一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機視覺和圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,尤其涉及一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu) 化部署方法的研究。
【背景技術(shù)】
[0002] 圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)是多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心內(nèi)容。它除了具有傳統(tǒng)傳感器網(wǎng) 絡(luò)的分布式感知、自組織能力、傳感器節(jié)點稠密部署、有限通信帶寬等特點之外,還具有能 夠獲得場景的圖像、信息數(shù)據(jù)量巨大、觀測方向和觀測區(qū)域受限、智能處理和存儲能力更強 等特點。同時,為了適應(yīng)更為復(fù)雜的應(yīng)用,圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)對節(jié)點之間的協(xié)同感知和協(xié)同處 理能力也提出了更高的要求。而圖像傳感器節(jié)點的部署決定了網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同感知和處理能 力,是實現(xiàn)圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)高效、低功耗運行必須解決的關(guān)鍵問題。
[0003] 在傳統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)中,通常采用感知距離描述節(jié)點對事件的感知能力,并在此基 礎(chǔ)上對網(wǎng)絡(luò)的部署進行分析和優(yōu)化。但是圖像傳感器對場景的感知有一定的方向性和區(qū)域 性,觀測場景的三維結(jié)構(gòu)也會對節(jié)點像機的感知產(chǎn)生影響。因此,傳統(tǒng)的基于感知距離約束 分析優(yōu)化方法,已不再適用于圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)。
[0004] 近些年來,也有研究者針對圖像傳感器的特點進行了圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能的 研究,提出了虛擬視場,空間覆蓋等概念。但是以往的研究中,基本以網(wǎng)絡(luò)的總體覆蓋率和 覆蓋度為指標,來考慮網(wǎng)絡(luò)的部署問題,并沒有考慮圖像傳感器對目標的觀測質(zhì)量。因而, 需要研究更加有效的圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法,為圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)的高效運行提供充 實的理論依據(jù)。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法,提高無線圖像傳感器 網(wǎng)絡(luò)部署和運行的靈活性,可以用于軍事安全、公共安全、智能交通、智能樓宇、環(huán)境監(jiān)測等 領(lǐng)域。
[0006] 為達到上述目的,本發(fā)明提出一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法,具體包括圖像 傳感器觀測模型的建立和圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署兩個基本步驟。
[0007] 步驟一,在本發(fā)明的一個實施例中,所述圖像傳感器觀測模型的建立進一步包括: 在某時刻t,圖像傳感器模型為一個扇形,用一個四元組(C,表示,隨其傳感方向 的不斷調(diào)整,圖像傳感器有能力覆蓋到其傳感距離內(nèi)的整個圓形區(qū)域;建立圖像傳感器的 觀測性能函數(shù)
,其中《為目標對圖像傳感器的張角,E= 2. 7+0. 7X(?/ ac),ae為圖像傳感器的臨界觀測角,與其空間分辨能力有關(guān);將觀測目標等效為一個圓, 以目標點X的位置為圓心坐標,圓的半徑r由目標大小決定;目標點對圖像傳感器的張角 ?對應(yīng)圓上的圓心角為%,所述圖像傳感器的觀測模型為:
[0008] 步驟二,在本發(fā)明的一個實施例中,所述圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署進一步包括: 建立大小為MXN的觀測區(qū)域模型,對觀測區(qū)域離散化處理,以密度為gs(gs的選取與系統(tǒng) 要求精度相關(guān))劃分網(wǎng)格,所述觀測區(qū)域中的網(wǎng)格點由矩陣Q表示;建立網(wǎng)絡(luò)覆蓋率模型 為:
[0009]
,R代表任意一個圖像傳感器的覆蓋 區(qū)域,Q為觀測區(qū)域,mXn代表監(jiān)控區(qū)域中所有網(wǎng)格點數(shù);建立區(qū)域Q'的觀測模型為:
T為能夠覆蓋目標點X的所有圖像傳 感器節(jié)點數(shù)目,Sg' (X)為不同圖像傳感器相對于目標重疊視場部分的觀測值,PlxqiS 區(qū)域中Q'網(wǎng)格點的個數(shù);建立網(wǎng)絡(luò)覆蓋部署優(yōu)化函數(shù)為
>,其 中,F(xiàn)(Q)為網(wǎng)絡(luò)的部署優(yōu)化函數(shù),P(Q)為網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率,G(Q' k)為網(wǎng)絡(luò)中重點觀測區(qū) 域Q'滿觀測值,所述的重點觀測區(qū)域Q'的個數(shù)為t,k越大,所述重點觀測區(qū)域Q' 越重要,Ak為權(quán)重因子,所對應(yīng)區(qū)域越重要,A,取值越大,所述A,取值滿足k A: =1,2,…t,其中,A1= 10,當(dāng)不考慮網(wǎng)絡(luò)中重點觀測區(qū)域的觀測可靠度時,A=〇;利用 二元整數(shù)規(guī)劃方法對網(wǎng)絡(luò)的部署函數(shù)進行優(yōu)化,得到網(wǎng)絡(luò)覆蓋率和重點區(qū)域觀測值最大情 況時的網(wǎng)絡(luò)部署。
[0010] 本發(fā)明提出的一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法,通過建立圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)觀測 模型,進一步建立了更加有效的圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署模型。本發(fā)明克服了現(xiàn)有圖像傳 感器網(wǎng)絡(luò)部署和運行靈活性低,觀測效率不高的問題,為圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)高效監(jiān)控提 供了有力的研究基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0011] 圖1為本發(fā)明實施例的圖像傳感器觀測可靠度模型建立方法流程圖;
[0012] 圖2為本發(fā)明實施例的圖像傳感器模型示意圖;
[0013] 圖3a為本發(fā)明實施例的近距離觀測時目標對圖像傳感器的張角示意圖;
[0014] 圖3b為本發(fā)明實施例的較遠距離觀測時目標對圖像傳感器的張角示意圖;
[0015]圖4為本發(fā)明實施例的圖像傳感器對目標觀測的可靠度示意圖;
[0016]圖5為本發(fā)明實施例的不同目標大小下圖像對目標的觀測可靠度曲線;
[0017] 圖6為網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署模型;
【具體實施方式】
[0018]下面詳細描述本發(fā)明的實施例,所述實施例的示例在附圖中示出,其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的意義。下面所描述的實施例是示例性的,僅用于解釋 本發(fā)明,而不能解釋為對本發(fā)明的限制。
[0019] 本發(fā)明是針對圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)中,部署和運行靈活性低,觀測效率不高的問題,提 出的一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法。
[0020] 為了能夠?qū)Ρ景l(fā)明有更清楚的理解,在此進行簡要描述。本發(fā)明包括兩個基本步 驟:步驟一,圖像傳感器觀測模型的建立;步驟二,圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化部署。
[0021] 具體的,圖1所示為本發(fā)明實施例的一種圖像傳感器網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化部署方法的流程 圖,包括以下步驟:
[0022] 步驟S101,建立圖像傳感器模型。
[0023] 在本發(fā)明的一個實施例中,建立圖像傳感器模型為一個扇形(如圖2所示),可用 一個四元組表示該模型;其中C表示圖像傳感器的位置坐標,R表示圖像傳 感器的傳感半徑,向量為圖像傳感器的傳感方向,a代表圖像傳感器的觀測角;在某 時刻t,圖像傳感器的傳感區(qū)域是一個扇形,但隨其傳感方向的不斷調(diào)整,圖像傳感器有能 力覆蓋到其傳感距離內(nèi)的整個圓形區(qū)域;并且,在某時刻t,若目標點X被圖像傳感器覆蓋 成立,當(dāng)且僅當(dāng)滿足以下條件
[0024]
[0025]
[0026] 其中|Gf||代表目標點X到該圖像傳感器的歐氏距離。
[0027] 步驟S102,建立圖像傳感器觀測性能函數(shù)。
[0028] 在本發(fā)明的一個實施例中,圖像傳感器對目標的觀測符合這樣一個準則,圖像傳 感器C離目標X的距離越遠,目標X相對于圖像傳感器C的張角《就越?。ㄈ鐖D3所示, ?2< ?i),圖像傳感器對目標的分辨力就越差,因而,根據(jù)Johnson準則,像機對目標的觀 測性能函數(shù)滿足下式
[0029](3)
[0030] 其中E= 2. 7+0.
7X(co/ac),ac為圖像傳感器的臨界觀測角,與其空間分辨能力 有關(guān);
[0031] 步驟S103,建立圖像傳感器觀測模型。
[0032] 在本發(fā)明的一個實施例中,用一個圓來等效目標點X,即以所述的目標點X為圓心 作圓〇,半徑為r,則圖像傳感器C對目標X的觀測性能由〇對C的張角《(此時,《 = a)所對應(yīng)的圓心角辦來表征,供eLK,如圖4所示;當(dāng)圖像傳感