CN109509233B - 一种基于rfid标签位置信息的ptz摄像机目标跟踪方法、系统及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法、系统及装置，涉及安防领域。该方法包括：通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

本发明技术方案能够可靠且准确地实现待跟踪目标的地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的相互转换，该方法简单且具有很好的准确性和可靠性。

Description

一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法、系统 及装置

技术领域

本发明涉及安防领域，特别涉及一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法、系统及装置。

背景技术

有技术中关于PTZ摄像机进行目标跟踪的提出了多种目标跟踪方法，特别是关于球机，即目前在智能视频监控领域中广泛应用的球型摄像机。关于球机的目标跟踪方法，主要包括：基于模板匹配的目标跟踪方法，具体步骤为：首先提取目标的特征作为模板，然后根据该模板特征，在下一帧图像中确定最接近该特征的位置信息，再次将该确定出的位置信息作为目标的所在的位置信息，并更新特征模板；基于特征像素点的跟踪方法，具体步骤为：首先提取目标上的特征像素点，然后跟踪每一个特征像素点的位置；另外，还有一种比较复杂的跟踪学习检测的跟踪方法，具体步骤为：首先设置一个短时跟踪器，以设置的短时跟踪器持续跟踪目标，并以短时跟踪器的跟踪结果作为训练器的输出生成一个在线检测器，当短时跟踪器跟丢目标后，可以通过在线检测器重新找回目标。

但是上述方法仍然存在一些不足之处：基于模板匹配的目标跟踪方法对于建立的模型和背景之间差异度有较高的要求，基于特征像素点的跟踪方法对于特征像素点数量较少的场景，跟踪可靠性不高，而跟踪学习检测的跟踪方法较复杂，在实际应用中的准确性和可靠性并不理想。

发明内容

为了克服如上所述的技术问题，本发明提出一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法、系统及装置，该方法基于RFID标签位置信息获取待跟踪目标的地面坐标，并通过建立地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的对应关系，能够可靠且准确地实现待跟踪目标的地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的相互转换，该方法简单且具有很好的准确性和可靠性。本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提出一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法，包括：

通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；

根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

进一步地，所述坐标转换机制通过下述步骤建立：

建立地面坐标系以及PTZ摄像机坐标系；

确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数，其中，所述相关转换参数通过下述步骤确定：

在所述地面坐标系与所述PTZ摄像机坐标系中进行标定，包括：将所述PTZ摄像机定位到水平方位角

的位置，随机选取至少两个不同的垂直高度角θ₁和θ₂，并得到对应的PTZ摄像机画面中心指向地面上的两个点的地面坐标(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

通过标定得到的θ₁和θ₂以及(x₁,y₁)和(x₂,y₂)确定上述坐标转换关系中的所述相关转换参数。

进一步地，所述地面坐标系为通过在待跟踪目标的活动区域建立的平面直角坐标系。

进一步地，所述摄像机坐标系的Z轴垂直于所述平面直角坐标系的X和Y轴。

进一步地，所述摄像机为球机，所述坐标转换关系可表示为：

其中，(x,y)为此时球机画面中心指向的地面坐标，所述相关转换参数包括：球机安装位置的地面坐标(x₀,y₀)、球机水平零位光轴与所述平面直角坐标系的X轴平行时的球机角度

和所述球机的安装高度h。

第二方面，本发明提出一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪系统，包括：

地面坐标获取模块，用于通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；

PTZ摄像机坐标确定模块，用于通过坐标转换模块将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

坐标定位模块，用于将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

第三方面，本发明提出一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪装置，包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述程序由所述处理器执行以实现如第一方面所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明首先通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；然后根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

通过建立地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的对应关系，能够可靠且准确地实现待跟踪目标的地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的相互转换，该方法简单且具有很好的准确性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明的一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法流程图；

图2为本发明中一种坐标转换机制的建立方法流程图；

图3为本发明中一种PTZ摄像机坐标系的示意图；

图4为本发明一种坐标转换关系中转换参数的确定方法流程图；

图5所示为本发明一种通过RFID电子标签信获取待跟踪目标在监室中的地面坐标的实施例示意图；

图6所示为本发明公布的一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪系统示意图；

图7示出了本发明实施例所涉及的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方案作进一步地详细描述。

如图1所示为本发明的一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法流程图，示出了该方法的具体实施流程，包括：

通过PTZ摄像机实现对待跟踪目标在一定的活动范围内进行持续监控是具有十分广泛的应用需求的，如在监狱中，一些重点服刑人员会带有一个RFID电子标签腕带，一方面用来识别其身份，另外一个作用就是通过获取电子标签的位置，控制PTZ摄像机对目标进行实时视频跟踪。

在步骤101中，通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；

这里的目标位置是指当前需要跟踪的目标对象所处的位置，可以是部署在安防区的巡逻车队或警车，还可以是监区的服刑人员。本发明通过在待跟踪目标上的RFID标签位置信息来获取目标位置的地面坐标，在一种可能的实际操作中，监区的服刑人员佩戴特定的RFID腕带，并在监室天花板或墙上安装一个或多个基站，RFID电子标签主动或被动发射电磁波，一个或多个基站接收到电磁波后，通过检测电磁波到达各基站的时间差，来计算RFID电子标签与基站的相对位置。因此一般情况下获取到的RFID电子标签位置是一个相对于基站或墙角等的相对位置。

在步骤102中，根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

通过步骤101获取到目标位置的地面坐标后，可通过坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

需要说明的是，上述坐标转换机制应能够表示所述目标位置的地面坐标和PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

之间的转换关系，在一种可能的实现中，已知目标位置的地面坐标，根据这坐标转换机制可以得到PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

在另一种可能的实现中，已知PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

根据该坐标转换机制可以得到其画面中心对准所述目标位置的地面坐标。

另外，还需要说明的是，本申请的技术方案中的PTZ摄像机，可选的，包括球机，即球型摄像机，在进行方案的具体描述时，下述内容将均以球机进行说明，但并不以此限。

如图2为本发明中一种坐标转换机制的建立方法流程图，示出了该方法的具体实施步骤，包括：

在步骤201中，建立地面坐标系以及PTZ摄像机坐标系；

所述地面坐标系就是在一定距离范围内将地面看作一个平面所建立的坐标系，在一种可能的实现中，将监室中服刑人员作为待跟踪目标时，便可以在其活动区域内建立平面直角坐标系，可选的，该坐标系的原点可设置在步骤101中所述的RFID电子标签所对应的基站所使用的坐标系原点，这样，获取到的RFID电子标签位置便是在该平面直角坐标系中的位置。

如图3为本发明中一种PTZ摄像机坐标系的示意图，示出了本发明技术方案在具体实施过程中的一种参考坐标系，可选的，所述摄像机坐标系的Z轴垂直于所述平面直角坐标系的X和Y轴，所述摄像机为球机，图3中(x₀,y₀)为球机在地面投影点的地面坐标，那么便可以建立如图3所示的XYZ三维坐标系，该坐标系为下述实施步骤提供了参考坐标系，是进行坐标转换的基础。

在步骤202中，确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数。

通过上述步骤201建立PTZ摄像机坐标系后，基于该坐标系的描述，确定在所述PTZ摄像机坐标系中的所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数。在本步骤的描述中，结合如图3的坐标系作为示例性描述说明。

基于上述步骤201建立的参考坐标系，坐标转换公式如下：

其中，(x₀,y₀)为球机安装位置的地面坐标，为已知条件，(x,y)为球机画面中心指向的地面经纬度坐标，

是球机处于水平零位时与地面坐标X轴的固定偏移量(球机水平零位光轴与地面坐标X轴平行时的球机角度)，

是球机画面中心指向(x,y)时球机与X轴的水平夹角，在上图中

其中，如图2中对

的进一步说明示意部分所示，OB为球机画面中心指向(x,y)时球机的中心轴，与OA的夹角为

即球机的水平坐标(Pan)，θ是球机指向(x,y)时的垂直夹角，h是指所述球机的安装高度。

从坐标转换公式(1)和(2)中可以看出，该坐标转换关系的转换参数包括所述球机的安装高度h和球机水平角度的固定偏移量

可以理解的是，当所述球机的安装高度h和球机水平角度的固定偏移量

已知时，所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的转换关系便被确定。

在一种可能的实现中，如图4为本发明一种坐标转换关系中转换参数的确定方法流程图，示出了该方法的具体实施步骤，包括：

在下述步骤的描述中，结合如图3的坐标系作为示例性描述说明。

在步骤401中，在所述地面坐标系与所述PTZ摄像机坐标系中进行标定，包括：将所述PTZ摄像机定位到水平方位角

的位置，随机选取至少两个不同的垂直高度角θ₁和θ₂，并得到对应的PTZ摄像机画面中心指向地面上的两个点的地面坐标(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

在步骤402中，通过标定得到的θ₁和θ₂以及(x₁,y₁)和(x₂,y₂)确定上述坐标转换关系中的所述相关转换参数。

将球机旋转到水平方位角

的位置，选取两个不同的高度球机垂直角θ₁和θ₂，并得到对应的球机中心指向地面上的两个点的坐标(x₁,y₁)，(x₂,y₂)，通过(1)和(2)式可以得到：

通过(3)和(4)式中可以得到：

由(5)式代入(3)式或(4)式，均可以得到此时球机的安装高度h的计算式，可选的，由(4)式可以得到：

然后，将(5)式代入(6)式便可以得到此时球机的安装高度h。

因此，在(x₀,y₀)、

和h已知时，如(1)和(2)式揭示了所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的相互转换关系。

需要说明的是，根据上述步骤201至202可以确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的相互转换关系，即建立二者之间的坐标转换机制。

在步骤103中，将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

通过上述步骤101和步骤102中，通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标，并通过所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换机制，此时已知待跟踪目标的地面坐标时，根据该坐标转换机制可以得到PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

后，便能实现对待跟踪目标的监控。

需要说明的是，为实现对待跟踪目标的持续跟踪，通过不断实时获取待跟踪目标的RFID标签位置信息后，并通过(1)和(2)式所描述的PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

快速将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

即可，也就是说，步骤101至步骤103不断执行，便能实现对待跟踪目标的持续监控。

本实施例首先通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；然后根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

通过建立地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的对应关系，能够可靠且准确地实现待跟踪目标的地面坐标与PTZ摄像机坐标之间的相互转换，该方法简单且具有很好的准确性和可靠性。

如图5所示为本发明一种通过RFID电子标签信获取待跟踪目标在监室中的地面坐标的实施例示意图，图中所示O点即为平面直角坐标系的原点，X轴和Y轴相互垂直，这样在监室中任意一点都可以通过其在该平面直角坐标系中所处的位置来描述其地面坐标。

通过图5中所建立的平面直角坐标系，并结合图2所对应的坐标转换机制确定步骤，所有其它物理位置的坐标，可以采用圈尺等各种工具测量得到，可选的，采用圈尺量出其它点的坐标，以米为单位，可以标定出式(1)和(2)中的相关转换参数，得到地面坐标时和PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

之间的转换关系。

当通过服刑人员所戴的RFID腕带获取到RFID电子标签位置信息，其位置信息也是基于图5中所建立的平面坐标系，其中，圆点501处代表电子标签，其坐标为(1.95,4.06)，单位米。通过(1)和(2)式的转换关系，将RFID电子标签坐标转换为球机坐标垂直高度角θ和水平方位角

分别为(36.21゜，22.68゜)，最后将球机定位到此时求解得到的球机坐标，即可实现对该服刑人员的跟踪，当其位置发生变化时，球机坐标也会进行实时的计算并进行快速定位，进一步实现对待跟踪目标的持续跟踪。

本发明还公布一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪系统，如图6所示为本发明公布的一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪系统示意图，包括：

在模块601中，地面坐标获取模块，用于获取目标位置的地面坐标；

在模块602中，PTZ摄像机坐标确定模块，用于通过坐标转换模块将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

在模块603中，定位模块，用于将所述PTZ摄像机定位至目标定位处，所述目标定位处的垂直高度角为θ和水平方位角为

进一步地，所述坐标转换模块，包括：

坐标系建立模块，用于建立地面坐标系以及PTZ摄像机坐标系；

坐标转换确定模块，用于确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数，其中，所述相关转换参数通过下述子模块确定：

标定子模块，用于在所述PTZ摄像机坐标系中进行标定，包括：将所述PTZ摄像机定位到水平方位角

的位置，随机选取至少两个不同的垂直高度角θ₁和θ₂，并得到对应的PTZ摄像机画面中心指向地面上的两个点的地面坐标(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

参数确定子模块，用于通过标定模块得到的θ₁和θ₂以及(x₁,y₁)和(x₂,y₂)确定上述坐标转换关系中的所述相关转换参数。

图7示出了本发明实施例所涉及的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪装置的结构示意图，该装置主要包括处理器701、存储器702和总线703，所述存储器存储有至少一段程序，所述程序由所述处理器执行以实现如上述实施例所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

处理器701包括一个或一个以上处理核心，处理器701通过总线703与存储器702相连，存储器10用于存储程序指令，处理器701执行存储器702中的程序指令时实现上述方法实施例提供的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

可选的，存储器702可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随时存取存储器(SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(EPROM)，可编程只读存储器(PROM)，只读存储器(ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集由所述处理器加载并执行以实现上述方法实施例提供的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

可选的，本发明还提供了一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储与一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用于以限制发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法，其特征在于，包括：

通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；

根据坐标转换机制将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

所述坐标转换机制通过下述步骤建立：

建立地面坐标系以及PTZ摄像机坐标系；

确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数，其中，所述相关转换参数通过下述步骤确定：

在所述地面坐标系与所述PTZ摄像机坐标系中进行标定，包括：将所述PTZ摄像机定位到水平方位角

的位置，随机选取至少两个不同的垂直高度角θ₁和θ₂，并得到对应的PTZ摄像机画面中心指向地面上的两个点的地面坐标(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

通过标定得到的θ₁和θ₂以及(x₁,y₁)和(x₂,y₂)确定上述坐标转换关系中的所述相关转换参数；

所述地面坐标系为通过在待跟踪目标的活动区域建立的平面直角坐标系；

所述PTZ摄像机坐标系的Z轴垂直于所述平面直角坐标系的X和Y轴；

所述坐标转换关系可表示为：

其中，(x,y)为此时PTZ摄像机画面中心指向的地面坐标，所述相关转换参数包括：PTZ摄像机安装位置的地面坐标(x₀,y₀)、PTZ摄像机水平零位光轴与所述平面直角坐标系的X轴平行时的PTZ摄像机角度

和所述PTZ摄像机的安装高度h。

2.根据权利要求1所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法，其特征在于，所述摄像机为球机。

3.一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪系统，其特征在于，包括：

地面坐标获取模块，用于通过待跟踪目标的RFID标签位置信息获取目标位置的地面坐标；

PTZ摄像机坐标确定模块，用于通过坐标转换模块将所述目标位置的地面坐标转换为PTZ摄像机在其画面中心对准所述目标位置时的垂直高度角θ和水平方位角

坐标定位模块，用于将所述PTZ摄像机定位至所述垂直高度角为θ和水平方位角为

所述坐标转换模块包括：

坐标系建立模块，用于建立地面坐标系以及PTZ摄像机坐标系；

坐标转换确定模块，用于确定所述目标位置的地面坐标与所述PTZ摄像机的垂直高度角θ和水平方位角

之间的坐标转换关系，所述坐标转换关系包含相关转换参数，其中，所述相关转换参数通过下述子模块确定：

标定子模块，用于在所述PTZ摄像机坐标系中进行标定，包括：将所述PTZ摄像机定位到水平方位角

的位置，随机选取至少两个不同的垂直高度角θ₁和θ₂，并得到对应的PTZ摄像机画面中心指向地面上的两个点的地面坐标(x₁,y₁)和(x₂,y₂)；

参数确定子模块，用于通过标定模块得到的θ₁和θ₂以及(x₁,y₁)和(x₂,y₂)确定上述坐标转换关系中的所述相关转换参数；

所述地面坐标系为通过在待跟踪目标的活动区域建立的平面直角坐标系；

所述PTZ摄像机坐标系的Z轴垂直于所述平面直角坐标系的X和Y轴；

所述坐标转换关系可表示为：

其中，(x,y)为此时PTZ摄像机画面中心指向的地面坐标，所述相关转换参数包括：PTZ摄像机安装位置的地面坐标(x₀,y₀)、PTZ摄像机水平零位光轴与所述平面直角坐标系的X轴平行时的PTZ摄像机角度

和所述PTZ摄像机的安装高度h。

4.一种基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪装置，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有至少一段程序，所述程序由所述处理器执行以实现如权利要求1至2任一所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一段程序，所述至少一段程序由处理器执行以实现如权利要求1至2任一所述的基于RFID标签位置信息的PTZ摄像机目标跟踪方法。

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