雲臺攝像機巡航控制方法
2023-05-21 07:46:16
雲臺攝像機巡航控制方法
【專利摘要】本發明提供了一種雲臺攝像機巡航控制方法。所述方法應用於包括雲臺攝像機、視頻伺服器以及客戶端的視頻監控系統，所述方法包括：S1.在客戶端顯示雲臺攝像機可監控區域的全景圖像；S2.每隔預設時間，客戶端採集軌跡點在全景圖像上的位置坐標並發送至視頻伺服器，視頻伺服器結合最新採集的軌跡點位置坐標生成控制參數並發送至雲臺攝像機；S3.雲臺攝像機根據控制參數控制自身旋轉，使自身的光軸與最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標位於同一直線。本發明不但可以通過移動軌跡點控制雲臺攝像機的旋轉，而且用戶可以通過全景圖片，方便的獲取到該監控點周圍的所有信息，方便了用戶對於全局的觀察和判斷，從而可以實現更好的監控效果。
【專利說明】雲臺攝像機巡航控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及視頻監控【技術領域】，尤其涉及一種雲臺攝像機巡航控制方法。
【背景技術】
[0002]視頻監控是安全防範系統的重要組成部分，隨著計算機、網絡通信以及圖像處理等技術的飛速發展，視頻監控技術也有了長足的發展。目前，視頻監控技術已經被廣泛地應用在各個領域之中，尤其是一些諸如公共安全、應急指揮等領域。
[0003]當前視頻監控系統中，為了減少攝像機的部署密度，在很多監控點部署的是雲臺攝像機。利用雲臺攝像機的旋轉以及變倍等功能，可以實現一臺雲臺攝像機對大片區域的實時監控。雲臺攝像機的操作是否快捷，成為監控系統中的一個重要指標，其在很大程度上影響著用戶的使用效果。傳統技術中，控制雲臺攝像機跟蹤移動物體時，一般採用實時的智能分析算法來實現，但這種實現方案運算量很大，需要消耗大量的計算資源，容易對其他業務產生影響，而且在複雜場景下的對目標物體識別跟蹤的準確性不是很理想。如果用戶手動控制雲臺攝像機跟蹤一個移動物體，則往往會由於操作步驟過於繁多，而難以進行實時和準確的跟蹤。
[0004]對此，現有技術中一種解決方案是在雲臺攝像機的實時監控畫面上通過跟蹤軌跡點(軌跡點可以是滑鼠光標或者是在觸控螢幕上的觸控點等等)的移動軌跡來控制雲臺攝像機的旋轉，其具體的實現策略是每隔預設時間，採集軌跡點在雲臺攝像機實時監控畫面上的位置坐標，並將最新採集的軌跡點位置坐標和前一次採集的軌跡點位置坐標進行對比，如果發生了變化，則根據兩次位置坐標的差異，計算雲臺攝像機需要旋轉的角度，然後通過雲臺控制協議，控制雲臺攝像機直接旋轉到指定的位置坐標，此時，在雲臺攝像機的監控畫面上能夠看出軌跡點所指向的位置變成了新圖像的中心位置。
[0005]然而上述方案存在下述缺點:
[0006]視野受限；用戶無法直觀的看到雲臺攝像機所能監控的所有區域，尤其是對於360度旋轉的雲臺攝像機，用戶在監控畫面上通過移動軌跡點旋轉雲臺攝像機時，難以將不同角度的觀察區域聯繫起來，不利於全局的觀察和判斷。
[0007]雲臺旋轉不連續；上述方案中每次都是使雲臺攝像機從靜止狀態以最快速度轉到指定位置，然後又處於靜止狀態，對於雲臺攝像機高速旋轉過程中巡航過的監控區域，用戶很難進行觀察，因此會影響實際監控效果。
[0008]響應不及時；當移動的目標物體運動速度很快時，雲臺攝像機需要從靜止狀態以最快速度轉到指定位置，加速時間較長，可能導致在下一次採集軌跡點位置坐標時，雲臺攝像機還沒有旋轉到目標位置，從而導致無法準確跟蹤。
【發明內容】
[0009]針對【背景技術】中的部分或者全部問題，本發明提供一種雲臺攝像機巡航控制方法，用於實現更好的監控效果。[0010]具體的，所述雲臺攝像機巡航控制方法，應用於包括雲臺攝像機、視頻伺服器以及客戶端的視頻監控系統，所述方法包括:
[0011]S1.在所述客戶端顯示所述雲臺攝像機可監控區域的全景圖像；
[0012]S2.每隔預設時間，所述客戶端採集軌跡點在所述全景圖像上的位置坐標並發送至視頻伺服器，所述視頻伺服器結合最新採集的軌跡點位置坐標生成控制參數並發送至所述雲臺攝像機；
[0013]S3.根據所述控制參數控制所述雲臺攝像機旋轉，使自身的光軸與最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標位於同一直線。
[0014]由以上技術方案可見，本發明所提供的雲臺攝像機巡航控制方法中，通過在一個客戶端上顯示雲臺攝像機可監控區域的全景圖像，周期性的採集軌跡點在全景圖像上的位置坐標，並控制雲臺攝像機旋轉，使雲臺攝像機的光軸與最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標位於同一直線，從而使軌跡點所指向的位置成為變成監控畫面的中心位置；在本發明所提供的雲臺攝像機巡航控制方法中，不但可以通過移動軌跡點控制雲臺攝像機的旋轉，而且用戶可以通過全景圖像，方便的獲取到該監控點周圍的所有信息，方便了用戶對於全局的觀察和判斷，從而可以實現更好的監控效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0016]圖1是z?臺攝像機相關的各坐標系不意圖；
[0017]圖2是本發明一種實施方式中雲臺攝像機巡航控制方法應用環境示意圖；
[0018]圖3是本發明一種實施方式中雲臺攝像機巡航控制方法的流程示意圖；
[0019]圖4是當所述軌跡點位置坐標不在全景圖像地面上時對應的地面位置坐標示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0021]在介紹本實施例中所提供的雲臺攝像機巡航控制方法之前，首先參考圖1對其中可能涉及到相關專業名詞加以介紹:
[0022]圖像坐標系:數字圖像在計算機內可以存儲為數組，數組中的每一個元素(即像素)的值是圖像點的灰度值；在圖像上定義直角坐標系，以像素在數組中的行數和列數為坐標，以像素為單位 ，即為圖像坐標系。
[0023]圖像主點:攝像機光軸和成像平面的交點稱為圖像主點；圖1中平面G為成像平面，圖像主點即點O ;圖像主點O到攝像機光心Stl之間的距離f即為攝像機的焦距。[0024]成像平面坐標系:位於成像平面(即圖1中平面G)，並以圖像主點O為原點的坐標系O
[0025]攝像機坐標系:攝像機坐標系是一個三維坐標系，其以攝像機光心(即圖1中點S0)為原點，X軸以及y軸與上述成像平面平行，Z軸為攝像機的光軸方向即通過攝像機光心並與成像平面垂直的方向(圖1中直線Os1方向)。
[0026]世界坐標系:根據實際環境建立的三維坐標系，可以用來描述攝像機和目標物體的實際位置；圖1中世界坐標系的X軸和Y軸約束的平面代表物理世界中的地平面，Z軸代表物理世界中的高度，世界坐標系的原點(0，0，O)是攝像機的光心在地平面上的投影，Ztl代表攝像機光心Stl與世界坐標系原點之間的距離；點S1代表圖像主點O位置的像素在地平面上對應的映射點，Θ i代表攝像機的水平角度，θ2代表攝像機的垂直角度，D代表攝像機光心S0與地平面上點S1之間的距離。
[0027]攝像機內參矩陣:描述攝像機固有物理特性的矩陣。
[0028]攝像機外參矩陣:用來表示攝像機坐標系和世界坐標系之間關聯關係的關係矩陣，可以通過旋轉矩陣R和平移向量T來描述。
[0029]本實施例中提供了一種雲臺攝像機巡航控制方法，應用於如圖2中所示的視頻監控系統。該視頻監控系統主要包括雲臺攝像機、視頻伺服器以及若干客戶端。雲臺攝像機是指能在水平方向和垂直方向旋轉的攝像機，使攝像機從多個不同的角度進行攝像，並可以進行焦距、光圈等參數的調節；所述雲臺攝像機可以為網絡攝像機也可以為模擬攝像機。雲臺攝像機上電後，會自動在所述視頻伺服器進行註冊，並可以上傳自身參數至視頻伺服器。所述客戶端可以設置至少兩個，其中一個客戶端安裝於用於顯示所述雲臺攝像機可監控區域的全景圖像的硬體設備上(下稱第一客戶端)，另一個客戶端安裝於用於顯示所述雲臺攝像機的實時監控畫面的硬體設備上(下稱第二客戶端)。此外，容易理解的是，上述全景圖像和實時監控畫面也可以在同一硬體設備的不同窗格上顯示，在此不做特殊限定。
[0030]如圖3中所示，本實施例中所提供的雲臺攝像機巡航控制方法主要包括以下步驟:
[0031]S1.在所述第一客戶端顯示所述雲臺攝像機可監控區域的全景圖像。
[0032]全景圖像是指大於人的雙眼正常有效視角(大約水平90度，垂直70度)或雙眼餘光視角(大約水平180度，垂直90度)，乃至360度完整場景範圍的圖像。現有技術中全景圖像的拼接技術已經比較成熟；例如，可以利用上述雲臺攝像機在前後左右相隔90度的4個方向各拍攝一張圖像(每張圖像的視角120度，拼接的時候需要有重複部分)，然後將得到的4張原始圖像拼接成360度全景圖像。
[0033]S2.每隔預設時間，所述客戶端採集軌跡點在所述全景圖像上的位置坐標並發送至視頻伺服器，所述視頻伺服器結合最新採集的軌跡點位置坐標生成控制參數並發送至所述雲臺攝像機；軌跡點是用戶根據實時監控畫面上的追蹤目標移動軌跡在所述全景圖像上進行劃線操作的得到的，軌跡點即可以是滑鼠光標，也可以是在觸控螢幕上的觸控點等等，在本實施例中不做特殊限定。
[0034]用戶在獲取了雲臺攝像機的控制權限後，可以通過菜單或者熱鍵等方式確認開始在全景圖像上進行劃線跟蹤巡航。在第二客戶端上顯示有所述雲臺攝像機的實時監控畫面，第二客戶端位於用戶在全景圖像上進行劃線跟蹤巡航時能夠觀察到位置。用戶在跟蹤目標的時候，可以一邊觀察第二客戶端上顯示的實時監控畫面，一邊根據全景圖像的地面格局，結合自己的判斷，通過軌跡點在全景圖像上進行劃線操作進行目標跟蹤；本發明中對於在全景圖像上的軌跡點劃線操作的精確度要求不是很高，只要方向和速度沒有明顯偏差即可，都可以準確的跟蹤到目標物體。
[0035]第一客戶端每隔預設時間(該預設時間的時長可以自由配置，例如本實施例中默認為100ms)採集軌跡點在所述全景圖像上的位置坐標。第一客戶端將採集得到的軌跡點位置坐標信息發送至視頻伺服器，視頻伺服器將軌跡點在所述全景圖像上的位置坐標轉換為在實際環境中對應的地面位置坐標。視頻伺服器獲取雲臺攝像機當前光軸的水平角度Θ / i和垂直角度Θ' 2，並計算最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標與所述雲臺攝像機光心間連線的水平角度Q1及垂直角度θ2。接著，可以根據所述Θ ' 1與
間的差距計算所述雲臺攝像機的水平旋轉角度，根據所述Θ ' 2與θ2之間的差距計算所述雲臺攝像機的垂直旋轉角度。
[0036]S3.視頻伺服器將計算出的水平旋轉角度以及垂直旋轉角度發送至雲臺攝像機後，所述雲臺攝像機根據所述水平旋轉角度和垂直旋轉角度旋轉，使所述雲臺攝像機的光軸與最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標位於同一直線，從而使軌跡點所指向的位置成為變成雲臺攝像機監控畫面的中心位置，實現對目標物體的追蹤。
[0037]優選的，在上述預設時間內，控制所述雲臺攝像機持續勻速旋轉；即在兩次採集軌跡點位置坐標的間隔時間內，雲臺攝像機根據所述水平旋轉角度和垂直旋轉角度持續勻速旋轉，在下次採集軌跡點位置坐標前，恰好運動至目標位置。相比於現有技術，一方面在目標物體移動速度較低時，可以降低雲臺攝像機的旋轉速度，從而使用戶能夠對雲臺攝像機旋轉過程中巡航過的監控區域進行觀察；另一方面雲臺攝像機的旋轉速度均是在上一預設時間內z?臺攝像機旋轉速度的基礎上進行的調整，在目標物體移動速度很聞時，z?臺攝像機在較短的時間內即可加速至很高的旋轉速度，從而避免出現由於加速過程過長造成響應不及時，導致跟丟目標物體。
[0038]本實施例中還示例性的提供了一種上述將獲取的軌跡點位置坐標轉換為其對應的地面位置坐標的具體方式。
[0039]現有技術中可以通過下述方式將圖像坐標系上的任意一點轉換為世界坐標系中對應的實際坐標位置:對於圖像坐標系上的任意一點Stl，設S0的坐標為(U，V)，Stl在世界坐標系中對應的坐標位置為S1,設S1的坐標為(Xw, Yw, Zw), S1在攝像機坐標系中對應的點S。坐標記為(X。，Y。，Zc),則根據攝像機的光學成像原理，有如下公式:
Y X ~
U IIdx s' U0 / O O O「尺 J
[0040]Zc V = O Mdy V0 0 / 0 0 | ^公式 I
I ο ο I ο ο I ο L 」
[0041]其中dx和dy代表每個像素在成像平面坐標系的物理尺寸，均為常量；uQ和U。代表圖像主點在成像坐標系的坐標，s』表示攝像機傾斜因子，由攝像機內部參數決定。f表示焦距，R和t分別為攝像機坐標系和世界坐標系之間的旋轉矩陣(3X3矩陣)和平移向量，對於攝像機在同一個角度和同一個位置拍攝的圖像而言，轉換矩陣和平移向量均為常量；行業內將上述Ι/dx所在的矩陣和f所在的矩陣稱之為攝像機的內參數矩陣，R和t所在的矩陣稱之為攝像機的外參數矩陣。攝像機的內外參數矩陣可以通過單目標定算法或者雙目標定算法求出，該類算法較為成熟，在此不再贅述。
[0042]從上述公式I可以看出，如果已知世界坐標系某一點(XW，YW，Zw)和雲臺攝像機的內參數矩陣以及外參數矩陣，必然可以推導出該點在圖像坐標系的位置(U，V)。但反之並不成立，即如果已知圖像坐標系某點的位置坐標(U，V)，卻無法推導出世界坐標系對應的一個位置坐標，只能得到一條經過雲臺攝像機光心的直線(該直線記為luv，其和世界坐標系Z軸的夾角記為β )，直線Iuv在世界坐標系中可以用下面的方程表示:
[0043]aiXX+t^XY+c^XZ = Ci1 ；
[0044]a2 X X+b2 X Y+c2 X Z = d2 ；
[0045]上述方程中的a1; a2以及屯，(I1均是和(U，v)相關的常量；在本實施例中，由於需要觀測的目標物體通 常是在地面上移動，直投影(O，O, O);如果雲臺攝像機光心Stl的高度為Ztl，則雲臺攝像機光心Stl在世界坐標系中的位置坐標可以用(O，O，Ztl)來表示。利用Stl和S1兩個坐標則可以計算出最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標S1與所述雲臺攝像機光心Stl間連線的水平角度Θ i及
垂直角度 0 2 ;其中，9 I = arctan (Yw/Xw)，
【權利要求】
1.一種雲臺攝像機巡航控制方法，應用於包括雲臺攝像機、視頻伺服器以及客戶端的視頻監控系統，其特徵在於，所述方法包括: 51.在所述客戶端顯示所述雲臺攝像機可監控區域的全景圖像； 52.每隔預設時間，所述客戶端採集軌跡點在所述全景圖像上的位置坐標並發送至視頻伺服器，所述視頻伺服器結合最新採集的軌跡點位置坐標生成控制參數並發送至所述雲臺攝像機； 53.所述雲臺攝像機根據所述控制參數控制自身旋轉，使自身的光軸與最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標位於同一直線。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述控制所述雲臺攝像機旋轉包括: 在所述預設時間內，所述雲臺攝像機根據所述控制參數控制所述自身持續勻速旋轉。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2還包括: 所述視頻伺服器獲取雲臺攝像機當前光軸的水平角度Θ ' i和垂直角度Θ' 2； 將最新採集的軌跡點位置坐標轉換為其對應的地面位置坐標，並計算所述地面位置坐標與所述雲臺攝像 機光心間連線的水平角度Q1及垂直角度θ2; 根據所述θ ' i以及0 3十算所述雲臺攝像機的水平旋轉角度，根據所述θ ' 2以及92計算所述雲臺攝像機的垂直旋轉角度。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2進一步包括: 根據所述預設時間的時長以及所述水平旋轉角度和垂直旋轉角度計算所述雲臺攝像機的旋轉速度。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述將最新獲取的軌跡點位置坐標轉換為其對應的地面位置坐標包括: 計算最新獲取的軌跡點位置坐標在合成所述全景圖像的原始圖像中的對應位置坐標； 根據所述對應軌跡點位置坐標所在的原始圖像選擇相應的內參數矩陣以及外參數矩陣； 根據選擇的內參數矩陣以及外參數矩陣將所述對應軌跡點位置坐標轉換為其對應的地面位置坐標。
6.根據權利要求1-5任意一項所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2還包括: 當最新採集的軌跡點位置坐標位於所述全景圖像中的地面上時，計算最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標與雲臺攝像機光心間的距離D ； 根據f = D.h/H計算所述雲臺攝像機的目標焦距f ;其中，h/H為常量； 所述步驟S3還包括:根據所述目標焦距調整所述雲臺攝像機的焦距。
7.根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2還包括: 當最新採集的軌跡點位置坐標不位於所述全景圖像中的地面上時，估算最新採集的軌跡點位置坐標對應的實際位置坐標與雲臺攝像機光心間的距離D'； 根據f = D'.h/H計算所述雲臺攝像機的目標焦距f ;其中，h/H為常量； 所述步驟S3還包括:根據所述目標焦距調整所述雲臺攝像機的焦距。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於，所述估算距離D'包括: 計算前一次採集的軌跡點位置坐標對應的實際位置坐標與所述雲臺攝像機光心在地面上的垂直投影間的距離r1; 計算最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標與所述雲臺攝像機光心在地面上的垂直投影間的距離r2以及與所述雲臺攝像機光心間的距離D ； 根據D' =DgiVr2估算距離D'。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述估算距離D'包括: 計算前一次採集的軌跡點位置坐標對應的實際位置坐標與所述雲臺攝像機光心在地面上的垂直投影間的距離r1; 計算最新採集的軌跡點位置坐標對應的地面位置坐標與所述雲臺攝像機光心間連線的垂直角度Θ 2 ; 根據D' =IVsin Θ 2估算距離D' ο
10.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述步驟S2還包括: 若最新採集的軌跡點位置坐標與前一次採集的軌跡點位置相同，則控制所述雲臺攝像機靜止；否則，轉至步驟S3。
11.根據權利要求1-5或7-10任意一項所述的方法，其特徵在於，所述步驟S3之後還包括: S4.所述視頻伺服器記·錄所述雲臺攝像機的旋轉角度以及焦距信息，根據記錄旋轉角度以及焦距信息生成所述雲臺攝像機的巡航軌跡並保存。
12.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述軌跡點是用戶根據實時監控畫面上的追蹤目標移動軌跡在所述全景圖像上進行劃線操作的得到的。
【文檔編號】H04N5/232GK103826103SQ201410067834
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月27日 優先權日:2014年2月27日
【發明者】蘇志傑 申請人:浙江宇視科技有限公司