控设备发生水平方向转动的信号灯重定位过程。

参见图5并结合上述的监控设备初始状态，当监控设备发生水平方向位移偏差时，信号灯重定位方法的一种实施方式，首先计算确立监控设备水平方向的位移偏移量与监控设备画面中信号灯坐标偏移值的映射关系：

设设备发生的水平位移偏移为d₁，即设备在偏移后的物理位置与初始物理位置的差值；

设备的实际视野宽度为：W₀＝(D×tan(S/2))×2，

信号灯坐标偏移值diff₂＝w×d₁/W₀，

然后进行信号灯在监控画面中的重定位，以上述计算得到的diff₂为依据对所述的定位框在监控画面中进行调整，即定位框的整体坐标应该变为(x+diff₂，y)，那么监控***对于信号灯在监控画面中的位置也做了重新定位，如此即完成了因为监控设备发生水平方向位移的信号灯重定位过程。

参见图6并结合上述的监控设备初始状态，当监控设备发生垂直方向转动偏差时，信号灯重定位方法的一种实施方式，首先计算确立监控设备垂直方向的转动偏移量与监控设备画面中信号灯坐标偏移值的映射关系：

设γ为设备垂直偏移角度，同水平转动，γ＝Σ陀螺积分角度＝角速度×dt，

信号灯坐标偏移值：diff₃＝h×(γ/Z)，

那么重定位信号灯位置，只需对信号灯坐标做上述坐标偏移值的纠正即可，也就是说纠正后的信号灯坐标为(x，y+diff₃)；

然后进行信号灯在监控画面中的重定位，以上述计算得到的diff₃为依据对所述的定位框在监控画面中进行调整，即定位框的整体坐标应该变为(x，y+diff₃)，那么监控***对于信号灯在监控画面中的位置也做了重新定位，如此即完成了因为监控设备发生垂直方向转动的信号灯重定位过程。

参见图7并结合上述的监控设备初始状态，当监控设备发生垂直方向转动偏差时，信号灯重定位方法的一种实施方式，首先计算确立监控设备垂直方向的位移偏移量与监控设备画面中信号灯坐标偏移值的映射关系：

设d₂为设备垂直位移偏移，即设备在偏移后的物理位置与初始物理位置的差值；

视野一半宽度：

位移量d₂在K线上的映射长度m＝d₂×cosβ，

信号灯坐标偏移值：diff₄＝h×m/(K×2)

然后进行信号灯在监控画面中的重定位，以上述计算得到的diff₄为依据对所述的定位框在监控画面中进行调整，即定位框的整体坐标应该变为(x，y+diff₄)，那么监控***对于信号灯在监控画面中的位置也做了重新定位，如此即完成了因为监控设备发生垂直方向位移的信号灯重定位过程。

需要指出，上述的对于监控设备发生偏移的四种情况分析都仅仅只是针对于其初始位置单一方向上发生偏移时信号灯重定位实施方式，但是在实际过程中，监控设备的偏移往往是多个方向一起发生偏移的，但是无论监控设备如何偏移，都可以通过上述四种情况的结合得到，在本文中对于上述四种情况的组合不再赘述。

另外，依据上述的信号灯在监控画面中的坐标偏移值(diff₁、diff₂、diff₃、diff₄)可以判断信号灯是否偏移出监控设备当前监控画面范围，即重新定位之后的定位框坐标是否超出监控设备图像对应像素数，信号灯初始坐标为(x,y)，即定位框的坐标信息为(x,y)，当然也存在定位框的坐标值稍大或者稍小于信号灯的坐标值的可能，在本实施方式中选用二者一致，通过上述的信号灯重定位方法，定位框的坐标信息在重新定位之后要叠加信号灯的坐标偏移值(diff₁、diff₂、diff₃、diff₄)，具体叠加方式参见上述表述，当然可能叠加上述四个坐标偏移值的一个或者多个，但凡出现叠加一个坐标偏移值使得定位框超出监控画面范围即判定为出错并做报错处理。

本发明还提供了一种信号灯重定位设备的实施方式，包括：信息模块、处理模块、重定位模块；

所述信息模块用于获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息和监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量；作为优选方式，所述的信息模块包括姿态采集模块，所述姿态采集模块用于采集监控设备物理姿态信息。

所述处理模块用于根据预设的监控设备物理姿态偏移量与监控画面中信号灯坐标偏移值的映射关系，得到所述信号灯在监控画面中相对初始坐标的坐标偏移值；

所述重定位模块用于重新定位信号灯在监控画面中的位置。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种信号灯重定位方法，其特征在于，该方法包括：

获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息；

获取监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量；

在监控设备物理姿态偏移量与监控画面中信号灯相对初始坐标的坐标偏移值之间预设映射关系，根据该映射关系,得到所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值；

根据所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值，重新定位所述信号灯在监控画面中的位置。

2.如权利要求1所述的信号灯重定位方法，其特征在于，所述映射关系包括监控设备水平方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备水平方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备垂直方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系、监控设备垂直方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系中至少一种。

3.如权利要求2所述的信号灯重定位方法，其特征在于，若所述监控设备发生水平方向的转动偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备水平方向转动偏移的角度，所述监控设备水平方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯水平方向坐标偏移值为其中w为监控设备显示图像的宽度像素数，S为监控设备初始安装时的水平视角，θ为监控设备水平转动偏移角度。

4.如权利要求2所述的信号灯重定位方法，其特征在于，若所述监控设备发生水平方向的位移偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备水平方向平移的偏移量，所述监控设备水平方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯水平方向坐标偏移值为其中w为监控设备显示图像的宽度像素数，d₁为监控设备水平位移偏移量，D为监控设备初始安装时与信号灯的水平距离，S为监控设备初始安装时的水平视角。

5.如权利要求2所述的信号灯重定位方法，其特征在于，若所述监控设备发生垂直方向的转动偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备垂直方向转动偏移的角度，所述监控设备垂直方向的转动偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯垂直方向坐标偏移值为其中h为监控设备显示图像的高度像素数，Z为监控设备初始安装时的垂直视角，γ为监控设备垂直转动偏移角度。

6.如权利要求2所述的信号灯重定位方法，其特征在于，若所述监控设备发生垂直方向的位移偏移，则获取的物理姿态偏移量为监控设备垂直方向平移的偏移量，所述监控设备垂直方向的位移偏移量与信号灯坐标偏移值的映射关系为：信号灯垂直方向坐标偏移值为其中h为监控设备显示图像的高度像素数，d₂为监控设备垂直位移偏移量，β为监控设备初始安装位垂直视场角中心线与水平线的夹角，D为监控设备初始安装位与信号灯的间距，Z为监控设备初始安装时的垂直视角。

7.如权利要求1所述的信号灯重定位方法，其特征在于，若重新定位的所述信号灯的位置超出所述监控设备的当前监控画面范围，则上报错误信息。

8.如权利要求1所述的信号灯重定位方法，其特征在于，所述监控设备的物理姿态偏移量通过姿态采集模块采集监控设备的物理姿态信息并通过计算获得。

9.如权利要求1所述的信号灯重定位方法，其特征在于，包括根据所述信号灯在监控画面中的显示成像范围选取定位框；根据所述信号灯在监控画面中坐标偏移值，调整当前时刻所述定位框的位置，定位框的范围即信号灯在监控画面中的成像范围。

10.一种信号灯重定位设备，其特征在于，包括：信息模块、处理模块、重定位模块；

所述信息模块用于获取监控设备画面中信号灯初始坐标信息和监控设备当前时刻与初始安装时刻相比的物理姿态偏移量；

所述处理模块用于在监控设备物理姿态偏移量与监控画面中信号灯相对初始坐标的坐标偏移值之间预设映射关系，并根据该映射关系得到所述信号灯在监控画面中实际相对初始坐标的坐标偏移值；

所述重定位模块用于重新定位信号灯在监控画面中的位置。