一種基于ptz監(jiān)控攝像機的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【技術領域】，提供了一種基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法，所述方法包括：采集PTZ監(jiān)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面；設置標定所感興趣區(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中心點的二維物理坐標以及所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角；根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機；根據設置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計算縮放比例，并相應控制攝像機鏡頭變倍縮放，得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。本發(fā)明采用了3D坐標快速轉換算法，實現了對感興趣區(qū)域的直接定位，可以準確快速的獲取感興趣區(qū)域高分辨率的圖像。
【專利說明】一種基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法及裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于安防監(jiān)控領域，尤其涉及一種基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法及裝置。
【背景技術】
[0002]PTZ攝像機是一種監(jiān)控用攝像機，在安防監(jiān)控應用中PTZ是Pan/Tilt/Zoom的簡寫，代表云臺全方位(水平、俯仰)移動及鏡頭變倍、變焦控制。PTZ攝像機因其具有可變視角、可變焦能力，可以隨時改變攝影的角度、所覆蓋的范圍與清晰度，與普通攝像機相比，可以獲得更好的監(jiān)控效果。因此，PTZ攝像機在目前監(jiān)控市場中，已經得到越來越廣泛的應用。
[0003]PTZ攝像機在運動的過程中，其旋轉和變焦特性使得感興趣區(qū)域隨著攝像機執(zhí)行搖攝、傾斜操作時，會“移動穿過”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。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。傳統(tǒng)方法中需要一定的人工交互操作進行視野調整來確定2D-3D間的對應關系，以獲得更清晰的對象圖像，該方法在監(jiān)控系統(tǒng)中難以滿足實時響應的要求，比較費時費力，效果不能保證。

【發(fā)明內容】

[0004]鑒于上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于PTZ監(jiān)控攝像機及其3D定位方法，旨在解決現有PTZ監(jiān)控攝像機在執(zhí)行執(zhí)行搖攝、傾斜操作時，需要人工進行進行視野調整，比較費時費力的技術問題。
[0005]一方面，所述基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法包括下述步驟:
[0006]采集PTZ監(jiān)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端并顯示；
[0007]設置標定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式；
[0008]根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角；
[0009]根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機，以使目標中心點位于所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸上；
[0010]根據設置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計算縮放比例，并相應控制攝像機鏡頭變倍縮放，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)控攝像機的3D定位裝置包括:
[0012]視頻采集輸出模塊，用于采集PTZ監(jiān)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端并顯示；
[0013]目標鎖定設置模塊，用于設置標定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式；
[0014]3D轉換計算模塊，用于根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角；
[0015]云臺電機控制模塊，用于根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機，以使目標中心點位于所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸上；
[0016]鏡頭縮放控制模塊，用于根據設置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計算縮放比例，并相應控制攝像機鏡頭變倍縮放，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坐標快速轉換算法，可以快速計算出圖像傳感器成像平面上的目標中心點相對于PTZ監(jiān)控攝像機光軸的絕對夾角，包括水平方向夾角和垂直方向夾角，然后控制調整攝像機云臺的搖射角和傾斜角，并根據興趣區(qū)域大小以及縮放方式控制攝像機鏡頭變倍縮放，使感興趣區(qū)域以適當比例大小清晰地顯示在監(jiān)控端屏幕的中心位置，實現了對感興趣區(qū)域的直接定位，可以準確快速的獲取感興趣區(qū)域高分辨率的圖像。本發(fā)明簡化了以往由平面二維坐標轉換為三維坐標所需要進行的大量復雜的數學運算，可以簡單、快速地獲取感興趣區(qū)域高分辨率圖像。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明第一實施例提供的基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法的流程圖；
[0019]圖2是視頻圖像在網絡監(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)明第二實施例提供的基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位裝置的結構方框圖；
[0023]圖6是圖5中3D轉換計算模塊的一種具體優(yōu)選結構方框圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]為了說明本發(fā)明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。
[0026]實施例一:
[0027]圖1示出了本發(fā)明實施例提供的PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法的流程，為了便于說明僅不出了與本發(fā)明實施例相關的部分。
[0028]本實施例提供的基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法包括下述步驟:
[0029]步驟S11、采集PTZ監(jiān)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端并顯示.[0030]PTZ監(jiān)控攝像機通常為半球攝像機，內置有攝像機云臺，通過調整攝像機云臺，可以調整攝像機鏡頭搖射和傾斜轉動。PTZ監(jiān)控攝像為網絡攝像機，通過網絡連接到后臺的網絡監(jiān)控端，在網絡監(jiān)控端上可以實時顯示出各個攝像機所捕獲到的視頻畫面。在本步驟中，PTZ監(jiān)控攝像機拍攝實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端的屏幕上顯示出來。[0031]步驟S12、設置標定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式。
[0032]假設網絡監(jiān)控端中所顯示的一幀畫面圖像如圖2所示，水平像數總數標記為Hpix_Total，垂直方向的像數總數標記為Vpix_Total。網絡監(jiān)控端屏幕區(qū)域左上角坐標為(O, O),右下角坐標為(Hpix_Total, Vpix_Total)。通過網絡監(jiān)控端設置需要撲捉的視野和感興趣區(qū)域大小，記錄所標定感興趣區(qū)域區(qū)域的起始兩個角點的像素坐標值。如圖2所示，假設感興趣區(qū)域的左上角像素坐標為(XI，Y1)，右下角像素坐標為(X2，Y2)。從而可以計算出感興趣區(qū)域區(qū)域的中心像素坐標(X, Y),其中Χ=(Χ1+Χ2)/2，Υ=(Υ1+Υ2)/2。所述縮放方式為感興趣區(qū)域在屏幕上的預期顯示比例。
[0033]步驟S13、根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角。
[0034]本步驟通過計算感興趣區(qū)域中心點在圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并通過數字幾何關系由二維坐標轉換成相應的絕對坐標，計算PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點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PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器型號以及畫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，由于不同廠家不同型號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并結合圖像顯示像素來確定有效成像靶面尺寸。假設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云臺的當前搖射角和傾斜角。
[0038]假設有效焦距為f，云臺電機包括水平電機和俯仰電機，分別擁有控制鏡頭搖射轉動(即水平方向轉動)和傾斜轉動(即俯仰轉動)。假設在水平方向當前水平電機所處的步數為Hst印，最大步數為Hstepjnax，最大步數對應的遙射角為2 π，單位為弧度。在垂直方向當前俯仰電機所處的步數為Vstep,最大步數為Vstep_max,最大步數對應的傾斜角為
/2,單位為弧度。則PTZ攝像機鏡頭所處的當前搖攝角β =(Hstep*2 π )/(Hstep_max),當前傾斜角 α = (Vstep* π ) / (Vstep_max*2)。
[0039]步驟S133、根據所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計算目標中心點的二維物理坐標。
[0040]在步驟S12中已經確定感興趣區(qū)域的中心像素坐標(X，Y)，那么在圖像傳感器的成像平面上，按照計算比例，所述感興趣區(qū)域的目標中心點的二維物理坐標為(X，y)=((X*Hsize) / (Hpix_Total), (Y*Vsize) / (Vpix_Total)),單位為 mm。
[0041]步驟S134、根據所述目標中心點的二維物理坐標、有效焦距、攝像機云臺當前傾斜角、有效成像靶面尺寸計算目標中心點和PTZ監(jiān)控攝像機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為焦點位置，AO為有效焦距。C為目標中心點在圖像傳感器上的成像坐標位置，坐標值為(X，y)。O為圖像傳感器的有效成像靶面的中心，坐標值為(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為云臺的當前傾斜角α，Z OAB為δ α。Z XAE為云臺的當前搖攝角β，Z OAD的為δ β，ZBAC為δ β 1，β c為目標中心點C與攝像機光軸AO在水平方向上的夾角，ac為目標中心點C與攝像機光軸AO在垂直方向上的夾角。經過立體幾何相關三角形的變換，可以推導出:
【權利要求】
1.一種基于PTZ監(jiān)控攝像機的3D定位方法，其特征在于，所述方法包括: 采集PTZ監(jiān)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端并顯示； 設置標定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式； 根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角； 根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機，以使目標中心點位于所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸上； 根據設置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計算縮放比例，并相應控制攝像機鏡頭變倍縮放，得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角步驟，具體包括: 根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器型號以及畫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云臺的當前搖射角和傾斜角； 根據所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計算目標中心點的二維物理坐標； 根據所述目標中心點的二維物理坐標、有效焦距、攝像機云臺當前傾斜角、有效成像靶面尺寸計算目標中心點和PTZ監(jiān)控攝像機光軸在水平方向和垂直方向的夾角。
3.如權利要求2所述方法，其特征在于，所述目標中心點和PTZ監(jiān)控攝像機光軸在水平方向的夾角為β C，垂直方向的夾角為α C，其計算公式如下:
4.如權利要求3所述方法，其特征在于，所述根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機步驟，具體包括: 根據所述水平方向的夾角β C、垂直方向的夾角α C，獲取攝像機云臺電機步進數；根據所述步進數控制攝像機云臺電機工作。
5.一種基于PTZ監(jiān)控攝像機的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)控攝像機拍攝到的實景視頻畫面，并將所述視頻畫面上傳到網絡監(jiān)控端并顯示； 目標鎖定設置模塊，用于設置標定所感興趣區(qū)域大小以及縮放方式； 3D轉換計算模塊，用于根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器的有效成像靶面尺寸和當前有效焦距，獲取圖像傳感器成像平面上的目標中心點的二維物理坐標，并計算所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸相對于目標中心點的水平和垂直方向夾角； 云臺電機控制模塊，用于根據所述水平和垂直方向夾角對應調整攝像機云臺電機，以使目標中心點位于所述PTZ監(jiān)控攝像機的光軸上； 鏡頭縮放控制模塊，用于根據設置的感興趣區(qū)域大小以及縮放方式計算縮放比例，并相應控制攝像機鏡頭變倍縮放，得到感興趣區(qū)域的高分辨率圖像。
6.如權利要求5所述裝置，其特征在于，所述3D轉換計算模塊包括: 靶面獲取單元，用于根據PTZ監(jiān)控攝像機的圖像傳感器型號以及畫面顯示分辯率確定有效成像靶面尺寸； 參數獲取單元，用于獲取有效焦距和攝像機云臺的當前搖射角和傾斜角； 坐標計算單元，用于根據所述有效成像靶面尺寸以及感興趣區(qū)域大小計算目標中心點的二維物理坐標； 角度計算單元，用于根據所述目標中心點的二維物理坐標、有效焦距、攝像機云臺當前傾斜角、有效成像靶面尺寸計算目標中心點和PTZ監(jiān)控攝像機光軸在水平方向和垂直方向的夾角。
7.如權利要求6所述裝置，其特征在于，所述目標中心點和PTZ監(jiān)控攝像機光軸在水平方向的夾角為β C，垂直方向的夾角為α C，其計算公式如下:
8.如權利要求7所述裝置，其特征在于，所述云臺電機控制模塊包括: 步進數計算單元，用于根據所述水平方向的夾角β C、垂直方向的夾角α C，獲取攝像機云臺電機步進數；電機控制單元，用于根據所 述步進數控制攝像機云臺電機工作。
【文檔編號】H04N7/18GK103905792SQ201410114204
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年3月26日 優(yōu)先權日:2014年3月26日
【發(fā)明者】曹木蓮, 羅巍 申請人:武漢烽火眾智數字技術有限責任公司