[發明專利]嵌入矢量紅線數據的自然資源實時視頻監測方法及系統

有效

• 申請號: 202010438052.2
• 申請日: 2020-05-21
• 公開（公告）號: CN111683221B
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 邵振峰;李從敏
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G06K9/00;G06K9/46
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

一種嵌入矢量紅線數據的自然資源實時視頻監測方法及系統，包括獲取自然資源矢量紅線數據和對應的高分辨率遙感影像，獲取攝像頭初始畫面圖像；將矢量紅線數據疊加到高分辨率遙感影像上，借助遙感影像語義信息，在視頻圖像和矢量紅線數據上識別同名點，計算幾何映射關系；將矢量紅線數據映射到實時視頻，獲得視頻監控區域；通過獲得在尺度和空間均勻分布的特征點，對監控視頻相鄰幀圖像進行匹配獲得同名點；根據同名點得到圖像間幾何變換關系，將前一幀圖像上的監控區域范圍映射到后一幀圖像，實現圖像幀之間監控區域關聯；根據幾何關系，在監控視頻上進行面積量測，并支持基于確定的視頻區域，進行后續相關目標運動分析，實現區域自動預警報警。

技術領域

本發明屬于圖像處理技術領域，涉及一種嵌入矢量紅線數據的自然資源實時視頻監測方法及系統。

背景技術

生態紅線、永久基本農田、城市邊界是生態環境建設需要嚴守的三條底線。當今，良田受損，森林資源遭到亂砍濫伐，城市開發區非建設等現象頻發，國家自然資源遭受濫用的問題日益突出，如何通過技術手段支持準確、實時、快速地實行自然資源高效監測，是一件重要和緊迫的事。

隨著傳感器技術、視頻壓縮處理技術、網絡通訊技術的快速發展，利用現代科技手段，對這些自然資源實行遠程視頻監測已成為可能。如果有適于實際運用的技術，通過查看監測攝像頭，相關用戶將可以及時發現國土資源領域違法行為，對相應用地即時處置。然而，在現有模式下，依然需要大量的人工排查實時監控系統，還不能做到對指定區域的自然資源進行自動監測。如何利用圖像處理技術對視頻視野中指定區域范圍進行監控，實現區域自動預警報警，才是真正實現自然資源視頻監測的根本途徑。因此，本發明提出一種嵌入矢量紅線數據的自然資源實時視頻監測方法及系統。

普通的監控攝像頭僅能監控到固定位置，視野受限，并不適用于對自然資源這種類型的監測。帶有云臺控制功能，能調整攝像頭進行旋轉、平移、伸縮的PTZ(Pan-Tilt-Zoom,安防監控器材)攝像頭更適用于此場景。自然資源分布區域的劃定基本以矢量文件的形式保存，如何將矢量形式的GIS圖形數據嵌入到實時PTZ監控視頻圖像中是一個值得研究的問題。基于此區域，可以針對該區域進行分析，如面積測量，對人的行為進行檢測和預判，從而實現違法活動的自動預警報警。這里面主要包括兩個部分：(1)將矢量數據映射到視頻畫面中；(2)當攝像頭轉動時，矢量數據需要重新映射，從而保證其在不同視頻畫面中相對位置保持不變。

矢量數據是圖形，直觀顯示的是幾何結構信息，其屬性信息是以文本形式保存的，直接建立矢量結構與監控視頻圖像之間的幾何關系是很困難的，因此需要借助高分辨率遙感影像來輔助兩者之間映射關系的建立。目前，在GIS數據與監控視頻融合的研究中，大致可以分為兩種方法：基于單應性矩陣的方法和基于攝像機視野與DEM交會的方法。前者是通過同名特征點來解算監控視頻與遙感圖像之間的幾何變換關系，一般用單應性矩陣來描述，適合于平面或近似平面區域。后者則是將監控視頻融入到3DGIS中，以現實世界坐標系為基礎，將視頻圖像映射到3DGIS中，實現兩者的統一。這種方式需要獲取攝像頭成像時的位置、姿態信息以及高精度的DSM(Digital Surface Model)模型，適用于小場景的圖像。對于普通監控攝像頭來說，其位置參數和拍照時的姿態參數都是可以獲取到的，但是對于PTZ攝像頭來說，通過云臺控制攝像頭時，獲得的參數信息并不精準。另外，大范圍精細DSM的獲取成本昂貴。

視頻可以理解為一系列圖像的集合。當攝像頭轉動獲取監控畫面時，可以理解為從不同的視角獲取圖像，這些圖像間由于獲取角度的問題，存在一定的幾何形變。目前，基于特征匹配的方法廣泛應用于圖像間幾何關系的計算，其中SIFT算法由于其在旋轉、尺度方面保持的圖像不變性受到廣泛關注，但是其在幾何畸變大的時候，很難獲得令人滿意的結果。在此基礎上，ASIFT(Affine-SIFT)被提了出來，由于其在SIFT匹配之前，對原始圖像進行了一系列的幾何形變的模擬，因此，ASIFT能更好地解決圖像間幾何畸變的匹配問題，即使視角差異很大時，仍然能獲得一定數量的同名點。然而，這些基于特征的匹配方法在獲取匹配點時，并沒有考慮到特征點的分布問題。同名點的數量和分布是影響幾何變換矩陣準確度的兩個決定性因素。