CN113382200A - 摄像机布局方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种摄像机布局方法，所述方法包含步骤:建置监控场景的三维模型与相关场景变量；根据所述监控场景配置运算范围；以所述三维模型与所述场景变量建立多个场景，并根据所述运算范围运算及纪录多个摄像机对所述多个场景的取景像素；并进一步从已纪录的取景像素中运算待辨识物的可视像素数量。根据可视像素数量总和以及收敛条件，从所述多个摄像机筛选出一摄像机集合，最后根据需求条件以所述摄像机集合进行优化布局运算，得到最佳摄像机布局方案。本发明还公开一种摄像机布局装置。本发明可以提供监控区域中辨识待辨识物之最佳布局方案。

Description

摄像机布局方法及装置
技术领域
本发明是有关于影像辨识的技术领域，尤其关于一种摄像机布局方法及装置。
背景技术
随着计算机演算能力增强与各种影像辨识算法兴起，利用影像技术满足各种监控需求已逐渐成为安全防灾产业不可或缺的关键技术。由于是根据影像进行快速辨识，因此，摄像机最佳取景位置、角度等布局成为影像辨识成效的重要关键。
尤其像是工业厂房等大型环境，存在人机交叉的复杂情境，需要有更迅速、全面的摄像机布局方法以满足各类工厂自动化机械安全智能化影像监测防护之需求。
发明内容
有鉴于此，在本发明的目的在于提供一种摄像机布局方法及装置，可以在工厂环境中提供安全防护区域内摄像机优化布局。
本发明提供一种摄像机布局方法，所述方法包含以下步骤:建置监控场景的三维模型与场景变量；根据所述监控场景配置运算范围；根据所述三维模型与所述场景变量建立多个场景，并根据所述有效运算范围纪录多个摄像机对所述多个场景的取景像素；运算所述多个摄像机已纪录的取景像素中待辨识物的可视像素数量；以及根据所述多个摄像机的所述可视像素数量与收敛条件，筛选出摄像机集合，并根据所述摄像机集合与监控需求条件，进行摄像机优化布局运算，产生最佳摄像机布局方案。
本发明还提供一种摄像机布局装置，所述装置包含:处理单元；以及存储单元，用于存储至少一个计算机程序，其中，所述计算机程序包含由所述处理单元执行的指令，使得所述处理单元执行以下步骤:建置监控场景的三维模型与场景变量；根据所述监控场景配置运算范围；根据所述三维模型与所述场景变量建立多个场景，并根据所述有效运算范围纪录多个摄像机对所述多个场景的取景像素；运算所述多个摄像机已纪录的取景像素中待辨识物的可视像素数量；以及根据所述多个摄像机的所述可视像素数量与收敛条件，筛选出摄像机集合，并根据所述摄像机集合与监控需求条件，进行摄像机优化布局运算，产生最佳摄像机布局方案。
相较于现有技术，所述人机交叉安全防护的控制装置可用于监控高危险作业区域，有别于现有点、线防护机制，可无死角、全天候监控高危险作业区域，并进一步对自动化机械设备进行动力控制，大幅降低安全失效风险。
附图说明
图1为根据本发明一实施例的摄像机布局优化方法的流程图。
图2为根据本发明一实施例的装置的方块图。
图3为根据本发明另一实施例的装置的方块图。
主要元件符号说明
装置 200,300
数据库 210
计算机集群 220
处理单元 310
存储单元 320
具体实施方式
请参阅图1，所示为本发明一实施例中摄像机布局方法的流程图。
步骤S102，建置监控场景的三维仿真几何模型与场景变量，包含静态场景变量与动态场景变量。
以工厂环境中的安全防护区域作为监控场景为例，其中，所述静态场景变量包含监控场景中的静态对象，例如墙、柱以及光源位置等，所述动态场景变量包含监控场景中的动态对象(例如机器人、机器手臂)的所有活动动作及待辨识物的所有可能活动动作。在一例中，若监控需求为人形辨识，则待辨识物为监控场景中的人员。
步骤S104，依照监控场景及/或监控需求设置运算范围。为节省找出摄像机优化布局的运算量，可依据实际监控场景与监控需求，进行运算范围配置。在一实施例中，运算范围配置可以包含多个摄像机位置配置、有效取景范围配置及人员坐标间距范围配置。具体地，进行优化布局前，可依据实际监控场景建立对应的监控区域，并在监控区域中以画方格的方式建立坐标系并依照安全要求与各人员活动状态设置坐标间距，并进一步配置多个摄像机的布局范围、布局间距及镜头规格(例如，分辨率、有无广角等)等参数；依据人形侦测和监控需求进行水平方向与垂直方向的取景范围配置，当运算各个摄像机的不同角度的取景像素时，先行检查是否在取景范围内，以减少运算量；针对人员无法活动的坐标位置(如柱子内)或无监控需求的监控区域设置为排除的监控区域，以减少运算量。举例来说，摄像机的布局范围可设置为距离监控场景的周围0至0.5公尺，垂直高度范围为2至5公尺，布局间距为至少0.1公尺；监控空间实际大小为10公尺╳10公尺，高度为垂直地面5公尺的空间，可依据监控需求从中设置有效取景范围；并根据实际作业环境中，人员活动至少保持0.5公尺的距离，将坐标间距范围设置为0.5公尺。
步骤S106，导入监控场景的三维仿真几何模型，在满足有效运算范围内，依照已设置的场景变量，建立多个不同场景，并对各个摄像机的多个不同摆动角度进行取景像素运算与纪录。在一实施例中，可利用穷举法详细运算各个摄像机在不同摆动角度针对不同场景的取景像素并加以记录。不同场景包含人员在各坐标点之各种活动以及监控场景中各种受静态场景变量及动态场景变量影响后的场景的排列组合。具体地，人员在各坐标点各种活动动作主要考虑人员在监控场景中作业或活动时，各种会影响人形辨识的因素，例如穿着(如防护衣物、工作手套、安全帽等)、个人单独作业动作(如伸展、站立、弯腰、蹲下、坐下、攀爬等动作)以及多人协同动作(如共同搬运对象、多人操作设备等协同作业)。另一方面，静态场景变量与动态场景变量主要考虑监控场景中会影响待辨识物辨识的各种静态对象与动态对象，例如墙的位置、柱的大小及位置、光源位置、场景中动态对象的活动动作，如机器人或机器手臂的大小、位置及作业轨迹等以及待辨识物(如人员)在场景中各坐标点的所有可能活动动作、静态场景变量及动态场景变量进行排列组合形成多个不同场景后，针对各个摄像机，运算在摄像机镜头在不同角度对不同场景的取景像素并加以纪录。
步骤S108，根据各个摄像机已纪录的取景像素，运算待辨识物的可视像素数量。具体地，进行影像辨识时，待辨识物的受遮蔽状况越少越好，亦即，在影像中，待辨识物的可视像素数量越多越好。以待辨识物为人形为例，可计算已纪录的取景像素中与人员有关的像素数量为可视像素数量。
步骤S110，进行摄像机优化布局运算。优化布局的具体运算内容包含:各摄像机位置的最佳镜头角度运算、收敛运算、最佳摄像机排列组合运算。首先，各摄像机位置的最佳镜头角度运算可经由计算各摄像机在不同镜头角度下，对不同场景中，各坐标位置人员活动的可视像素数量的总和，再针对各种不同镜头角度，包含水平、垂直角度，筛选出可视像素数量总和最大者为该摄像机的最佳角度。其次，收敛运算具体步骤为:将各摄像机依各摄像机于最佳角度的可视像素数量总和由大到小进行排列，依序从中挑选符合收敛条件的摄像机组成第一集合。在一实施例中，所述收敛条件为该摄像机取景区域中的各坐标点的待辨识物的遮蔽率小于一预定阈值。举例来说，当待辨识物为人形，预定阈值为0.8时，表示有八成的人形可供辨识，所述预定阈值可依监控需求加以调整。所述待辨识物的活动遮蔽率具体计算方式为1-(待辨识物可视像素/待辨识物活动动作像素)。最后，根据实际监控的布局需求条件，例如成本考虑、摄像机布局数量，由第一集合的多个摄像机中依序挑选符合需求条件的摄像机进行排列组合运算，直到组合后的摄像机可以取景监控区域中的所有坐标点，最终产出最佳布局方案的多个摄像机布局位置及其最佳镜头角度。举例来说，在收敛运算后，第一集合可能包含12台摄像机，而需求条件为3台摄像机，此时，可以从12台摄像机中挑选3台摄像机进行排列组合，找到可取景监控区域中所有坐标点的摄像机排列组合。
在一实施例中，摄像机最佳布局方案可以包含多种布局方案，所述最佳布局方法可以经由三维仿真布局场景显示包含最佳摄像机布局位置、镜头角度等参数供使用者参考。举例来说，在工厂环境中，所述使用者为工厂布局设计者。
请参阅图2，所示为本发明一实施例中装置200的方块图。所述装置200可用于执行如图1所示的摄像机布局方法。考虑所述装置200的存储能力与运算能力受限于硬件，所述装置200可通讯连接于数据库210以及计算机集群220，并将摄像机布局优化所需的数据部分或全部存储于所述数据库210，将所需的运算工作部分或全部移转于所述计算机集群220执行。
请参阅图3，所示为本发明另一实施例中装置300的方块图。所述装置300包含处理单元310以及存储单元320。所述处理单元310电性连接所述存储单元320。所述处理单元310可以是微控制器、微处理器或其他具有运算处理能力的电路，被配置为执行或处理存储在所述存储单元320中的指令、数据以及计算机程序。所述存储单元320包含只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)、磁盘存储介质装置、光存储介质装置、闪存装置、电气、光学或其他物理/有形(例如，非暂时性)等计算机可读存储介质，用于存储控制所述装置300运行的一个或多个计算机程序，并且由所述处理单元310执行。在本实施例中，所述存储单元320存储或编码有计算机程序，并存储有建模、设置、运算参数数据，用于供所述处理单元310执行如图1所示的摄像机布局方法。
总结来说，本发明的摄像机布局方法及装置以监控区域的三维仿真场景辅助运算摄像机最佳布局，进行各摄像机位置、角度之可视像素分析，迅速找出各位置摄像机最佳视角，并辅以收敛条件，找出最佳布局方案。运用在复杂的人机交叉环境中进行摄像机布局时，例如工业自动化生产厂房，不仅能辨识人机交叉的复杂情况，还可避免摄像机布局可能过度或不足，陷入成本浪费与安全隐忧之窘境。
值得注意的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (18)

1.一种摄像机布局方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤:
建置监控场景的三维模型与场景变量；
根据所述监控场景配置运算范围；
根据所述三维模型与所述场景变量建立多个场景，并根据所述运算范围纪录多个摄像机对所述多个场景的取景像素；
运算所述多个摄像机已纪录的取景像素中待辨识物的可视像素数量；以及
根据所述多个摄像机的所述可视像素数量与收敛条件，筛选出摄像机集合，并根据所述摄像机集合与布局需求条件，进行摄像机优化布局运算，产生最佳摄像机布局方案。
2.如权利要求1所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述方法还包含:以三维仿真布局场景显示所述最佳摄像机布局方案。
3.如权利要求1所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述场景变量包含静态场景变量和动态场景变量。
4.如权利要求3所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述静态场景变量包含墙的位置、柱的大小及位置以及光源位置。
5.如权利要求3所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述动态场景变量包含所述监控场景中动态对象的所有活动动作以及所述待辨识物的所有活动动作。
6.如权利要求5所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述待辨识物为人。
7.如权利要求1所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述配置运算范围进一步包含:
根据所述监控场景建立对应的监控区域，于所述监控区域中建立坐标系并设置坐标间距；
配置所述多个摄像机的布局范围、布局间距及镜头规格；以及
配置水平方向与垂直方向的取景范围。
8.如权利要求1所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述优化布局运算进一步包含:
计算所述多个摄像机在不同镜头角度时的所述可视像素的总和，针对各个摄像机以所述总和最大者对应的镜头角度为所述摄像机的最佳镜头角度。
9.如权利要求1所述的摄像机布局方法，其特征在于，所述监控需求条件为所述多个摄像机的布局数量。
10.一种摄像机布局装置，其特征在于，所述装置包含:
处理单元；以及
存储单元，用于存储至少一个计算机程序，其中，所述计算机程序包含由所述处理单元执行的指令，使得所述处理单元执行以下步骤:
建置监控场景的三维模型与场景变量；
根据所述监控场景配置运算范围；
根据所述三维模型与所述场景变量建立多个场景，并根据所述运算范围纪录多个摄像机对所述多个场景的取景像素；
运算所述多个摄像机已纪录的取景像素中待辨识物的可视像素数量；以及
根据所述多个摄像机的所述可视像素数量与收敛条件，筛选出摄像机集合，并根据所述摄像机集合与监控需求条件，进行摄像机优化布局运算，产生最佳摄像机布局方案。
11.如权利要求10所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述步骤还包括:以三维仿真布局场景显示所述最佳摄像机布局方案。
12.如权利要求10所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述场景变量包含静态场景变量和动态场景变量。
13.如权利要求12所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述静态场景变量包含墙的位置、柱的大小及位置以及光源位置。
14.如权利要求12所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述动态场景变量包含所述监控场景中动态对象的所有活动动作以及所述待辨识物的所有活动动作。
15.如权利要求14所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述待辨识物为人。
16.如权利要求10所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述配置运算范围进一步包含:
根据所述监控场景建立对应的监控区域，于所述监控区域中建立坐标系并设置坐标间距；
配置所述多个摄像机的布局范围、布局间距及镜头规格；以及
配置水平方向与垂直方向的取景范围。
17.如权利要求10所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述优化布局运算进一步包含:
计算所述多个摄像机在不同镜头角度时的所述可视像素的总和，针对各个摄像机以所述总和最大者对应的镜头角度为所述摄像机的最佳镜头角度。
18.如权利要求10所述的摄像机布局装置，其特征在于，所述监控需求条件为所述多个摄像机的布局数量。
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