CN110809118A - 一种用于枪球联动的快速聚焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于枪球联动的快速聚焦方法，***对枪机摄像机与球机摄像机进行标定，建立关于等分区域位置数据和焦距值的关系模型，获取关于等分区域位置数据和最优焦距值的最优焦距值表，并通过球机摄像机云台电机根据目标运动轨迹进行追踪转动，同时***控制球机摄像机云台电机根据最优焦距值表对目标进行对焦，提高了聚焦的准确性，加快了聚焦的速度。

Description

一种用于枪球联动的快速聚焦方法

技术领域

本发明属于成像技术领域，尤其涉及一种用于枪球联动的快速聚焦方法。

背景技术

目前枪球联动的目标连续跟踪，多是采用在枪形摄像机里检测到运动目标，然后根据预先安装时建立的枪形摄像机和球形摄像机建立的坐标系关系进而转换成球形摄像机的坐标，云台控制电机转动到设定的位置，从而完成目标的定位，刷新该过程就完成了跟踪，对目标的聚焦一般采用自动聚焦。由于不知道运动目标的距离，多数球形摄像机采用自动聚焦，但是雨、雪、风沙、雾霾等环境的影响，直接导致目标的自动聚焦时间加长，或是聚焦错误，给图像局部细节提取带来严重影响。

球形摄像机自动聚焦采用多帧图像的锐度计算，通过收敛马达调节，将位置调到最佳，但是受光照、天气、以及目标的随意性等因素导致聚焦时间加长，或是锐度不收敛直接导致自动聚焦失败，给图像局部细节提取带来严重影响。

视频处理的目标检测率、识别率等关键指标随着AI技术的进步不断刷新，但在实际场景中，存在目标定位容易出现不准确、目标运动具有随机不确定性容易出现聚焦错误、目标速度过快导致聚焦失败或目标丢失以及目标与摄像机之间距离过大出现聚焦失败等问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于枪球联动的快速聚焦方法，包括如下步骤：

S1：***对枪机摄像机与球机摄像机位置进行初始化，并获取图像数据；

S2：***对枪机摄像机与球机摄像机进行标定：建立枪机摄像机与球机摄像机像平面之间映射关系，并将枪机摄像机像平面中的位置数据转换到球机摄像机像平面中的位置数据；

S3：***对球机摄像机像平面进行等分，并对等分的每一个等分区域进行对焦；

S4：建立关于等分区域位置数据和焦距值的关系模型，获取关于等分区域位置数据和最优焦距值的最优焦距值表；

S5：枪机摄像机识别目标并进行特征识别，***获取目标实时位置数据，记录目标运动轨迹；

S6：***控制球机摄像机云台电机根据目标运动轨迹进行追踪转动，同时***控制球机摄像机云台电机根据最优焦距值表对目标进行对焦。

本发明的有益效果在于：本发明根据目标出现的位置建立最优目标变倍倍数和对焦值的表，枪机画面检测到目标后，球机进行坐标系转换后根据表中数据直接进行对焦，省去了机芯自动聚焦的过程，加快了聚焦的速度。

附图说明

图1是本发明原理的流程图；

图2是本发明的***原理图；

图3是本发明***的电路示意图；

图4等分矩形区域示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如附图1所示，一种用于枪球联动的快速聚焦方法，包括如下步骤：

S1：***对枪机摄像机与球机摄像机位置进行初始化，并获取图像数据；

S2：***对枪机摄像机与球机摄像机进行标定：建立枪机摄像机与球机摄像机像平面之间映射关系，并将枪机摄像机像平面中的位置数据转换到球机摄像机像平面中的位置数据；

S3：***对球机摄像机像平面进行等分，并对等分的每一个等分区域进行对焦；

S4：建立关于等分区域位置数据和焦距值的关系模型，获取关于等分区域位置数据和最优焦距值的最优焦距值表；

S5：枪机摄像机识别目标并进行特征识别，***获取目标实时位置数据，记录目标运动轨迹；

S6：***控制球机摄像机云台电机根据目标运动轨迹进行追踪转动，同时***控制球机摄像机云台电机根据最优焦距值表对目标进行对焦。

具体的，所述S2中标定过程具体包括：设枪机摄像机图像平面点的坐标为(c_x,c_yi)，球机摄像机图像平面点的坐标为(x_i,y_i)，球机摄像机的高度角为θ_i，球机摄像机的方位角为

设f_x是x方向的焦距长度，f_y是y方向的焦距长度，映射参数为

设平面点所在纬度的剖面圆的半径为r_n，

采集N个标定点的数据，建立标定方程：

求得映射参数：

具体的，所述***获取目标位置数据的具体过程为：

设球机的经纬度为(m,n)，目标位置为球机视野中心方向与地面交点的经纬度(mm，nn)，球机中心方向与正北方向的夹角为θ，球机与目标之间的距离为s，地球半径为R；

以球机位置为坐标原点，则目标的坐标为:即(s*(-sin(θ+α)),s*cos(θ+α))；

由扇形公式

得目标的纬度为：

目标所在纬度的剖面的圆的半径为r＝R*cosω，得目标的经度为：

即

如附图2所示，本发明的***包括用户端、图像处理模块、主控模块、GPS模块、4G模块、枪机端与球机端；所述枪机端包括广角摄像机、与所述广角摄像机连接的枪机云台模块；所述球机端包括一体化变倍机芯、球机云台模块、电机位置传感器、水平电机驱动芯片、垂直电机驱动芯片、激光测距模块、陀螺仪与指北针；所述广角摄像机、一体化变倍机芯分别与图像处理模块相连，用户视频流传输及处理；所述图像处理模块、GPS模块、4G模块、枪机云台模块、球机云台模块、电机位置传感器、陀螺仪分别与主控模块相连。此外还设置有与主控模块相连的光敏传感器，用于设定电机零点位置；主控模块通过水平电机驱动芯片与水平电机相连；主控模块通过垂直电机驱动芯片与垂直电机相连。

具体的，如附图3所示，主控模块采用LPC1754单片机主控板，图像处理模块采用图像处理芯片，水平电机驱动芯片、垂直电机驱动芯片采用A3988；光耦位置检测电路的功能是实现步进电机的驱动、球机坐标系参考点的建立。该***还包括异步通信串口，通过485转换芯片转换为RS485总线信号；主控板还包括E2PROM存储控制电路，保存球机信息，采用单片机I2C接口对E2PROM进行读写；还包括温度传感器电路，采用TMP175温度传感器与主控制器相连，用于检测球机实时温度，进行过温保护。

步进电机控制是通过旋转电机线圈相电流矢量来实现的，其物理表现就是相电流值的大小按照正弦波规律变化。电机从静止状态转为运动状态是一个阶跃过程，电机的初始速度要足以提供从静止转为运动的动力，符合这一条件的最大速度值为电机的稳定启动速度，当启动速度小于最大速度值时，电机才能够正常启动。电机以较低的启动速度稳定启动以后，就可以按照一定规律逐渐提高转动速度，实现加速运转；当电机以高于最大速度值的速度运转时，为了让电机稳定停止，也需要按照一定的规律逐渐降低转动速度，使电机速度降低到最大速度值以下，方停止电机。因此，电机的加减速变化需要在可靠的范围以内，避免发生电机失步现象。

本方案中球机具有两种运动模式：坐标模式和速度模式。坐标模式用于精确的位置控制；速度模式用于平滑的跟踪拍摄，***控制球机沿设定方向持续转动。两种模式的结合形成高速跟踪球机在多目标跟踪***中的优秀性能。

坐标模式：球机端上电后***通过位置传感器进行机械零点的查找，建立坐标系，之后根据预设的坐标系参数，更新电机在水平、垂直的每个步进位置(坐标)，从而实现对球机任意位置的开环控制。本设计的坐标参数范围为：水平坐标为0～51200；垂直坐标为0～16000，单位为像素。

步进电机步数控制：为了实现球机坐标模式的稳定运动，需要根据球机每次转过的步数，分配用于加速(或减速)、上升(或下降)的步数，以保证球机用最快的速度到达目的坐标，又稳定地停止；当电机从一个坐标转到另一坐标时，需要根据步数值的大小，来分配加速和减速所需要的步数，以使电机以最快方式转到该坐标，并且平稳停止。

速度模式：由于垂直方向坐标系存在边界，因此当电机运动到坐标原点或坐标最大点时，需保证电机运动速度小于等于启动速度，以使得电机能在坐标最大的边界点平稳停止，以免超出边界造成坐标出错和电机失步。

主控模块获取枪机监控画面、步进电机水平位置，并且更新该站点通过GPS模块获得的经纬度数据；主控模块控制枪机云台回到光敏传感器所在的零点位置，消除失步影响，用户配置枪机云台的方向和角度并锁定；主控模块读取球机云台的步进电机水平垂直当前步进位置数据，进行标定后，球机云台的步进电机旋转到球机至枪机所在角度，指北传感器记录当前位置偏离正北的角度，并传送到主控模块；由于枪机图像的画面固定，***根据坐标系转换公式，将枪机图像的四边转换成球机坐标的平面，求出该平面的最大外切矩形，然后将该矩形分为m*n等份，如附图4所示等分矩形区域示意图，球机依次对每个等份进行对焦；对焦清晰后，记录机芯的对焦值，例如机芯为20变倍机芯，那么对该机芯进行20次不同倍数的变倍操作，可以得到20个对焦值；进行m*n次对焦操作得到所有等份的变倍倍数和对焦值关于坐标的表；枪机画面检测到目标后，根据目标出现的位置获取目标变倍倍数和对焦值，根据表中数据直接进行对焦，省去了机芯自动聚焦的过程，加快了聚焦的速度。

本发明通过定位坐标点的计算克服了目标定位出现不准确的问题；通过枪机与球机同时追踪克服目标追踪目标运动具有随机不确定性容易出现聚焦错误的问题；通过球机云台追踪目标克服了目标速度过快导致聚焦失败或目标丢失的问题；通过聚焦放大克服了目标与摄像机之间距离过大出现聚焦失败的问题。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于枪球联动的快速聚焦方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：***对枪机摄像机与球机摄像机位置进行初始化，并获取图像数据；

S2：***对枪机摄像机与球机摄像机进行标定：建立枪机摄像机与球机摄像机像平面之间映射关系，并将枪机摄像机像平面中的位置数据转换到球机摄像机像平面中的位置数据；

S3：***对球机摄像机像平面进行等分，并对等分的每一个等分区域进行对焦；

S4：建立关于等分区域位置数据和焦距值的关系模型，获取关于等分区域位置数据和最优焦距值的最优焦距值表；

S5：枪机摄像机识别目标并进行特征识别，***获取目标实时位置数据，记录目标运动轨迹；

S6：***控制球机摄像机云台电机根据目标运动轨迹进行追踪转动，同时***控制球机摄像机云台电机根据最优焦距值表对目标进行对焦。

2.根据权利要求1所述一种用于枪球联动的快速聚焦方法，其特征在于，所述S2中标定过程具体包括：设枪机摄像机图像平面点的坐标为(c_x,c_yi)，球机摄像机图像平面点的坐标为(x_i,y_i)，球机摄像机的高度角为θ_i，球机摄像机的方位角为

设f_x是x方向的焦距长度，f_y是y方向的焦距长度，映射参数为设平面点所在纬度的剖面圆的半径为r_n，

采集N个标定点的数据，建立标定方程：

求得映射参数：

3.根据权利要求1所述一种用于枪球联动的快速聚焦方法，其特征在于，所述***获取目标位置数据的具体过程为：

设球机的经纬度为(m,n)，目标位置为球机视野中心方向与地面交点的经纬度(mm，nn)，球机中心方向与正北方向的夹角为θ，球机与目标之间的距离为s，地球半径为R；

以球机位置为坐标原点，则目标的坐标为:即(s*(-sin(θ+α)),s*cos(θ+α))；

由扇形公式

得目标的纬度为：

目标所在纬度的剖面的圆的半径为r＝R*cosω，得目标的经度为：

即

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