CN105282449A - 一种pt摄像机的视野调整控制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种PT摄像机的视野调整控制方法和装置，该方法既能够提供操作者摄像机指向方位的直观感知，通过全景图像提供直观的方向感知，又能够实现快速、全方向、任意方位定位的PT摄像机控制。本发明实现了高效的人机交互方式，定位时操作者面对全局视野图像直接操作，能够视野调整，操作者即使在对摄像机的安装位置、控制方法不熟悉的情况下，都能够方便地实现所见即所得的操控效果，并且能够很好地实现PT摄像机视野精确快速PT定位。

Description

一种PT摄像机的视野调整控制方法和装置

技术领域

本发明涉及一种PT摄像机的视野调整控制方法和装置，属于自动化控制技术领域和机器视觉领域。

背景技术

目前，带有PT(即Pan&Tilt)功能的摄像机(即：后续简称为PT摄像机)在视频监控与机器视觉行业应用非常广泛。PT功能可以让用户很灵活地调整摄像机到某一方位,实现视野调整。其与固定方位摄像机相比，在保证清晰度的条件下，带PT功能的摄像机可以覆盖更广阔的视野，从而减少项目中摄像机部署的数量，节省设备、安装、运维成本。

现有的PT摄像机视野调整控制主要有三种方法，包括：

1.摇杆控制：通过机械或虚拟摇杆来实现PT摄像机水平和垂直转动。用户操作某一方向摇杆，则相应向该方向转动。

2.虚拟3D定位：摄像机提供一种可视化的直观控制界面，用户借助于输入设备(如鼠标)直接在视频图像上画一个虚拟的框，或直接点击画面上某个位置实现视野调整。如果用户在监控图像上画了一个框，则将PT摄像机定位到用户框住的图像中心，而如果用户是直接点击了监控图像中的一点，则将PT摄像机视野中心定位到该点。

3.预置位控制：摄像机提供一种能保存和调取多个PT位置参数的机制。每一个预置位可以保存PT摄像机的对应一个视野的固定方位参数，称为设定预置位。当用户想定位到某一预先设定的视野时，直接通过操纵装置选取这个预置位，称为调用预置位。

但是，上述现有的PT摄像机调整视野的方法存在以下的问题，包括：

1.通过机械或虚拟摇杆来调整视野，只能使PT沿某个方向逐渐转动，无法快速定位到某个任意指定的方位。

2.通过在监控图像上画框或点击操作的3D定位方法允许快速定位到某个方位，但这种快速定位受限于当前监控画面的视野范围，无法实现全局可视化操作。

3.摄像机预置位技术可以快速定位，又不受限于监控画面的视野范围，但这种方法无法提供给操作者的直观图像感知。操作者不能知道预置位具体在哪个方向，也无法预知该方向具体是什么样的场景。操作者只能通过记忆每个预置位视野方位以及场景信息调用预置位，实现固定的视野调整。

因此，既能提供操作者摄像机指向方位的直观感知(比如通过全景图像提供直观的方向感知)，又能实现快速、全方向、任意方位定位的PT摄像机控制方法已成为行业内迫切需要解决的问题。而本发明能够很好地解决上面的问题。

发明内容

本发明目的在于提供了一种PT摄像机的视野调整控制方法和装置，该方法既能够提供操作者摄像机指向方位的直观感知，通过全景图像提供直观的方向感知，又能够实现快速、全方向、任意方位定位的PT摄像机控制。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种PT摄像机的视野调整控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：全局视野图像采集。首先要摄取PT摄像机全方位视野图像信息。本发明把PT摄像机所处空间视为一个三维立体球面坐标系，摄像机中心为坐标系原点。PT摄像机分别沿水平和垂直两个方向，每次转动一定的角度，即(水平为a，垂直为b)采集图像，此转动的角度步长不能超过PT摄像机对应方向的视场角，保证相邻图像有部分重叠。PT摄像机完成沿水平方向转动360度，沿垂直方向转动90度，共采集至少[(360/a)]*[90/b]张图像，其中[]表示取整数，实现对全部视野的图像采集。

步骤2：在采集全局视野图像的同时，记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息。方位信息可以用PT摄像机坐标来表示，一个PT摄像机坐标有两个角度信息，即水平旋转角和仰角。方位信息收集部件和上面的图像采集部件协同工作，在全局图像采集部件采集每个位置图像时，记录对应该视野图像中心的PT摄像机坐标。PT摄像机的水平视场角和垂直视场角是PT摄像机的一个固有参数。结合这个摄像机固有参数信息，通过方位信息收集可以计算出每一张图像上任意一点所对应的PT摄像机坐标。

步骤3：图像融合将上面采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，本发明称之为PT摄像机雷达图。PT摄像机雷达图的效果就好像是从球体容器中心观察球体内表面场景看到的效果一样。

步骤4：方位信息融合。计算PT摄像机雷达图上每个点对应的PT摄像机坐标。一种减少运算与存储负担的方法是不计算雷达图上每个点的PT摄像机坐标，而只是计算存储雷达图中的一部分点，即(特征点)的PT摄像机坐标。一种简单的特征点的选取方法是可按一定的步长间隔均匀选取。根据方位信息收集中记录的每幅图像中心的PT摄像机坐标和PT摄像机水平视场角和垂直视场角，本发明可以计算出PT摄像机雷达图上每一个点对应PT摄像机坐标。

步骤5：PT摄像机雷达图显示。用非常直观的方法把全局视野图像呈现给使用者。

步骤6：PT摄像机雷达图显示全视野图像给用户，用户可以用点击或者框选等方式和全局视野雷达图产生人机交互。本发明采集用户的操控动作信息。

步骤7：方位计算。方位计算将输入控制部件收集到的用户操控动作信息换算成具体的PT控制指令与参数。方位计算根据用户操控输入和PT摄像机雷达图的方位信息计算出用户期望调整的视野对应PT摄像机转动方位。若用户点击PT摄像机雷达图上的某一点，如果该点恰好是选取的PT摄像机雷达图特征点，则直接将PT摄像机定位到该PT摄像机雷达图特征点的坐标。如果不是，则根据相邻的PT摄像机雷达图特征点，采用插值的方法计算出用户点击点的PT摄像机坐标，然后将PT摄像机视野中心定位到该坐标上。如果用户在PT摄像机雷达图上框选了一部分区域，则计算该区域的中心位置的PT摄像机坐标，然后把PT摄像机视野定位到该坐标上。如果摄像机带有Zoom功能，还可以将PT摄像机的视野缩放到用户选择区域内的视野画面。

步骤8：驱动摄像机PT动作。将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位(对于工业摄像机，还可以包括ZOOM信息)。

本发明的上述方法应用于PT摄像机的视野调整控制装置。

本发明还提供了一种PT摄像机的视野调整控制装置，该装置包括图像采集部件、方位信息收集部件、图像融合部件、方位信息融合部件、显示部件、输入控制部件、方位计算部件、PT控制部件。

图像采集部件：所述的图像采集部件执行全局视野图像采集工作，采集一组能覆盖全局视野的图像；

方位信息收集部件：在采集全局视野图像的同时，所述的方位信息搜集部件负责记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息；

图像融合部件：所述的图像融合部件负责将图像采集部件采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，即PT摄像机雷达图；所述的图像融合部件同时将该PT摄像机雷达图存储起来；

方位信息融合部件：所述的方位信息融合部件计算出PT摄像机雷达图上每一个点对应PT摄像机坐标，并存储起来；

显示部件：所述的显示部件用于显示PT摄像机雷达图，将摄像机所处的全局视野图像呈现给用户；所述的显示部件收到用户操作后，将用户的操作信息翻译成特定的格式传递给计算部件；

输入控制部件：所述的输入控制部件用来感知用户的操作动作，采集用户操作动作后，传递给显示部件；

方位计算部件：所述的方位计算部件根据用户操作和方位信息融合部件存储的数据，计算出用户操作对应的摄像机PT坐标；

PT控制部件：所述的PT控制部件负责将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位。

有益效果：

1、本发明的操作者可以观察全局视野，并在全局视野上进行目标局部视野的调整操作。

2、本发明能够很好地实现PT摄像机视野精确快速PT定位。

3、本发明能够允许摄像机全视野范围内任意定位。

4、本发明实现了高效的人机交互方式，定位时操作者面对全局视野图像直接操作，能够视野调整，操作者即使在对摄像机的安装位置、控制方法不熟悉的情况下，都能够方便地实现所见即所得的操控效果。

5、本发明的方法既能够提供操作者摄像机指向方位的直观感知，即通过全景图像提供直观的方向感知，又能够实现快速、全方向、任意方位定位的PT摄像机。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。

如图1和图2所示，本发明的全局图像采集部件摄取PT摄像机所处位置的全方位图像信息。假设PT摄像机采用高处吊装的方式，那么PT摄像机的全局视野范围是坐标系下半球(PT摄像机其他方向安装，只是全局视野范围不同，采集全局视野图像的方法类似)。PT摄像机需要采集坐标系整个下半球面的视野图像信息。PT摄像机按照一定的路径，分别沿水平和垂直两个方向采集图像，保证相邻图像有部分重叠。

本发明在采集全局视野图像的同时，方位信息搜集部件记录PT摄像机每次转动的视野图像中心的PT摄像机坐标。然后，计算出每一张图像上任意一点所对应的PT摄像机坐标。

本发明图像融合部件将上面采集到的图像拼接成一张全景雷达图。

本发明的方位信息融合部件和图像融合部件协同工作，负责计算PT摄像机雷达图上每个点对应的PT摄像机坐标。一种简单的特征点的选取方法是可按一定的步长间隔均匀选取。

本发明通过PT摄像机雷达图显示直观地把全局视野图像呈现给使用者。

本发明的用户可以用点击或者框选等方式和全局视野雷达图产生人机交互。实现对视野的调节输入。

本发明方位计算部件负责将输入控制部件收集到的用户操控动作信息换算成具体的PT控制指令与参数。

本发明PT控制部件最终根据方位计算部件计算出的PT方位信息驱动摄像机PT装置转动摄像机到用户操控的视野。

如图2所示，本发明提供了一种PT摄像机的视野调整控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：全局视野图像采集。首先要摄取PT摄像机全方位视野图像信息。本发明把PT摄像机所处空间视为一个三维立体球面坐标系，摄像机中心为坐标系原点。PT摄像机分别沿水平和垂直两个方向，每次转动一定的角度(即水平为a，垂直为b)采集图像，此转动的角度步长不能超过PT摄像机对应方向的视场角，保证相邻图像有部分重叠。PT摄像机完成沿水平方向转动360度，沿垂直方向转动90度，共采集至少[(360/a)]*[90/b]张图像，其中[]表示取整数，实现对全部视野的图像采集。

步骤2：在采集全局视野图像的同时，记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息。方位信息可以用PT摄像机坐标来表示，一个PT摄像机坐标有两个角度信息，即水平旋转角和仰角。方位信息收集部件和上面的图像采集部件协同工作，在全局图像采集部件采集每个位置图像时，记录对应该视野图像中心的PT摄像机坐标。PT摄像机的水平视场角和垂直视场角是PT摄像机的一个固有参数。结合这个摄像机固有参数信息，通过方位信息收集可以计算出每一张图像上任意一点所对应的PT摄像机坐标。

步骤3：图像融合将上面采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，本发明称之为PT摄像机雷达图。PT摄像机雷达图的效果就好像是从球体容器中心观察球体内表面场景看到的效果一样。

步骤4：方位信息融合。计算PT摄像机雷达图上每个点对应的PT摄像机坐标。一种减少运算与存储负担的方法是不计算雷达图上每个点的PT摄像机坐标，而只是计算存储雷达图中的一部分点(称为特征点)的PT摄像机坐标。一种简单的特征点的选取方法是可按一定的步长间隔均匀选取。根据方位信息收集中记录的每幅图像中心的PT摄像机坐标和PT摄像机水平视场角和垂直视场角，本发明可以计算出PT摄像机雷达图上每一个点对应PT摄像机坐标。

步骤5：PT摄像机雷达图显示。用非常直观的方法把全局视野图像呈现给使用者。

步骤6：PT摄像机雷达图显示全视野图像给用户，用户可以用点击或者框选等方式和全局视野雷达图产生人机交互。本发明采集用户的操控动作信息。

步骤7：方位计算。方位计算将输入控制部件收集到的用户操控动作信息换算成具体的PT控制指令与参数。方位计算根据用户操控输入和PT摄像机雷达图的方位信息计算出用户期望调整的视野对应PT摄像机转动方位。若用户点击PT摄像机雷达图上的某一点，如果该点恰好是选取的PT摄像机雷达图特征点，则直接将PT摄像机定位到该PT摄像机雷达图特征点的坐标。如果不是，则根据相邻的PT摄像机雷达图特征点，采用插值的方法计算出用户点击点的PT摄像机坐标，然后将PT摄像机视野中心定位到该坐标上。如果用户在PT摄像机雷达图上框选了一部分区域，则计算该区域的中心位置的PT摄像机坐标，然后把PT摄像机视野定位到该坐标上。如果摄像机带有Zoom功能，还可以将PT摄像机的视野缩放到用户选择区域内的视野画面。

步骤8：驱动摄像机PT动作。将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位(对于工业摄像机，还可以包括ZOOM信息)。

如图1所示，本发明提供了一种PT摄像机的视野调整控制装置，该装置包括：

图像采集部件：对应于步骤1，图像采集部件执行上述的全局视野图像采集工作，采集一组能覆盖全局视野的图像。

方位信息收集部件：对应于步骤2，在采集全局视野图像的同时，方位信息搜集部件负责记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息。

图像融合部件：对应于步骤3，图像融合部件负责将图像采集部件采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，本发明称之为PT摄像机雷达图。图像融合部件同时将该PT摄像机雷达图存储起来。

方位信息融合部件：对应于步骤4，方位信息融合部件可以计算出PT摄像机雷达图上每一个点对应PT摄像机坐标，并存储起来。

显示部件：对应于步骤5，用于显示PT摄像机雷达图，将摄像机所处的全局视野图像呈现给用户。显示部件收到用户操作后，将用户的操作信息翻译成特定的格式传递给计算部件。

输入控制部件：对应于步骤6，输入控制部件用来感知用户的操作动作，采集用户操作动作后，传递给显示部件。

方位计算部件：对应于步骤7，方位计算部件根据用户操作和方位信息融合部件存储的数据，计算出用户操作对应的摄像机PT坐标，也就是用户希望摄像机对准的视野方向。

PT控制部件：对应于步骤8，PT控制部件负责将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位(对于工业摄像机，还可以包括ZOOM信息)。

Claims (10)

1.一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤1：全局视野图像采集；

首先摄取PT摄像机全方位视野图像信息，把PT摄像机所处空间视为一个三维立体球面坐标系，摄像机中心为坐标系原点；所述的PT摄像机分别沿水平和垂直两个方向，每次转动一定的角度(即水平为a，垂直为b)采集图像，此转动的角度步长不能超过PT摄像机对应方向的视场角，使相邻图像有部分重叠；

步骤2：在采集全局视野图像的同时，记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息；

步骤3：图像融合将上面采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，即PT摄像机雷达图；

步骤4：方位信息融合；

步骤5：PT摄像机雷达图显示；

步骤6：PT摄像机雷达图显示全视野图像给用户；

步骤7：方位计算；

所述的方位计算将输入控制部件收集到的用户操控动作信息换算成具体的PT控制指令与参数；方位计算根据用户操控输入和PT摄像机雷达图的方位信息计算出用户期望调整的视野对应PT摄像机转动方位；

步骤8：驱动摄像机PT动作；

将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位。

2.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤1包括：PT摄像机完成沿水平方向转动360度，沿垂直方向转动90度，共采集至少[(360/a)]*[90/b]张图像，其中[]表示取整数，对全部视野的图像采集。

3.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤2包括：所述的方位信息用PT摄像机坐标来表示，一个PT摄像机坐标有两个角度信息，即水平旋转角和仰角；方位信息收集部件和图像采集部件协同工作，在全局图像采集部件采集每个位置图像时，记录对应该视野图像中心的PT摄像机坐标；PT摄像机的水平视场角和垂直视场角是PT摄像机的一个固有参数，结合这个摄像机固有参数信息，通过方位信息收集计算出每一张图像上任意一点所对应的PT摄像机坐标。

4.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤3包括：所述的PT摄像机雷达图是从球体容器中心观察球体内表面场景。

5.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤4包括：计算PT摄像机雷达图上每个点对应的PT摄像机坐标；一种是减少运算与存储负担的方法，不计算雷达图上每个点的PT摄像机坐标，而只是计算存储雷达图中的一部分点，即(特征点)的PT摄像机坐标；另一种是特征点选取方法，按一定的步长间隔均匀选取，根据方位信息收集中记录的每幅图像中心的PT摄像机坐标和PT摄像机水平视场角和垂直视场角。

6.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤5包括：用非常直观的方法把全局视野图像呈现给使用者。

7.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤6包括：所述的用户点击或框选和全局视野雷达图产生人机交互，采集用户的操控动作信息。

8.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于，所述步骤7包括：若用户点击PT摄像机雷达图上的某一点，如果该点恰好是选取的PT摄像机雷达图特征点，则直接将PT摄像机定位到该PT摄像机雷达图特征点的坐标；如果不是，则根据相邻的PT摄像机雷达图特征点，采用插值的方法计算出用户点击点的PT摄像机坐标，然后将PT摄像机视野中心定位到该坐标上；如果用户在PT摄像机雷达图上框选了一部分区域，则计算该区域的中心位置的PT摄像机坐标，然后把PT摄像机视野定位到该坐标上；如果摄像机带有Zoom功能，将PT摄像机的视野缩放到用户选择区域内的视野画面。

9.根据权利要求1所述的一种PT摄像机的视野调整控制方法，其特征在于：所述方法应用于PT摄像机的视野调整控制装置。

10.一种PT摄像机的视野调整控制装置，其特征在于，所述装置包括图像采集部件、方位信息收集部件、图像融合部件、方位信息融合部件、显示部件、输入控制部件、方位计算部件、PT控制部件；

所述的图像采集部件执行全局视野图像采集工作，采集一组能覆盖全局视野的图像；

所述的方位信息收集部件在采集全局视野图像的同时，负责记录PT摄像机每次转动对应的方位角度信息；

所述的图像融合部件负责将图像采集部件采集到的图像拼接成一张全景图，这张全景图描述了PT摄像机所处位置的全方位图像信息，即PT摄像机雷达图；所述的图像融合部件同时将该PT摄像机雷达图存储起来；

所述的方位信息融合部件计算出PT摄像机雷达图上每一个点对应PT摄像机坐标，并存储起来；

所述的显示部件用于显示PT摄像机雷达图，将摄像机所处的全局视野图像呈现给用户；所述的显示部件收到用户操作后，将用户的操作信息翻译成特定的格式传递给计算部件；

所述的输入控制部件用来感知用户的操作动作，采集用户操作动作后，传递给显示部件；

所述的方位计算部件根据用户操作和方位信息融合部件存储的数据，计算出用户操作对应的摄像机PT坐标；

所述的PT控制部件负责将方位计算部件计算出的PT方位信息传递给摄像机的PT装置，并驱动摄像机PT装置转动到计算出的PT方位。