一种监控摄像头布局方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及监控布局领域，尤其涉及一种监控摄像头布局方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

随着安全意识的增强，视频监控系统作为安防工作的重要组成部分，被广泛应用。面对公共区域的视频监控系统的设计往往需要存在大规模、高覆盖率、多视角等监控要求。现有的视频监控布局设计的方式大多数是由工程设计人员凭借经验或者简单的量测、估算来进行布局配置，这种人工的设计方式受经验和主观因素影响较大，很难综合考虑实际应用中遇到的环境复杂性、自遮挡和互遮挡、成本控制问题，得出的监控摄像头布局方案无法实现目标全程跟踪以及难以捕捉到有效的监控信息。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种监控摄像头布局方法、装置及及计算机可读存储介质，能够合理地进行监控摄像头的布局以实现目标的全程跟踪和有效信息的捕捉。

为实现上述目的，本发明实施例提供了一种监控摄像头布局方法，包括：

获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置、摄像头的覆盖半径；

根据所述障碍物位置、所述障碍物高度、所述候选位置和所述覆盖半径构建监控摄像头布局模型，包括：

构建目标函数；

构建摄像头覆盖面积重叠约束条件；

构建摄像头监控角度约束条件；

求解监控摄像头布局模型，得最优监控摄像头布局方案。

作为上述方案的改进，所述目标函数为：

其中，C

作为上述方案的改进，所述摄像头覆盖面积重叠约束条件，具体为：

S21、随机选取一个所述候选位置作为初始位置，设定所述初始位置的摄像头为初始摄像头；

S22、当所述初始摄像头与一邻居摄像头的关系满足公式：

将初始摄像头和所述邻居摄像头进行合并，作为新的初始摄像头；其中，A为初始摄像头，B为A的邻居摄像头，I(A,B)为A和B的互信息，δ为互信息阈值，S(A∪B)为A和B的总覆盖面积，S(A)为A的覆盖面积，S(B)为B的覆盖面积，α为面积占比阈值；所述邻居摄像头的覆盖范围与所述初始摄像头的覆盖范围有重叠；

否则，不将所述摄像头和所述邻居摄像头合并；

S23、重复步骤S22，直到所有所述邻居摄像头遍历完毕。

作为上述方案的改进，所述摄像头监控角度约束条件，具体为：

将监控区域划分为N个栅格，所有栅格都满足以下公式：

其中，

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种监控摄像头布局装置，包括：

数据获取模块，用于获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置、摄像头的覆盖半径；

模型构建模块，用于根据所述障碍物位置、所述障碍物高度、所述候选位置和所述覆盖半径构建监控摄像头布局模型，包括：

构建目标函数；

构建摄像头覆盖面积重叠约束条件；

构建摄像头监控角度约束条件；

布局方案求解模块，用于求解监控摄像头布局模型，得最优监控摄像头布局方案。

作为上述方案的改进，所述目标函数为：

其中，C

作为上述方案的改进，所述摄像头覆盖面积重叠约束条件，具体为：

S21、随机选取一个所述候选位置作为初始位置，设定所述初始位置的摄像头为初始摄像头；

S22、当所述初始摄像头与一邻居摄像头的关系满足公式：

将初始摄像头和所述邻居摄像头进行合并，作为新的初始摄像头；其中，A为初始摄像头，B为A的邻居摄像头，I(A,B)为A和B的互信息，δ为互信息阈值，S(A∪B)为A和B的总覆盖面积，S(A)为A的覆盖面积，S(B)为B的覆盖面积，α为面积占比阈值；所述邻居摄像头的覆盖范围与所述初始摄像头的覆盖范围有重叠；

否则，不将所述摄像头和所述邻居摄像头合并；

S23、重复步骤S22，直到所有所述邻居摄像头遍历完毕。

作为上述方案的改进，所述摄像头监控角度约束条件，具体为：

将监控区域划分为N个栅格，所有栅格都满足以下公式：

其中，

为实现上述目的，本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一实施例所述的监控摄像头布局方法。

与现有技术相比，本发明实施例公开的监控摄像头布局方法、装置和计算机可读存储介质，通过根据获取到的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置和摄像头的覆盖半径构建目标函数，通过对摄像头覆盖面积和监控角度进行约束，进行模型求解，得到最优监控摄像头布局方案，以根据该方案进行监控布局。在监控摄像头布局过程中，考虑到人的行走轨迹与道路走向相关，对每一栅格到对应的摄像头的连线与道路矢量的夹角进行最大值限制，以实现目标有效信息的捕捉，在保证监控的全覆盖的同时减少资源的浪费；在满足栅格空间可见性和全视角覆盖的基础上，采用最小代价的全覆盖约束条件实现监控摄像头布局位置的选取。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种监控摄像头布局方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的一种监控摄像头布局装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的另一种监控摄像头布局装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，是本发明实施例提供的一种监控摄像头布局方法的流程图，所述监控摄像头布局方法包括：

S1、获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置、摄像头的覆盖半径；

S2、根据所述障碍物位置、所述障碍物高度、所述候选位置和所述覆盖半径构建监控摄像头布局模型，包括：

构建目标函数；

构建摄像头覆盖面积重叠约束条件；

构建摄像头监控角度约束条件；

S3、求解监控摄像头布局模型，得最优监控摄像头布局方案。

示例性的，在步骤S1中，可直接获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度，根据监控区域的实际情况选择可能安装摄像头的位置作为候选位置，根据所采用的摄像头的型号得到摄像头监控的覆盖半径。

具体地，在步骤S2中，构建的目标函数为：

其中，C

值得说明的是，摄像头的安装位置在预先设置的候选位置上，但不是每个候选位置上都安装有摄像头，每个候选位置上安装摄像头的成本并不一定相同，构建的目标函数为安装摄像头的最小代价函数。

具体地，在步骤S2中，所述摄像头覆盖面积重叠约束条件，具体为：

S21、随机选取一个所述候选位置作为初始位置，设定所述初始位置的摄像头为初始摄像头；

S22、当所述初始摄像头与一邻居摄像头的关系满足公式：

将初始摄像头和所述邻居摄像头进行合并，作为新的初始摄像头；其中，A为初始摄像头，B为A的邻居摄像头，I(A,B)为A和B的互信息，δ为互信息阈值，S(A∪B)为A和B的总覆盖面积，S(A)为A的覆盖面积，S(B)为B的覆盖面积，α为面积占比阈值；所述邻居摄像头的覆盖范围与所述初始摄像头的覆盖范围有重叠；

否则，不将所述摄像头和所述邻居摄像头合并；

S23、重复步骤S22，直到所有所述邻居摄像头遍历完毕。

值得说明的是，在监控布局时，为实现监控的全覆盖，必须保证相邻的摄像头的监控的覆盖范围有所重叠或者恰好处于相接的状态，即相邻的摄像头的互信息应大于零，同时，为更合理地进行监控布局，减少资源的浪费，摄像头监控的面积重叠部分不能太高，即相邻的摄像头的互信息必须小于互信息阈值，同时，两相邻摄像头的总面积减去覆盖面积较大的摄像头的覆盖面积，得到的数值与覆盖面积较小的摄像头的覆盖面积的比例不超过面积占比阈值；一般情况下，互信息阈值设置在20％到40％之间，面积占比阈值设置在30％到60％之间，但互信息阈值和面积占比阈值并不限定于上述具体的数值，具体的数值可根据实际情况进行设定。

值得说明的是，一般情况下，初始位置的选择为随机选择，不同的初始位置最终得到的监控摄像头布局方案可能不同，可进行多次试验，得到多个监控摄像头布局方案，从中选择最优方案。

示例性的，假设A和B两个监控节点是近邻的，计算两个近邻站点A和B的互信息。如果A和B的互信息大于设定的阈值，则说明两个监控节点具有一定的重合度，并且重合度不能太大，如果满足下面的公式，需要把A并入B(小面积并入大面积)，然后计算并入A后的B是否与其他监控节点C相邻，如果相邻，并且满足下面的公式，那么继续合并，如果不满足条件，不进行合并；

其中，互信息大于0表示A与站点B的监控面积有重叠，但是重叠度不能过高，如果太高的话，摄像头监控的面积大量重叠造成资源的浪费，一般δ设置在20％-40％之间；同理，S表示面积，S(A∪B)为A和B合并后的面积，S(A)表示A的面积，α一般取值在30％-60％之间。将有效覆盖的区域进行不断合并，如此，快速圈选整个区域的有效覆盖面积，相较于每个单独摄像头之间的覆盖范围的判断，降低了单个摄像头相互计算覆盖边界所带来的计算复杂度。一般情况下，合并结束时，所有的候选位置的摄像头都进行过公式判断，将合并不成功的摄像头剔除。

具体地，关于摄像头的覆盖面积，即可视域，每个摄像头的可视域取决于候选位置、障碍物的高度、障碍物的位置、摄像头的监控角度以及摄像头的覆盖半径。监控小区或者园区的地形起伏不大，因此在可视性分析过程中将忽略地形对可视性的影响。

具体地，在步骤S2中，所述摄像头监控角度约束条件，具体为：

将监控区域划分为N个栅格，所有栅格都满足以下公式：

其中，

示例性的，将监控区域均等划分为N个栅格，为保证监控的全覆盖，每个栅格必须落在至少一个摄像头的监控覆盖范围内，并且，每一栅格的中心点Z

值得说明的是，监控区域划分而成的栅格个数越多且每一栅格的面积越小，监控的布局越精准合理，但是计算过程会较繁琐，可根据实际情况进行栅格划分。每一栅格的面积也不限于均等的情况，可根据实际情况进行划分；可从规划设计的城市高层信息地图中获取道路的矢量图层，从而获得道路矢量。

在进行监控布局时，将传统的通信基站规划的仿真软件，巧妙的用在监控节点部署的规划，利用现有的基础提交——楼宇的高度信息，可用监控节点部署位置信息、监控的半径、摄像头的角度等，实现了视频监控项目的快速规划，为后期的节点布局提供了规划支撑。

参见图2，是本发明实施例提供的一种监控摄像头布局装置的结构示意图，所述监控摄像头布局装置20包括：

数据获取模块21，用于获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置、摄像头的覆盖半径；

模型构建模块22，用于根据所述障碍物位置、所述障碍物高度、所述候选位置和所述覆盖半径构建监控摄像头布局模型，包括：

构建目标函数；

构建摄像头覆盖面积重叠约束条件；

构建摄像头监控角度约束条件；

布局方案求解模块23，用于求解监控摄像头布局模型，得最优监控摄像头布局方案。

具体地，所述目标函数为：

其中，C

具体地，所述摄像头覆盖面积重叠约束条件为：

S21、随机选取一个所述候选位置作为初始位置，设定所述初始位置的摄像头为初始摄像头；

S22、当所述初始摄像头与一邻居摄像头的关系满足公式：

将初始摄像头和所述邻居摄像头进行合并，作为新的初始摄像头；其中，A为初始摄像头，B为A的邻居摄像头，I(A,B)为A和B的互信息，δ为互信息阈值，S(A∪B)为A和B的总覆盖面积，S(A)为A的覆盖面积，S(B)为B的覆盖面积，α为面积占比阈值；所述邻居摄像头的覆盖范围与所述初始摄像头的覆盖范围有重叠；

否则，不将所述摄像头和所述邻居摄像头合并；

S23、重复步骤S22，直到所有所述邻居摄像头遍历完毕。

具体地，所述摄像头监控角度约束条件为：

将监控区域划分为N个栅格，所有栅格都满足以下公式：

其中，

值得说明的是，具体的所述监控摄像头布局装置20的工作过程可参考上述实施例中所述监控摄像头布局方法的工作过程，在此不再赘述。

与现有技术相比，本发明实施例公开的监控摄像头布局方法、装置和计算机可读存储介质，通过根据获取到的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置和摄像头的覆盖半径构建目标函数，通过对摄像头覆盖面积和监控角度进行约束，进行模型求解，得到最优监控摄像头布局方案，以根据该方案进行监控布局。在监控摄像头布局过程中，考虑到人的行走轨迹与道路走向相关，对每一栅格到对应的摄像头的连线与道路矢量的夹角进行最大值限制，以实现目标有效信息的捕捉，在保证监控的全覆盖的同时减少资源的浪费；在满足栅格空间可见性和全视角覆盖的基础上，采用最小代价的全覆盖约束条件实现监控摄像头布局位置的选取。

参见图3，图3是本发明实施例提供的另一种监控摄像头布局装置的结构示意图，所述监控摄像头布局装置30包括处理器31、存储器32以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器31执行的计算机程序。所述处理器31执行所述计算机程序时实现上述管道异常的确认方法实施例中的步骤，例如图1中所示的步骤S1～S3。或者，所述处理器31执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块的功能，例如数据获取模块21。

示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块，所述一个或者多个模块被存储在所述存储器32中，并由所述处理器31执行，以完成本发明。所述一个或多个模块可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述监控摄像头布局装置30中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成数据获取模块21、模型构建模块22和布局方案求解模块23，各模块具体功能如下：

数据获取模块21，用于获取监控区域内的障碍物位置、障碍物高度、若干个摄像头的候选位置、摄像头的覆盖半径；

模型构建模块22，用于根据所述障碍物位置、所述障碍物高度、所述候选位置和所述覆盖半径构建监控摄像头布局模型，包括：

构建目标函数；

构建摄像头覆盖面积重叠约束条件；

构建摄像头监控角度约束条件；

布局方案求解模块23，用于求解监控摄像头布局模型，得最优监控摄像头布局方案。

各个模块具体的工作过程可参考上述实施例所述的监控摄像头布局装置20的工作过程，在此不再赘述。

所述监控摄像头布局装置30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述监控摄像头布局装置30可包括，但不仅限于，处理器31、存储器32。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是监控摄像头布局装置的示例，并不构成对监控摄像头布局装置的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述监控摄像头布局装置30还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所述处理器31可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器31是所述监控摄像头布局装置设备30的控制中心，利用各种接口和线路连接整个监控摄像头布局装置30的各个部分。

所述存储器32可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器31通过运行或执行存储在所述存储器32内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器32内的数据，实现所述监控摄像头布局装置30的各种功能。所述存储器32可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器32可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(SecureDigital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。

其中，所述监控摄像头布局装置30集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。