视频地图及其生成方法研究

发布时间：2020-08-07 17:42

【摘要】：随着互联网和智能手机的快速发展,基于定位和地图的应用越发渗透到人们生活中的方方面面。电子地图作为计算机荧幕展示技术、GIS、计算机辅助制图和多媒体技术支撑下的产物,具有更强的交互性、多尺度表达和宏观一览的特点。为了在地图上以更加真实、美观的形式展示地理实体,越来越多的多媒体元素融入到地图空间中,视频作为一种实时性强,场景还原度高的多媒体元素,已然渗透到人们生活中的方方面面。监控视频作为视频的一大分类,其天生就具备很强的时空表达能力,由于监控设备的地理位置一经确定就极少变更,这也为视频与地图的互映射和表达提供稳定的数据基础。PTZ相机是一类重要的视频监控传感器,能够根据需求调整传感器的主光轴方向和变焦镜头,从而提升相机传感器的最大视域范围。将PTZ相机与二维地图融合表达,需要借助特征检测和单应关系确定传感器在每一帧的姿态,以完成不同姿态下视频数据在地图平面上的拼接。电子地图与视频的融合方案包括两种,其一为通过视频与地理坐标的映射关系,使其具备空间位置相关性,并满足多尺度环境下视频信息的展示和播放,多媒体地图是其中最具有代表性的电子地图方案,将多媒体作为属性简单地与地理实体链接。另一种方案则利用视频与地理场景的互映射模型,以加强视频数据的空间表达能力,使视频可以基于投影坐标系实现空间量测。后者提出的时间较短,缺乏一套完整的框架和理论,并且未考虑动态目标的地图表达,为加强视频地图的互映射表达,本文定义视频地图这一的概念,并对其中涉及的理论基础和关键技术展开论述。基于以上的背景和意义,本文提出视频地图的概念,致力于研究视频地图的概念、特性、组成、核心技术和关键流程,探讨视频图像的前后景分离方法、PTZ相机姿态跟踪策略以及地图映射优化技术,本文的研究内容如下:1)提出视频地图的概念和生成方式。定义视频地图的概念,提出一种基于投影面变换的倾斜校正方法。提取的运动目标对象则抽象为地图符号,在不同级别的电子地图中分尺度表达,以适应视频地图多尺度表达和宏观一览性的需求。2)变姿传感器姿态跟踪与参考帧模型。由于PTZ相机和其他云台监控设备可能发生姿态变化,本文提出一种基于特征点过滤和参考帧模型的ORB算法跟踪姿态,特征点过滤能够减少前景目标产生的特征误匹配,提高姿态解算精度,参考帧模型则能够在姿态跟踪失败时及时修正,提高姿态解算的精度。3)姿态固定和变姿传感器视频背景建模。针对固定姿态视频传感器,本文提出一种改进的Vibe算法,以提升样本背景建模的质量,在Vibe算法基础上,进一步提出一种背景像素生成方案。针对变姿相机,文中基于F2F策略、改进的ORB算子和Vibe算法进行背景建模,以提高背景图像生成的质量和前景目标映射的精度,加强变姿相机视频在地图上的表现力。4)有效感知平面生成。基于投影变换前后像素数量之间的关系,裁剪视频影像,以减少投影变换后像素插值导致的信息冗余和图片整体质量下降所带来的影响。利用感知强度求解有效感知平面,应对不同姿态下视频图像的有效裁剪。
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P283.7;P208
【图文】：

摄像头,类型,枪机,刻录机

前者相对成熟稳定，成像质量较高，而后者功耗低，成本低，适合用在集成度较高的逡逑相机设备中。逡逑图２．丨常见感光元件逡逑监控摄像头按照外形可以分为枪机、半球机和球机三类，如图２．３所示，枪机一逡逑般在墙上、电线杆上安装，能够提供稳定的拍摄环境，部分枪机还提供夜视功能。半逡逑球机一般用于室内，吸附在天花板上使用，功能与枪机类似。球机则不同于前两类，逡逑其集成传感器、变焦镜头和云台于一身，是ＰＴＺ相机的一种，为用户提供更大的视逡逑域范围和可操作性。逡逑图２．邋２常见监控摄像头类型逡逑目前主流的视频监控刻录机主要可以分为两种，分别为是数字硬盘刻录机逡逑（Ｄｉｇｉｔａｌ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｒｅｃｏｒｄｅｒ，邋ＤＶＲ）和网络硬盘亥Ｕ录机（Ｎｅｔｗｏｒｋ邋Ｖｉｄｅｏ邋Ｒｅｃｏｒｄｅｒ）。其中逡逑１３逡逑

地图,枪机,半球,摄像头

逦第２章视频地图基础逦逡逑信息过滤等等，但是，经过处理后的图像并未改变视频的本质，可以认为视频地图中逡逑的视频数据真实有效，而非人为加工。逡逑２．邋３视频地图组成逡逑视频地图依托于计算机硬软件之上而实现，在本节中，讨论视频地图的组成要素，逡逑包括监控视频和地图服务。逡逑２．３．１监控视频逡逑监控视频设备不同于普通的单反相机和拍照手机，除了机身的感光元件、镜头和逡逑外置存储设备外，还需要额外的视频录像机、外置电源和传输导线以实现监控数据的逡逑获取、存储和管理等操作。感光元件是图像信号采集的核心部件，可以实现电荷信号逡逑或电流信号向数字信号的转换，目前比较常见的感光元件包括ＣＣＤ和ＣＭＯＳ，其中逡逑前者相对成熟稳定，成像质量较高，而后者功耗低，成本低，适合用在集成度较高的逡逑相机设备中。逡逑

示意图,针孔成像,示意图,桶形畸变

中心像素点不存在径向畸变，距离中心像素点越远，则径向畸变越大。径向逡逑畸变可以分为桶形畸变和枕形畸变，其中桶形畸变多发生在广角镜头中，成像画面朝逡逑径向膨胀，如图２．６（ａ）所示。枕形畸变一般出现在长焦镜头中，像素点向中心收缩。逡逑１５逡逑

【参考文献】