基于计算机建模的3D视频监控方法

摘要

本发明涉及一种基于计算机建模的3D视频监控方法，利用的硬件包括前端图像采集系统、传输系统，其特征在于，由监控摄像采集视频图像信息，以计算机为处理平台，由计算机处理完成由图像向3D模型的转换和3D建模，根据摄像机采集的实时视频图像信息实时更新3D模型的内容，同时通过计算机内被模拟的摄像机对模型进行虚拟监控；有益效果是：通过计算机3D建模，可以根据普通录像对历史记录进行建模配合使用数字沙盘可以实现监控区域模拟化，完成以较少的采集前端对复杂环境的模拟复制，应于复杂环境的检测。

说明书

技术领域

    本发明涉及视频监控技术领域，特别涉及一种基于计算机建模的3D视频监控方法。

背景技术

监控系统是由前端采集系统、传输系统和显示系统组成的，以远程观看所监控区域实时状况和进行录像回放为主要功能的弱电系统。目前在市面上的监控系统的显示均采用2维图像显示，具有无法适应高温条件下近距离监控，无法在不具备安装条件的监控角度进行监控等诸多不足之处，随着我国视频监控技术的发展，需要一种新的技术方案来弥补现有技术的不足。

发明内容

    本发明的目的就是针对上述方法的不足，提出一种基于计算机建模的3D视频监控方法，由监控摄像采集视频图像信息，由计算机处理处理完成由图像向3D模型的转换，在计算机内完成3D建模，并根据摄像机采集的实时视频图像信息实时更新3D模型的状况，如运行轨迹、色彩变化、形体变化等信息。同时通过计算机内被模拟的摄像机对模型进行虚拟的监控模式。

这样我们就能实现在空间上模拟出一个摄像机，在高速的计算机处理能力的基础上，最终会得到接近于现实的3D模型，实现3D监控。

      本发明中的设备所采用的技术方案是：一种基于计算机建模的3D视频监控方法，其利用的硬件包括前端图像采集系统、传输系统，其特征在于，由监控摄像机采集视频图像信息，以计算机为处理平台，由计算机处理完成由图像向3D模型的转换和3D建模，根据摄像机采集的实时视频图像信息实时更新3D模型的内容，包括运行轨迹、色彩变化、形体变化信息，同时通过计算机内模拟摄像机对模型进行虚拟监控；所述方法包括如下次序步骤：

（1）        建立前端图像采集系统，前端图像采集系统和传输系统包括监控摄像机，云台、监控网络；

（2）        在计算机中建立图像距离处理系统，图像距离处理系统由帧图像提取子系统、帧图像对比子系统、数据运算处理子系统和数据接口子系统组成，实现对不同前端采集到的图像进行距离运算； 

帧图像提取系统通过对针对同一物体或环境进行采集的不同采集前端同一时间点采集到的图像进行帧提取，并把提取到的帧信息提供给帧图像对比子系统；

帧图像对比子系统主要对比帧图像提取子系统提供的帧数据信息，以校对采集到的图像信息是否属于同一物体或环境以及对比不同采集前端采集到的信息之间差异；

在帧图像对比子系统确认不同采集前端采集到的图像信息属于同一物体或环境之后，数据  运算子系统通过采集前端之间的距离信息和同一物体或环境由不同采集前端采集的图像信息进行运算处理，得到需要的3D用以表达物体的多边形与采集前端之间的距离信息；    

数据接口子系统则完成数据由图像距离处理系统向3D建模系统的数据输出；

    图像距离处理系统对采集到的图像进行多边形面片处理，计算每个多边形面片的顶点距离信息，把运算的数据传送给3D建模系统，采用“偏光原理”运算；

    对不同的采集前端所采集到的不同的图像信息进行运算分析，得到图像信息点与不同的采集前端之间的距离信息以及各个采集前端采集到的图像的色彩、色调、灰度和饱和度信息，将信息数据传送给3D建模系统；

（3）        在计算机中建立图像位移处理系统：图像位移处理系统由帧图像提取子系统、帧图像位移对比子系统和运行轨迹分析处理子系统组成，实现对运动目标运行轨迹的运算和处理；

   这里的帧图像提取子系统和图像距离处理子系统离得帧图像处理子系统不同，它主要提取的帧图像，此处帧图像指的是同一采集前端在不同时间轴上提取的；

帧图像位移对比子系统根据帧图像提取子系统提供的帧信息，通过处理运算得出表示物体的多边形各个顶点的位移量。

运行轨迹分析处理子系统把3D建模标识物体的多边形的运行轨迹运算出来，结合3D模型以动画的形式展示出来；

（4）        在计算机中建立3D建模系统，3D建模系统由建模子系统、色彩生成子系统和模拟摄像机生成子系统组成；通过在计算机中对模型进行不同角度的图像输出来模拟生成虚拟摄像机的监控画面，达到对模型进行多方位的显示的过程；

（5）        由3D建模子系统建立的3D模型和图像位移子系统运算出的模型各个部位表示的多边形的时间线上的运行轨迹进行结合生成3D模型的动画形式，以实现模拟监控系统。 

     本发明的有益效果是：基于计算机建模的3D视频监控方法，以传统监控模式运行，对现场进行实时监控，对现场进行传统监控模式的录像、查找和回等功能，通过计算机3D建模可以对实时监控的区域进行3D建模，可以根据普通录像对历史记录进行建模，配合使用数字沙盘可以实现监控区域模拟化，完成以较少的采集前端对复杂环境的模拟复制，本发明应于复杂环境的检测，如水文检测，地下矿井建模，高灵敏性和准确的还原事物的实时状态，实现动态的数据处理，动态的选择阀值进行区域复制，可广泛应用厂矿企业的生产区域，特别是在人员无法接近的高温区域，更适宜采用此技术进行监控，本发明也可应用于全系视频会议，在世界的任何地方做到真正面对面的商讨。

附图说明

    图1是基于计算机建模的3D监控系统框架图；

    图2是人眼偏光原理示意图。

具体实施方式

    下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

     如图1、图2所示，一种基于计算机建模的3D视频监控方法，采用的硬件包括前端图像采集系统、传输系统，由监控摄像采集视频图像信息，以计算机为处理平台，由计算机处理完成由图像向3D模型的转换和3D建模，根据摄像机采集的实时视频图像信息实时更新3D模型的内容，包括运行轨迹、色彩变化、形体变化信息，同时通过计算机软件模拟摄像机对模型进行虚拟的监控，

实施例一：

    1、建立前端图像采集系统，前端图像采集系统和传输系统包括摄像机，云台、监控网络；

    2、 在计算机中建立图像距离处理系统：图像距离处理系统由帧图像提取子系统、帧图像对比子系统、数据运算处理子系统和数据接口子系统组成，实现对前端采集到的图像进行距离运算；

     图像距离处理系统的处理过程：通过对不同采集前端针对同一物体或环境的采集图像信息的处理来进行对监控物体或环境与采集点之间的距离运算，以3D模型的表示方法，将具有复杂外形的物体其表面由多边形面片来近似表示；

     对采集到得图像进行多边形面片处理，计算每个多边形面片的顶点距离信息，把运算的数据传送给3D建模系统，采用“偏光原理”运算；

    就像我们的视觉以能分辨远近一样，采集前端就像人的双眼，靠不同的采集前端之间的距离差，对不同的采集前端所采集到的不同的图像信息进行运算分析，得到图像信息点与不同的采集前端之间的距离信息以及各个采集前端采集到的图像的色彩、色调、灰度和饱和度信息，将信息数据传送给3D建模系统；

如图2所示，以我们人眼为例阐述偏光原理：设注视点为M，它在两眼视网膜中心的构像分别为m1和m2。当注视M点时，其它物点A、B也会在视网膜上构像，分别为al、b1和a2、b2，左右相应像点分别到相应视网膜中心的横向弧长之差，称为生理视差。

以M点的构像m1、m2为准，像点在其左侧的为正，反之为负。那么A、B两点的生理视差为：A=m1a1－m2a2＜0，B= m1b1-m2b2＞0。显然，M点的生理视差为零。由此可见，当物点比注视点远时，其生理视差小于零，反之大于零。这种由于物点远近所形成的生物视差，经过大脑的处理，便产生空间物体远近不同的立体感觉。

     3、在计算机中建立图像位移处理系统：图像位移处理系统由帧图像提取子系统、帧图像位移对比子系统和运行轨迹分析处理子系统组成，主要实现对运动目标运行轨迹的运算和处理；

     图像位移处理系统处理过程：通过对相同的采集前端对同一物体或环境在不同时间段采集到的信息进行处理来计算物体或环境在时间轴上的位移量；

    当每一个物体在其局部坐标系中被建立起来之后，就需要将其放置到将要绘制的场景之中，组成场景的每个物体都有自己独立的局部坐标系；

    整个场景的坐标系采用世界坐标系，场景中的所有物体都必须从自己的局部坐标系中变换到世界坐标系中以定义场景中物体之间的空间相对关系；

    如果一个物体在场景中是运动的，则必须为该物体定义一个随时间变化的变换序列以便在每一帧将该物体变换到世界坐标系中的不同位置。

    图像位移处理系统通过物体或环境在坐标系上的变化对物体或环境的运行轨迹进行分析运算。

    接收图像距离处理系统的数据信息对物体或环境进行NURBS建模生成和色彩生成处理，由于接收到的是3D表示方法的多边形的面片的顶点信息，所以存储量和运算量都大大的减少了，采用局部坐标系、世界坐标系或相机坐标系来建立现实世界的模拟3D场景。

    同时色彩处理阶段可以对实现纹理映射、透明以及雾化（大气效应）等真实感效果。物体表面纹理的定义是在世界坐标系中进行的，通过预处理，每个带有纹理的多边形在其顶点数据中建立了与相应纹理图的映射关系。在绘制带有纹理的多边形时，其相应的纹理图也同时被加载到纹理存储器中，在求出物体上象素坐标的同时其相应的纹理坐标也被计算出来。用该纹理坐标从纹理存储器中读出相应纹理象素的值，将其与明暗处理的结果进行混合就得到要显示的象素值。雾化（大气效应）则是在计算出的象素值上乘上一个与深度有关的衰减因子。

对落在同一屏幕位置的象素点的象素值按其所属物体的透明系数进行加权融合就可以产生透明效果。得到采集前端现场的3D模型后，我们可以通过建立虚拟摄像机可以再模型任意角度对模型进行图像采样处理。

    4、在计算机中建立3D建模系统，3D建模系统包括建模子系统、色彩生成子系统和模拟摄像机生成子系统组成；由3D建模子系统和图像位移子系统运算生成模拟监控系统。

    基于计算机建模的3D监控系统可广泛应用厂矿企业的生产区域，如人员无法接近的高温区域，可采用此技术进行监控。也可应用于全系视频会议，让我们可以在世界的任何地方做到真正面对面的商讨。

    基于计算机建模的3D监控系统首先需要建模才能实现监控，在建模的基础上我们可以应用的方位将非常宽广，无论从军事还是科考层面来说，都可以通过建模获取我们所需的地形、建筑设备等形体状况及其变化等方面的信息。我们同样可以采用非图像形式的采集前端，诸如海底勘测的声纳、工业探伤的射线和X光等作为前端以实现我们对诸如海床的测绘、工业产品及其内部建模和人体结构等的实时建模。

    根据上述说明，结合本领域技术可实现本发明的方案。