一種基于ptz監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3d定位方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明適用于安防監(jiān)控【技術(shù)領(lǐng)域】,提供了一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法,所述方法包括:采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面;設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式;獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)以及所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角;根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī);根據(jù)設(shè)置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計(jì)算縮放比例,并相應(yīng)控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。本發(fā)明采用了3D坐標(biāo)快速轉(zhuǎn)換算法,實(shí)現(xiàn)了對(duì)感興趣區(qū)域的直接定位,可以準(zhǔn)確快速的獲取感興趣區(qū)域高分辨率的圖像。
【專利說(shuō)明】一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法及裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于安防監(jiān)控領(lǐng)域,尤其涉及一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]PTZ攝像機(jī)是一種監(jiān)控用攝像機(jī),在安防監(jiān)控應(yīng)用中PTZ是Pan/Tilt/Zoom的簡(jiǎn)寫(xiě),代表云臺(tái)全方位(水平、俯仰)移動(dòng)及鏡頭變倍、變焦控制。PTZ攝像機(jī)因其具有可變視角、可變焦能力,可以隨時(shí)改變攝影的角度、所覆蓋的范圍與清晰度,與普通攝像機(jī)相比,可以獲得更好的監(jiān)控效果。因此,PTZ攝像機(jī)在目前監(jiān)控市場(chǎng)中,已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。
[0003]PTZ攝像機(jī)在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,其旋轉(zhuǎn)和變焦特性使得感興趣區(qū)域隨著攝像機(jī)執(zhí)行搖攝、傾斜操作時(shí),會(huì)“移動(dòng)穿過(guò)”屏幕。在低傾斜角的情況下,感興趣區(qū)域看上去是水平在屏幕上移動(dòng)。然而,都在較高傾斜角(大于45度)下,感興趣區(qū)域看上去是以弧形軌跡在屏幕上移動(dòng)。傳統(tǒng)方法中需要一定的人工交互操作進(jìn)行視野調(diào)整來(lái)確定2D-3D間的對(duì)應(yīng)關(guān)系,以獲得更清晰的對(duì)象圖像,該方法在監(jiān)控系統(tǒng)中難以滿足實(shí)時(shí)響應(yīng)的要求,比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力,效果不能保證。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]鑒于上述問(wèn)題,本發(fā)明的目的在于提供一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)及其3D定位方法,旨在解決現(xiàn)有PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)在執(zhí)行執(zhí)行搖攝、傾斜操作時(shí),需要人工進(jìn)行進(jìn)行視野調(diào)整,比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力的技術(shù)問(wèn)題。
[0005]一方面,所述基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法包括下述步驟:
[0006]采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端并顯示;
[0007]設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式;
[0008]根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角;
[0009]根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī),以使目標(biāo)中心點(diǎn)位于所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸上;
[0010]根據(jù)設(shè)置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計(jì)算縮放比例,并相應(yīng)控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
[0011]另一方面,所述基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位裝置包括:
[0012]視頻采集輸出模塊,用于采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端并顯示;
[0013]目標(biāo)鎖定設(shè)置模塊,用于設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式;
[0014]3D轉(zhuǎn)換計(jì)算模塊,用于根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角;
[0015]云臺(tái)電機(jī)控制模塊,用于根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī),以使目標(biāo)中心點(diǎn)位于所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸上;
[0016]鏡頭縮放控制模塊,用于根據(jù)設(shè)置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計(jì)算縮放比例,并相應(yīng)控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用了 3D坐標(biāo)快速轉(zhuǎn)換算法,可以快速計(jì)算出圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)相對(duì)于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸的絕對(duì)夾角,包括水平方向夾角和垂直方向夾角,然后控制調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)的搖射角和傾斜角,并根據(jù)興趣區(qū)域大小以及縮放方式控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,使感興趣區(qū)域以適當(dāng)比例大小清晰地顯示在監(jiān)控端屏幕的中心位置,實(shí)現(xiàn)了對(duì)感興趣區(qū)域的直接定位,可以準(zhǔn)確快速的獲取感興趣區(qū)域高分辨率的圖像。本發(fā)明簡(jiǎn)化了以往由平面二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為三維坐標(biāo)所需要進(jìn)行的大量復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算,可以簡(jiǎn)單、快速地獲取感興趣區(qū)域高分辨率圖像。
【專利附圖】
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例提供的基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法的流程圖;
[0019]圖2是視頻圖像在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端屏幕上的顯示示意圖;
[0020]圖3是圖1中步驟S13的一種具體優(yōu)選流程圖;
[0021]圖4是在圖像傳感器上成像的3D視圖;
[0022]圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例提供的基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位裝置的結(jié)構(gòu)方框圖;
[0023]圖6是圖5中3D轉(zhuǎn)換計(jì)算模塊的一種具體優(yōu)選結(jié)構(gòu)方框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白,以下結(jié)合附圖及實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解,此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明,并不用于限定本發(fā)明。
[0025]為了說(shuō)明本發(fā)明所述的技術(shù)方案,下面通過(guò)具體實(shí)施例來(lái)進(jìn)行說(shuō)明。
[0026]實(shí)施例一:
[0027]圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例提供的PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法的流程,為了便于說(shuō)明僅不出了與本發(fā)明實(shí)施例相關(guān)的部分。
[0028]本實(shí)施例提供的基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法包括下述步驟:
[0029]步驟S11、采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端并顯示.[0030]PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)通常為半球攝像機(jī),內(nèi)置有攝像機(jī)云臺(tái),通過(guò)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái),可以調(diào)整攝像機(jī)鏡頭搖射和傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)。PTZ監(jiān)控?cái)z像為網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接到后臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端,在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端上可以實(shí)時(shí)顯示出各個(gè)攝像機(jī)所捕獲到的視頻畫(huà)面。在本步驟中,PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端的屏幕上顯示出來(lái)。[0031]步驟S12、設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式。
[0032]假設(shè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端中所顯示的一幀畫(huà)面圖像如圖2所示,水平像數(shù)總數(shù)標(biāo)記為Hpix_Total,垂直方向的像數(shù)總數(shù)標(biāo)記為Vpix_Total。網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端屏幕區(qū)域左上角坐標(biāo)為(O, O),右下角坐標(biāo)為(Hpix_Total, Vpix_Total)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端設(shè)置需要撲捉的視野和感興趣區(qū)域大小,記錄所標(biāo)定感興趣區(qū)域區(qū)域的起始兩個(gè)角點(diǎn)的像素坐標(biāo)值。如圖2所示,假設(shè)感興趣區(qū)域的左上角像素坐標(biāo)為(XI,Y1),右下角像素坐標(biāo)為(X2,Y2)。從而可以計(jì)算出感興趣區(qū)域區(qū)域的中心像素坐標(biāo)(X, Y),其中Χ=(Χ1+Χ2)/2,Υ=(Υ1+Υ2)/2。所述縮放方式為感興趣區(qū)域在屏幕上的預(yù)期顯示比例。
[0033]步驟S13、根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角。
[0034]本步驟通過(guò)計(jì)算感興趣區(qū)域中心點(diǎn)在圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并通過(guò)數(shù)字幾何關(guān)系由二維坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的絕對(duì)坐標(biāo),計(jì)算PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角。具體的,如圖3所示,本步驟包括如下步驟:
[0035]步驟S131、根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器型號(hào)以及畫(huà)面顯示分辯率確定有效成像靶面尺寸。
[0036]首先要獲取圖像傳感器的型號(hào),由于不同廠家不同型號(hào)的圖像傳感器的成像區(qū)域(即靶面尺寸)存在一定差異,所以需要具體的圖像傳感器型號(hào)并結(jié)合圖像顯示像素來(lái)確定有效成像靶面尺寸。假設(shè)圖像傳感器的有效成像區(qū)域的水平尺寸Hsize,垂直尺寸為Vsize,單位為mm。
[0037]步驟S132、獲取有效焦距和攝像機(jī)云臺(tái)的當(dāng)前搖射角和傾斜角。
[0038]假設(shè)有效焦距為f,云臺(tái)電機(jī)包括水平電機(jī)和俯仰電機(jī),分別擁有控制鏡頭搖射轉(zhuǎn)動(dòng)(即水平方向轉(zhuǎn)動(dòng))和傾斜轉(zhuǎn)動(dòng)(即俯仰轉(zhuǎn)動(dòng))。假設(shè)在水平方向當(dāng)前水平電機(jī)所處的步數(shù)為Hst印,最大步數(shù)為Hstepjnax,最大步數(shù)對(duì)應(yīng)的遙射角為2 π,單位為弧度。在垂直方向當(dāng)前俯仰電機(jī)所處的步數(shù)為Vstep,最大步數(shù)為Vstep_max,最大步數(shù)對(duì)應(yīng)的傾斜角為
/2,單位為弧度。則PTZ攝像機(jī)鏡頭所處的當(dāng)前搖攝角β =(Hstep*2 π )/(Hstep_max),當(dāng)前傾斜角 α = (Vstep* π ) / (Vstep_max*2)。
[0039]步驟S133、根據(jù)所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)。
[0040]在步驟S12中已經(jīng)確定感興趣區(qū)域的中心像素坐標(biāo)(X,Y),那么在圖像傳感器的成像平面上,按照計(jì)算比例,所述感興趣區(qū)域的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)為(X,y)=((X*Hsize) / (Hpix_Total), (Y*Vsize) / (Vpix_Total)),單位為 mm。
[0041]步驟S134、根據(jù)所述目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)、有效焦距、攝像機(jī)云臺(tái)當(dāng)前傾斜角、有效成像靶面尺寸計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)和PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸在水平方向和垂直方向的夾角。
[0042]如圖4所示的在圖像傳感器上成像的3D視圖,A為焦點(diǎn)位置,AO為有效焦距。C為目標(biāo)中心點(diǎn)在圖像傳感器上的成像坐標(biāo)位置,坐標(biāo)值為(X,y)。O為圖像傳感器的有效成像靶面的中心,坐標(biāo)值為(x0,yO)= (Hsize/2, Vsize/2)。BC垂直于B0,CD垂直于OD,即BC=OD=x-xO,BO=CD=y-yO。EF為OD在水平平面AEF上的垂直投影,從而0D=EF,OE=DF0Z OAE為云臺(tái)的當(dāng)前傾斜角α,Z OAB為δ α。Z XAE為云臺(tái)的當(dāng)前搖攝角β,Z OAD的為δ β,ZBAC為δ β 1,β c為目標(biāo)中心點(diǎn)C與攝像機(jī)光軸AO在水平方向上的夾角,ac為目標(biāo)中心點(diǎn)C與攝像機(jī)光軸AO在垂直方向上的夾角。經(jīng)過(guò)立體幾何相關(guān)三角形的變換,可以推導(dǎo)出:
【權(quán)利要求】
1.一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位方法,其特征在于,所述方法包括: 采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端并顯示; 設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式; 根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角; 根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī),以使目標(biāo)中心點(diǎn)位于所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸上; 根據(jù)設(shè)置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計(jì)算縮放比例,并相應(yīng)控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
2.如權(quán)利要求1所述方法,其特征在于,所述根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角步驟,具體包括: 根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器型號(hào)以及畫(huà)面顯示分辯率確定有效成像靶面尺寸; 獲取有效焦距和攝像機(jī)云臺(tái)的當(dāng)前搖射角和傾斜角; 根據(jù)所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo); 根據(jù)所述目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)、有效焦距、攝像機(jī)云臺(tái)當(dāng)前傾斜角、有效成像靶面尺寸計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)和PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸在水平方向和垂直方向的夾角。
3.如權(quán)利要求2所述方法,其特征在于,所述目標(biāo)中心點(diǎn)和PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸在水平方向的夾角為β C,垂直方向的夾角為α C,其計(jì)算公式如下:
4.如權(quán)利要求3所述方法,其特征在于,所述根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī)步驟,具體包括: 根據(jù)所述水平方向的夾角β C、垂直方向的夾角α C,獲取攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī)步進(jìn)數(shù);根據(jù)所述步進(jìn)數(shù)控制攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī)工作。
5.一種基于PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的3D定位裝置,其特征在于,所述裝置包括: 視頻采集輸出模塊,用于采集PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)拍攝到的實(shí)景視頻畫(huà)面,并將所述視頻畫(huà)面上傳到網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控端并顯示; 目標(biāo)鎖定設(shè)置模塊,用于設(shè)置標(biāo)定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式; 3D轉(zhuǎn)換計(jì)算模塊,用于根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當(dāng)前有效焦距,獲取圖像傳感器成像平面上的目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo),并計(jì)算所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸相對(duì)于目標(biāo)中心點(diǎn)的水平和垂直方向夾角; 云臺(tái)電機(jī)控制模塊,用于根據(jù)所述水平和垂直方向夾角對(duì)應(yīng)調(diào)整攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī),以使目標(biāo)中心點(diǎn)位于所述PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的光軸上; 鏡頭縮放控制模塊,用于根據(jù)設(shè)置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計(jì)算縮放比例,并相應(yīng)控制攝像機(jī)鏡頭變倍縮放,得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
6.如權(quán)利要求5所述裝置,其特征在于,所述3D轉(zhuǎn)換計(jì)算模塊包括: 靶面獲取單元,用于根據(jù)PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)的圖像傳感器型號(hào)以及畫(huà)面顯示分辯率確定有效成像靶面尺寸; 參數(shù)獲取單元,用于獲取有效焦距和攝像機(jī)云臺(tái)的當(dāng)前搖射角和傾斜角; 坐標(biāo)計(jì)算單元,用于根據(jù)所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo); 角度計(jì)算單元,用于根據(jù)所述目標(biāo)中心點(diǎn)的二維物理坐標(biāo)、有效焦距、攝像機(jī)云臺(tái)當(dāng)前傾斜角、有效成像靶面尺寸計(jì)算目標(biāo)中心點(diǎn)和PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸在水平方向和垂直方向的夾角。
7.如權(quán)利要求6所述裝置,其特征在于,所述目標(biāo)中心點(diǎn)和PTZ監(jiān)控?cái)z像機(jī)光軸在水平方向的夾角為β C,垂直方向的夾角為α C,其計(jì)算公式如下:
8.如權(quán)利要求7所述裝置,其特征在于,所述云臺(tái)電機(jī)控制模塊包括: 步進(jìn)數(shù)計(jì)算單元,用于根據(jù)所述水平方向的夾角β C、垂直方向的夾角α C,獲取攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī)步進(jìn)數(shù);電機(jī)控制單元,用于根據(jù)所 述步進(jìn)數(shù)控制攝像機(jī)云臺(tái)電機(jī)工作。
【文檔編號(hào)】H04N7/18GK103905792SQ201410114204
【公開(kāi)日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月26日
【發(fā)明者】曹木蓮, 羅巍 申請(qǐng)人:武漢烽火眾智數(shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司