專利名稱：用于操作搖動傾斜變焦攝像機的方法和系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及視頻監視系統，并且更具體地，涉及組裝和拆卸相機搖動
(pan)、傾斜(tilt)和變焦(zoom)組件。
背景技術：
至少一些已知的視頻監視系統包括一個或多個攝像機，其與搖動、傾斜 和變焦(PTZ)組件一起安裝在外殼中。該PTZ允許控制相機移動以將相機 的視野與感興趣的對象或感興趣的位置對準。該機制的變焦部分可用于調整 相機視野。外殼保護相機不受安裝相機和PTZ組件的位置的環境影響。
至少一些已知的攝像機組件裝備有"預置"控制(例如，伺服機制)來
將相機定位到內部存儲的搖動、傾斜、變焦、焦距和光圈位置。使用位置數 據，每個相機的多個"預置"視圖被存儲和用于指引各個相機到這些預置視 圖的一個或序列，以響應于操作鍵盤上的鍵、或來自自動確定期望的視圖或 序列的系統控制中的邏輯。
在初始安裝期間并且在此后周期性地，相機和/或PTZ組件可能需要從其 安裝位置移除。例如，隨著時間的過去，相機和/或PTZ組件可能需要維護以 將受損的或用壞的相機或PTZ組件恢復到可操作狀態。然而，搖動/傾斜組件 的機械不精確性典型地使得在攝像機組件被替換后重新編程各預置成為必 要。
發明內容
在一個實施例中， 一種視頻監視系統包括包括底座(base)的攝像機 組件、第一搖動/傾斜機制、以及第二搖動/傾斜機制。所述第一搖動/傾斜機 制可移除地耦合到所述底座。所述第二搖動/傾斜機制配置為耦合到所述底座 替代所述第一搖動/傾斜機制。該系統還包括存儲器，配置為存儲搖動/傾斜 機制位置校準信息；以及控制器，通信地耦合到所述第一搖動/傾斜機制，配 置為接收所述第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息，將所述位置校準信息存儲到所述存儲器，當所述第 一搖動/傾斜機制被移除并且用第二搖動/傾斜機制替 代時，從所述存儲器中檢索所述位置校準信息，以及下載檢索的位置校準信 息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
在另一個實施例中， 一種操作攝像機組件的方法包括存儲第一搖動/
傾斜機制的位置校準信息；用第二搖動/傾斜機制替代第一搖動/傾斜機制；以 及下載檢索的位置校準信息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
在另一個實施例中， 一種維持攝像機組件的方法包括確定與所述組件 相關聯的第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息；以及存儲所述位置校準信息。 該方法還包括用第二搖動/傾斜機制替代第一搖動/傾斜機制；命令所述第二 搖動/傾斜機制到預置的預置地址；在預置的預置地址采集圖像；處理所述圖 像以確定所述圖像的圖元幾何形狀；比較確定的圖元幾何形狀和存儲在位置 校準信息中的圖元幾何形狀以確定位置校準信息校正；以及將所述校正應用 到與所述第二搖動/傾斜機制相關聯的位置校準信息。
圖1是根據本發明實施例的示例性視頻監視系統的示意圖2是可用于圖1所示的系統的示例性攝像機搖動、傾斜和變焦(PTZ)
組件的透視圖；以及
圖3是從操作中正移除的相機中存儲和傳輸預置信息到替代相機的示例
性方法300的流程圖。
具體實施例方式
如在此使用的，以單數列舉的并且以詞"一 (a)"或"一 (an)"開始的 元件或步驟，應當被理解為不排除多個元件或步驟，除非這樣的排除明確列 舉。此外，參照本發明的"一個實施例"意圖不在于被解釋為排除另外的也 并入列舉的特征的實施例的存在。
圖1是根據本發明實施例的示例性視頻監視系統100的示意圖。視頻監 視系統100包括控制面板102、顯示監視器104、以及搖動、傾斜和變焦(PTZ) 組件105。典型地，相機106容納在具有拱頂110的罩108中，用于保護相 機106不受其中放置相機106的環境的影響。在一個實施例中，拱頂110被 染色以允許相機106采集罩108外部的環境的圖像，并且同時防止由相機106觀察的環境中的個人確定相機106的朝向。在各種替代實施例中，拱頂110
沒有被染色。在示例性實施例中，相機106包括圍繞垂直軸112搖動、圍繞 水平軸114傾斜、以及控制透鏡組件116以使得相機106變焦的能力。例如， PTZ組件105包括搖動馬達和編碼器113以及傾斜馬達和編碼器115。該編碼 器確定搖動和傾斜馬達的角度位置，并且產生與變焦設置一起使用的位置信 號來確定視野中的區域。相機106的搖動移動由箭頭118表示，相機106的 傾斜運動由箭頭120表示，而相機106的透鏡組件116的聚焦長度的改變(即， 變焦)由箭頭122表示。如參照坐標系124顯示的，搖動運動可以跟蹤沿著 x軸的運動，傾斜運動可以跟蹤沿著y軸的運動，而聚焦長度調整可用于跟 蹤沿著z軸的運動。表示控制這樣的能力的命令的信號從控制面板102通過 控制數據線126傳輸。圖像數據信號通過視頻數據線130從相機106傳輸到 顯示監視器104和存儲設備128。
透鏡組件116觀察位置132的區域，其可以遠離控制面板102并且在視 野134中以及沿著透鏡組件116的觀察軸136。位置132的圖像可以由相機 106轉換為電視頻信號，其被傳輸到顯示監視器104。
在示例性實施例中，控制面板102包括X-Y控制操縱桿140,其用于產 生搖動和傾斜命令。多個搖桿型開關142被用于控制透鏡組件116的變焦144、 焦距146和光圈148。在替代實施例中，操縱桿140包括用于控制相機106 的變焦的扭轉作用(actuation )。操縱桿140還可以并入扳機和/或按鈕來便利 操作與系統100相關聯的各種控制。控制面板102還可以包括用于輸入數字 和值的數字鍵盤150。在替代實施例中，控制面板102可以包括用于輸入文 本以及數字的字母或字母數字鍵盤(未顯示)。控制面板102還包括多個預置 開關152,其可以被編程來執行自動控制相機106和/或透鏡組件116的動作 的宏(macro )。多個按鈕154可用于例如預定的控制功能和/或用戶定義的功 能，例如在多相機視頻監視系統中的相機選擇。顯示器156可用于顯示視頻 監視系統100的狀態或可用于顯示與選擇的相機相關聯的各參數。
處理器158從軟件、固件接收編程的指令以及從存儲器160接收數據， 并且使用該數據和指令執行各種操作。處理器158可以包括執行算術和邏輯 操作的算術邏輯單元(ALU)以及控制單元'，該控制單元從存儲器160提取 指令并且解碼和執行它們，在必要時調用ALU。存儲器160通常包括隨機存 取存儲器(RAM)和只讀存儲器(ROM),然而，可以存在其他類型的存儲器，如可編程只讀存儲器(PROM)、可擦除可編程只讀存儲器(EPROM) 以及電可擦除可編程只讀存儲器(EEPROM)。此外，存儲器160可以包括操 作系統，其在處理器158上執行。操作系統執行基本任務，該基本任務包括 識別輸入、發送輸出到輸出設備、保持跟蹤文件和目錄、以及控制各種外圍 設備。
如在此使用的，術語處理器指中央處理單元、微處理器、微控制器、精 簡指令集電路(RISC)、專用集成電路(ASIC)、邏輯電路、以及能夠執行在 此描述的功能的任何其他電路或處理器。存儲器160可以包括用于預置的宏 指令的存儲位置，該預置的宏指令可以使用多個預置開關142之一訪問。
如在此使用的，術語"軟件"和"固件"可互換，并且包括存儲在存儲 器中用于由處理器158執行的任何計算機程序，存儲器包括RAM存儲器、 ROM存儲器、EPROM存儲器、EEPROM存儲器和非易失性RAM( NVRAM ) 存儲器。上面的存儲器類型僅僅是示例性的，并且因此不限制為可用于計算 機程序存儲的存儲器的類型。
在各種實施例中，處理器158和存儲器160位于相機106外部，如在控 制面板102或PC或其他能夠執行在此描述的功能的單機或大型機計算機系 統中。
在示例性實施例中，視頻監視系統100是單個相機應用，然而，本發明 的各種實施例可在具有另外的相機的更大監視系統內使用，該相機可以是固 定的或可移動的相機或它們的一些組合，以提供更大或更復雜監視區域的覆 蓋。在替代實施例中， 一個或多個錄像機(未示出)連接到控制面板32,以 提供由系統100中的相機13和其他相機所捕獲的視頻圖像的記錄。
圖2是可用于(圖1所示的)系統100的示例性攝像機搖動、傾斜和變 焦(PTZ)組件200的透視圖。PTZ組件200包括耦合到外殼里面部分的上 托架或底座202。外殼被配置為固定地耦合到如天花板、支柱、柱或能夠支 持PTZ組件200的重量的其他適合安裝，并且是穩定的平臺來便利減少抖動。 由于PTZ組件200的振動或搖動，在相機圖像中抖動可能是明顯的。
底座202包括一個或多個定位圓形物(round) 204,其與可移除單元210 的較低托架208中的定位插槽206互補。定位圓形物和定位插槽206用于在 將可移除單元210耦合到底座202之前，將可移除單元210和底座對齊。底 座202也可以包括一個或多個導桿(guide) 212，其配置為接收耦合到可移除單元210上的環鎖216的棘爪(pawl) 214。在示例性實施例中，第二棘爪 (未示出)類似地朝向棘爪214,并且與棘爪214間隔大約180° 。在替代實 施例中，使用了不同數量的棘爪。導桿212的遠端218包括相對于PTZ組件 200的縱軸222、以徑向從導桿212延伸出的銷(pin) 220。棘爪214和銷220 被配置為接合以將可移除單元210的重量傳送到底座202以便支持可移除單 元210。在本發明的各種實施例中，銷220被配置為可旋轉的輪。
環鎖216可旋轉地耦合到較低的托架208。環鎖216能夠旋轉的量受多 個停止(stop ) 223和互補凹槽224限制，停止223和互補凹槽224接合來限 制環鎖216相對于較低托架208的旋轉行進。搖動馬達226的固定部分228 固定地耦合到較低托架208。當搖動馬達226旋轉時，可移除單元210與可 旋轉部分相對于底座202旋轉。滑動環230允許可移除單元210在第一旋轉 方向232或第二相對方向234上連續旋轉。
可移除單元210包括可滑動地耦合到底盤237的罩236。罩236被配置 為維持松開的位置(圖1所示)和接合的位置。在接合的位置中，圍繞罩236 的外周圓周240排列、以及軸向延伸朝向環鎖216的多個齒238,被配置為 與圍繞環鎖216的外周圓周244排列、以及軸向延伸朝向齒238的多個齒242 嚙合。通過施加向上軸向力到罩236的底側246,罩236從松開位置轉變到 接合位置。與從松開位置到接合位置定位罩236相關聯的運動壓縮或拉緊在 罩236和底盤237之間耦合的多個偏置部分248。多個行進限制器247限制 環鎖216相對于較低托架208的向上運動。偏置部分248被配置為在施加到 罩236的軸向力移除后將罩236返回到松開位置。
環鎖216被配置為至少部分地圍繞軸222旋轉，而罩236被配置為與底 盤237和搖動馬達228的可旋轉部分一起自由地圍繞軸222旋轉。因此，在 齒238和242由施加到罩236的軸向力接合的情況下，另外的旋轉力可以施 加到罩236以使得環鎖旋轉。棘爪214與環鎖216 —起旋轉朝向或遠離銷220。 如果棘爪214旋轉遠離銷220,則可移除單元210的重量將不再由棘爪214 和銷220的接合支持，并且可移除單元210將從底座202松開其自己的重量。 在替代實施例中， 一個或多個彈射彈簧被配置為施加偏置(bias)力到可移除 單元210,以幫助將可移除單元200從底座202脫離。
圖3是從操作中正移除的相機中存儲和傳輸預置信息到替代相機的示例 性方法300的流程圖。方法300包括存儲302與預置參照圖像相關聯的圖元(primitive)幾何圖形。該圖元幾何圖形從與各個預置地址或多個地址相關聯 的參照圖像中提取。例如，預置可以能夠使用單個地址尋址，或在相^L能夠 搖動180°或更大的情況下，預置位置可以使用超過一個地址來尋址。如在 此使用的，圖元幾何圖形描述相對簡單的形狀和從是圖像的特性的各圖像中 提取的形狀的組合，并且能夠用于將該圖像從相機能夠采集的其他圖像中區 分。該組圖元幾何圖形典型地比完整圖像占據更少的存儲器資源。預置地址、 各個圖元幾何形狀、以及相關聯的編碼器位置信息存儲在與相機相關聯的底 座中的存儲器中，以便便利維護預置準確性。
當相機被替換時，包括例如預置地址、各個圖元幾何形狀、以及相關聯 的編碼器位置信息的位置校準數據被自動地下載到與相機相關聯的存儲器 中。準確性和可重復性受兩個因素限制 一，當前相機校準；以及二，相機 和相機托架的機械安裝容限。由于各相機之間的校準變化，移除和重新安裝 替代相機還會導致漂移，特別是對高度變焦預置，該替代相機繼承由之前相 機確定的預置。當替代相機首次安裝時，為了準確性測試各預置。
使用位置校準數據命令304替代相機到預置地址。在示例性實施例中， 替代相機自動初始化和執行腳本、宏、或程序以命令該替代相機指向由下載 的編碼器位置信息尋址的視圖。然后在由下載的編碼器位置信息指示的預置 地址采集306圖像。采集的圖像以與圖元幾何圖形從預置參照圖像中提取的 方式相同的方式被精筒308到圖元幾何圖形。從釆集的圖像中提取的圖元幾 何圖形與從之前為該預置存儲的參照圖像中提取的圖元幾何圖形比較310。 從該比較中，搖動、傾斜和/或變焦一交正被確定312,然后對于該替代相機施 加314校正到預置地址和它們的共軛。替代相機可以選擇性地對與該替代相 機相關聯的所有預置執行相同校準，或者可以只對少于所有預置的可選擇數 量的預置執行校準。當使用在此描述的方法校準少于所有預置時，對于未校 準預置的校正從執行的校準推斷。例如，對未校準相機的校準可以是執行的 校準的簡單插值。在替代實施例中，校正因子通過搜索校準的預置的系統漂 移來確定。確定的校正因子將是經過校準設置最小化預置誤差的值。使用該 技術的精度移除了系統中的兩個主要不確定性，即編碼器校準變化和相機到 安裝托架中的機械耦合。
視頻監視系統的上述實施例提供了 一種經濟的和可靠的裝置，用于使得 操作者能夠將預置信息從一個相機傳送到替代相機，而沒有預置數據的精度的實質損失。
上面詳細描述了視頻監視系統和裝置的示例性實施例。圖示的視頻監視 系統組件不限于在此描述的特定實施例，而是，每個系統的組件可以獨立使 用和與在此描述的其它組件分開地使用。例如，上面描述的視頻監視系統組 件還可以結合不同的視頻監視系統組件使用。
在此描述的系統和方法的各種實施例的技術效果包括通過將預置信息
從一個相機傳送到另一個而沒有預置數據的精度的實質損失，以便利最少時 間的相機組件的替換，便利了視頻監視系統的操作。
盡管已經根據各種特定實施例描述了本發明，但是本領域技術人員將意 識到，本發明能夠用權利要求的精神和范圍內的修改來實踐。
權利要求
1. 一種視頻監視系統，包括 攝像機組件，包括底座第一搖動/傾斜機制，可移除地耦合到所述底座，所述第一搖動/傾 斜機制包括位置編碼器和攝像機，所述第一搖動/傾斜機制配置為將攝像 機圍繞搖動軸和傾斜軸的至少一個，旋轉到至少一個預置地址；以及 第二搖動/傾斜機制，配置來耦合到所述底座； 存儲器，配置為存儲搖動/傾斜機制位置校準信息；以及 控制器，通信地耦合到所述第一搖動/傾斜機制，所述控制器配置為 接收所述第一搖動/傾斜機制的位置校準信息； 將所述位置校準信息存儲到所迷存儲器； 當所述第一搖動/傾斜機制被移除并且用第二搖動/傾斜機制替 代時，從所述存儲器中檢索所述位置校準信息；以及下載檢索的位置校準信息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
2. 如權利要求l所述的組件，其中所迷存儲器位于所述底座中。
3. 如權利要求l所述的組件，其中所述控制器位于所述底座中。
4. 如權利要求l所述的組件，其中所述編碼器包括耦合到所述底座和所 述搖動/傾斜機制的搖動部分的至少一個的固定部分、以及耦合到所述搖動/ 傾斜機制的搖動部分和所述搖動/傾斜機制的傾斜部分的至少一個的可旋轉 部分。
5. 如權利要求l所述的組件，其中所述位置校準信息包括編碼器數據、 搖動/傾斜機制地址數據、以及各圖元幾何形狀的至少一個。
6. 如權利要求5所述的組件，其中所述編碼器數據包括相對搖動位置數 據和相對傾斜位置數據的至少 一個。
7. 如權利要求5所述的組件，其中所述地址數據包括所述搖動/傾斜機 制的搖動部分的角度位置、搖動/傾斜機制的傾斜部分的角度位置、以及變焦 設置。
8. 如權利要求5所述的組件，其中所述各圖元幾何形狀包括線、角、圓、 曲線和形狀的至少一個。
9. 如權利要求l所述的組件，其中所述控制器還配置為命令所述第二搖動/傾斜機制到包括在位置校準信息中的預定的預置地址；確定在預定的預置地址采集的圖像的圖元幾何形狀； 使用確定的圖元幾何形狀和包括在位置校準信息中的圖元幾何形狀確定 位置校準信息校正。
10. —種操作攝像機組件的方法，所述攝像機組件包括底座和可移除地 耦合到所述底座的多個可互換搖動/傾斜機制之一，所述方法包括存儲第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息；用第二搖動/傾斜機制替代第 一搖動/傾斜機制；以及下載存儲的位置校準信息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
11. 如權利要求IO所述的方法，其中存儲位置校準信息包括在位于底座 中的存儲器中存儲位置校準信息。
12. 如權利要求IO所述的方法，其中攝像機組件包括控制器，其通信地 耦合到耦合到所述底座的搖動/傾斜機制，并且其中存儲位置校準信息包括接收所述第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息；將所述第一搖動/傾斜機制的位置校準信息存儲到所述存儲器；當所述第 一搖動/傾斜機制被移除并且用第二搖動/傾斜機制替代時，從所述存儲器中檢索所述第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息；以及下載檢索的第一搖動/傾斜機制的位置校準信息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
13. 如權利要求IO所述的方法，其中存儲位置校準信息包括存儲包括 搖動/傾斜機制編碼器數據、搖動/傾斜機制地址數據、以及各圖元幾何形狀的 至少一個的位置校準信息。
14. 如權利要求13所述的方法，其中存儲位置校準信息包括存儲包括 相對搖動位置數據和相對傾斜位置數據的至少一個的編碼器數據。
15. 如權利要求13所述的方法，其中存儲位置校準信息包括存儲包括 所述搖動/傾斜機制的搖動部分的角度位置、搖動/傾斜機制的傾斜部分的角度 位置、以及變焦設置的地址數據。
16. 如權利要求13所述的方法，其中存儲位置校準信息包括存儲包括 線、角、圓、曲線和形狀的至少一個的各圖元幾何形狀。
17. 如權利要求IO所述的方法，還包括命令所述第二搖動/傾斜機制到包括在位置校準信息中的預定的預置地址；確定在預定的預置地址采集的圖像的圖元幾何形狀； 使用確定的圖元幾何形狀和包括在位置校準信息中的圖元幾何形狀確定 位置校準信息校正。
18. —種維持攝像機組件的方法，包括確定與所述組件相關聯的第 一搖動/傾斜機制的位置校準信息； 存儲所述位置校準信息；用第二搖動/傾斜機制替代第 一搖動/傾斜機制；以及命令所述第二搖動/傾斜機制到預定的預置地址；在預定的預置地址采集圖像；處理所述圖像以確定所述圖像的圖元幾何形狀；比較確定的圖元幾何形狀和存儲在位置校準信息中的圖元幾何形狀以確 定位置校準信息校正；以及將所述校正應用到與所述第二搖動/傾斜機制相關聯的位置校準信息。
19. 如權利要求18所述的方法，其中確定位置校準信息包括確定編碼 器數據、搖動/傾斜機制地址數據、以及各圖元幾何形狀的至少一個。
20. 如權利要求18所述的方法，其中存儲位置校準信息包括在第一搖 動/傾斜機制外存儲所述位置校準信息。
全文摘要
提供了用于視頻監視系統的方法和系統。該系統包括包括底座的攝像機組件、第一搖動/傾斜機制、以及第二搖動/傾斜機制。所述第一搖動/傾斜機制可移除地耦合到所述底座。所述第二搖動/傾斜機制配置為耦合到所述底座替代所述第一搖動/傾斜機制。該系統還包括存儲器，配置為存儲搖動/傾斜機制位置校準信息；以及控制器，通信地耦合到所述第一搖動/傾斜機制，配置為接收所述第一搖動/傾斜機制的位置校準信息；將所述位置校準信息存儲到所述存儲器；當所述第一搖動/傾斜機制被移除并且用第二搖動/傾斜機制替代時，從所述存儲器中檢索所述位置校準信息；以及下載檢索的位置校準信息用于由所述第二搖動/傾斜機制使用。
文檔編號G08B13/196GK101313342SQ200680043177
公開日2008年11月26日 申請日期2006年11月15日 優先權日2005年11月18日
發明者肯尼思·麥科馬克 申請人:通用電氣公司