專利名稱：一種控制云臺攝像機自動變倍的方法
一種控制云臺攝像機自動變倍的方法技術領域
本發明屬于視頻監控領域，尤其涉及一種控制云臺攝像機自動變倍的方法。
技術背景
目前，云臺攝像機，是當今監控領域中，最為普遍使用的監控前端設備之一。云臺 攝像機能夠通過云臺的轉動，帶動攝像機轉動朝向不同的方向，并可以通過調整攝像機變 倍，觀察不同距離范圍內的目標或場景，從而能夠監控非常大的范圍。當云臺攝像機拍攝動 態目標時，如果攝像機的焦距固定，那么隨著與目標距離的遠近，目標在屏幕上的大小也會 變化，要保持一定的觀測精度，需要保持目標的成像大小在一個合適的尺寸范圍內，目前的 云臺攝像機支持手動變焦，通過人工調節變焦把目標的成像大小控制在合適的尺寸。
隨著監控領域發展，具有智能行為的監控設備越來越受到用戶的青睞，監控需求 不僅局限于清晰觀察監控區域，還希望帶有智能行為的監控設備能夠幫助人完成一些行為 操作，例如當發現有目標闖進非法區域時，監控人員往往需要通過控制鍵盤等方式控制云 臺攝像機轉動及變倍以清晰記錄目標在非法區域的行為。在跟蹤拍攝高速移動目標時，目 標會連續的發生距離的快速變化，要保持目標清晰呈現在監控畫面上不僅要保持云臺攝像 機轉動使目標始終呈現在監控視野中心范圍內，而且需要云臺攝像機變倍，讓呈現在監控 畫面上目標大小合適。在實際控制中，監控人員不但需要控制云臺轉動以保證目標在監控 視野中心范圍內，而且需要控制云臺攝像機變倍以保證目標清晰可見、易于操縱鍵盤跟蹤 目標。同時進行這兩項工作給監控人員帶來很大的麻煩，并且控制云臺攝像機變倍的量不 好掌握，過量的控制會導致目標太小不易看清或直接導致目標跑出監控視野，因而需要監 控人員不斷熟悉，才能較好的控制。如果能在控制過程中云臺攝像機自動變倍，使監控人員 精力更集中在控制云臺攝像機轉動上，就會很大程度上減輕監控人員的負擔，使跟蹤更加 容易、準確的進行。常見的變倍方式有以下兩種，一是使用手動調節，二是檢測目標大小，根 據圖像上目標的大小來控制變焦，這兩種方式都有效率低，精度不高的缺點，難以保證實時 自動變焦。另外，在控制云臺自動跟蹤目標的應用下，最常見的方式是通過云臺攝像機輸入 進來的圖像進行運動目標檢測和匹配得到目標的位置和大小信息，利用檢測到的目標位置 信息控制云臺轉動保持目標始終在監控畫面的中心范圍內，利用檢測到的目標大小信息控 制云臺攝像機變倍以保證目標處于大小合適的狀態。如果在無需檢測目標大小狀態下可以 讓云臺攝像機自動變倍就可以大大減輕目標跟蹤算法的復雜度，使跟蹤更加容易實現。發明內容
本發明提供一種控制云臺攝像機自動變倍的方法，旨在在無需檢測目標大小狀態 下可以讓云臺攝像機自動變倍就可以大大減輕目標跟蹤算法的復雜度，使跟蹤更加容易實 現的問題。
本發明是這樣實現的，一種控制云臺攝像機自動變倍的方法，包括
建立包括云臺吊裝高度、云臺攝像機信息的檔案信息；
接收指令，開啟所述云臺攝像機自動變倍功能，實時獲取所述云臺的垂直旋轉角 度；
依據所述云臺當前的垂直旋轉角度及檔案信息，計算所述云臺攝像機的焦距；
根據計算所得的所述云臺攝像機的焦距將所述云臺攝像機變倍到所述焦距下，或 者將所述云臺攝像機變倍到與所述焦距最接近的整數倍下。
本發明提供的自動變倍的方法可以根據監控場景的實際需要自動設置變倍參數， 應用更加靈活，在控制云臺自動跟蹤目標的應用下，用此方法控制云臺攝像機自動變倍，無 需通過檢測目標的實際大小進行變倍控制，大大簡化了目標跟蹤算法的復雜度，使目標跟 蹤更易于實現；可以自動調節云臺攝像機變倍參數，大大的提高了監控人員的工作效率。
圖1是本發明實施例提供的控制云臺攝像機自動變倍的方法的流程圖2是本發明實施例提供的控制云臺攝像機自動變倍的方法的原理示意圖3是本發明實施例提供的3維空間的場景物體與攝像機的空間關系示意圖4是本發明實施例提供的3維空間的場景物體與攝像機在X軸方向成像的幾何 關系示意圖5是本發明實施例提供的3維空間的場景物體與攝像機在Y軸方向成像的幾何 關系示意圖6是本發明實施例提供的3維空間的場景物體與攝像機在Z軸方向成像的幾何 關系示意圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發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明，并 不用于限定本發明。
圖1示出了本發明實施例提供的控制云臺攝像機自動變倍的方法的流程圖。詳述 如下
一種控制云臺攝像機自動變倍的方法，包括
在步驟SlOl中，建立包括云臺吊裝高度、云臺攝像機信息的檔案信息；
在步驟S102中，接收指令，開啟所述云臺攝像機自動變倍功能，實時獲取所述云 臺的垂直旋轉角度；
在步驟S103中，依據所述云臺當前的垂直旋轉角度及檔案信息，計算所述云臺攝 像機的焦距；
在步驟S104中，根據計算所得的所述云臺攝像機的焦距將所述云臺攝像機變倍 到所述焦距下，或者將所述云臺攝像機變倍到與所述焦距最接近的整數倍下。
作為本發明實施例的一優選方案，檔案信息包括云臺攝像機信息包括云臺攝像機 的焦距變化范圍及云臺攝像機在整數變倍下的焦距值、用長、寬、高表示的待跟蹤對象的大 小以及待跟蹤對象在云臺攝像機所攝取的圖像上的理想成像大小。
作為本發明實施例的一優選方案，獲取云臺的垂直旋轉角度的方法采用定時向云臺控制系統查詢，云臺控制系統給予應答或云臺控制系統自動反饋云臺的垂直旋轉角度的 方式。
作為本發明實施例的一優選方案，跟蹤對象的大小用長方體表示即用長、寬和高來表不。
作為本發明實施例的一優選方案，根據云臺當前垂直旋轉角度調整所述云臺攝像 機變倍所需的焦距通過攝像機成像的幾何關系推導計算得來的。
以下結合具體實現方案對本發明作進一步的說明。
根據云臺攝像機垂直旋轉角度來調整云臺攝像機變倍，主要目的是為了解決監控 人員控制云臺攝像機跟蹤某運動目標時，隨著目標距離云臺攝像機遠近的不同必須調整云 臺攝像機變倍，以保證目標在監控視野里呈現出大小合適的狀態，以便于監控人員觀察及 跟蹤運動目標。云臺伺服監控系統通過控制云臺水平方向360度旋轉、垂直方向90度旋轉 和云臺攝像機的變倍實現對監控場景的觀察。在云臺攝像機變倍保持不變的情況下，同一 運動目標距離攝像機越遠，呈現在監控畫面上的影像就越小，反之則呈現在監控畫面上的 影像就越大。監控人員通過控制云臺轉動可以保持運動目標在監控畫面上的中心范圍內。 當運動目標因遠離云臺攝像機而呈現的影像變小時，監控人員在控制云臺轉動的同時還需 要控制云臺攝像機變倍，使目標在監控畫面上的影像變大以便于清晰觀察運動目標；當運 動目標逐漸靠近云臺攝像機時，在監控畫面上呈現的影像就越來越大，這時運動目標非常 容易跑出監控畫面或者觀察到的運動目標不完整，這時就需要控制云臺攝像機變倍，使目 標在監控畫面上的影像變小以便于控制云臺跟蹤及觀察運動目標。如圖2所示，當監控人 員控制云臺攝像機轉動跟蹤運動目標時，通過控制云臺攝像機水平360度旋轉可以觀察距 離云臺攝像機一定半徑的圓周范圍內的運動目標，通過控制云臺攝像機垂直90度旋轉可 以改變觀察范圍的遠近。控制云臺攝像機水平360度旋轉時可以使以云臺攝像機為中心的 一定半徑的圓周上的景物呈現在監控畫面上。控制云臺攝像機垂直方向旋轉時可以使距離 云臺攝像機不同遠近的景物呈現的監控畫面上。通過圖2所示，很顯然，當目標遠離云臺攝 像機時，云臺攝像機垂直方向的旋轉角度越大，β大于α。因而當監控人員控制云臺攝像 機轉動保持目標在監控畫面的中心范圍內時，云臺攝像機垂直方向的旋轉角度代表了運動 目標距離云臺攝像機的遠近。通過這一特性，我們控制云臺攝像機自動變倍，使監控人員在 控制云臺攝像機跟蹤運動目標時，只需控制云臺攝像機轉動，無需考慮變倍問題，極大地方 便了監控人員對運動目標的跟蹤控制。
為較準確計算出控制云臺攝像機變倍的參考值即攝像機的焦距，需要已知云臺攝 像機的吊裝高度、跟蹤目標對象的尺寸、云臺攝像機的類型和目標理想成像的尺寸，在一般 監控場景環境下即監控場地比較平坦，沒有出現坡、坑、高崗等特殊場地的情況下，根據小 孔成像模型，可將云臺攝像機的成像簡化為攝像機投影模型，通過幾何關系的推導可以得 到目標尺寸、目標成像尺寸，攝像機焦距和云臺垂直旋轉角度的關系。因而在目標尺寸和目 標成像尺寸事先預知的情況下，根據云臺垂直旋轉角度就可以得到云臺攝像機的焦距，進 而選擇適宜的攝像機變倍倍數，從而達到控制云臺攝像機自動變倍的目的。
第一、首先需要對云臺攝像機的垂直旋轉角度進行查詢，獲取云臺攝像機當前的 垂直旋轉角度。觀察某目標時，由監控人員控制云臺攝像機轉動保持運動目標中心在監控 畫面的中心范圍內。
第二、根據云臺攝像機的垂直旋轉角度調整云臺攝像機變倍。
如圖3所示，3維空間的場景物體與云臺的攝像機的空間關系示意圖。我們把3維 空間的物體用長方體表示，L、S、h代表了物體的長寬高。當監控人員控制云臺攝像機跟蹤 運動目標時，在理想情況下可以保持跟蹤對象的中心在圖像的中心。當跟蹤目標對象的高 度大于長和寬時，例如跟蹤人時，一般保持目標高度方向的中心即02在監控畫面的中心， 反之當目標對象的高度小于長和寬時，例如跟蹤汽車時，一般保持目標頂部的中心即01在 監控畫面的中心。為達到觀測目標的完整性，我們以跟蹤目標對象的尺寸即長、寬和高的最 大值作為度量攝像機變倍的標準。攝像機拍攝到的場景圖像是3維空間的場景在2維空間 的投影，假設攝像機光軸中心與圖像中心的重合，通過2維空間的幾何關系得到當跟蹤目 標的長、寬、高分別為最大時，跟蹤目標對象的長、寬、高在攝像機視場里成像的2維圖像的 投影關系，如圖4、圖5、圖6所示。
如圖4所示，云臺攝像機系統中高度為h，長度為L的目標且長度大于寬度和高度 的目標，當控制云臺跟蹤目標保持目標的長度的方向在屏幕的中心時，目標在X軸方向的 投影關系及在投影平面上的投影。云臺吊裝高度為h。，云臺攝像機吊裝的傾斜角度是γ， 云臺攝像機的視場角是2 α，云臺攝像機的光軸是AJ，即A為云臺攝像機的光心，J為攝像 機光軸與路平面的交點。目標前端與攝像機光心的連線與路平面相較于點K，目標后端與攝 像機光心的連線與路平面相交于點F。假設目標在投影平面上X軸方向成像的中心在投影 平面的中心O，那么
KI = h0Xtg(y + ^)(1-1)
FI = h0Xtg(y-^)(1-2)
KF = L
(1-3)
KF = KI-FI
(1-4)
oA = oh/tg^
(1-6)
由公式(1-1)(1-2) (1-3) (1-4)可得
L = h0xtg(y + ^)-h0xtg(y-^)
(1-7)
由公式(1-5)可的
權利要求
1.一種控制云臺攝像機自動變倍的方法，其特征在于，包括建立包括云臺吊裝高度、云臺攝像機信息的檔案信息；接收指令，開啟所述云臺攝像機自動變倍功能，實時獲取所述云臺的垂直旋轉角度；依據所述云臺當前的垂直旋轉角度及檔案信息，計算所述云臺攝像機的焦距；根據計算所得的所述云臺攝像機的焦距將所述云臺攝像機變倍到所述焦距下，或者將 所述云臺攝像機變倍到與所述焦距最接近的整數倍下。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述檔案信息，包括云臺攝像機信息包括 云臺攝像機的焦距變化范圍及云臺攝像機在整數變倍下的焦距值、用長、寬、高表示的待跟 蹤對象的大小以及待跟蹤對象在云臺攝像機所攝取的圖像上的理想成像大小。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取云臺的垂直旋轉角度的方法采 用定時向云臺控制系統查詢，云臺控制系統給予應答或云臺控制系統自動反饋云臺的垂直 旋轉角度的方式。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟蹤對象的大小用長方體表示即用 長、寬和高來表示。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，根據云臺當前垂直旋轉角度調整所述云 臺攝像機變倍所需的焦距通過攝像機成像的幾何關系推導計算得來的。
全文摘要
本發明適用于安全監控領域，提供了一種控制云臺攝像機自動變倍的方法，包括建立包括云臺吊裝高度、云臺攝像機信息的檔案信息；接收指令，開啟所述云臺攝像機自動變倍功能，實時獲取所述云臺的垂直旋轉角度；依據所述云臺當前的垂直旋轉角度及檔案信息，計算所述云臺攝像機的焦距；根據計算所得的所述云臺攝像機的焦距將所述云臺攝像機變倍到所述焦距下，或者將所述云臺攝像機變倍到與所述焦距最接近的整數倍下。本發明提供的自動變倍的方法可以根據監控場景的實際需要自動設置變倍參數，應用更加靈活，無需通過檢測目標的實際大小進行變倍控制，簡化了目標跟蹤算法的復雜度，使目標跟蹤更易于實現，提高了監控人員的工作效率。
文檔編號H04N7/18GK102045548SQ20101060950
公開日2011年5月4日 申請日期2010年12月28日 優先權日2010年12月28日
發明者張羽 申請人:天津市亞安科技電子有限公司