专利名称：一种控制云台摄像机自动变倍的方法
一种控制云台摄像机自动变倍的方法技术领域
本发明属于视频监控领域，尤其涉及一种控制云台摄像机自动变倍的方法。
技术背景
目前，云台摄像机，是当今监控领域中，最为普遍使用的监控前端设备之一。云台 摄像机能够通过云台的转动，带动摄像机转动朝向不同的方向，并可以通过调整摄像机变 倍，观察不同距离范围内的目标或场景，从而能够监控非常大的范围。当云台摄像机拍摄动 态目标时，如果摄像机的焦距固定，那么随着与目标距离的远近，目标在屏幕上的大小也会 变化，要保持一定的观测精度，需要保持目标的成像大小在一个合适的尺寸范围内，目前的 云台摄像机支持手动变焦，通过人工调节变焦把目标的成像大小控制在合适的尺寸。
随着监控领域发展，具有智能行为的监控设备越来越受到用户的青睐，监控需求 不仅局限于清晰观察监控区域，还希望带有智能行为的监控设备能够帮助人完成一些行为 操作，例如当发现有目标闯进非法区域时，监控人员往往需要通过控制键盘等方式控制云 台摄像机转动及变倍以清晰记录目标在非法区域的行为。在跟踪拍摄高速移动目标时，目 标会连续的发生距离的快速变化，要保持目标清晰呈现在监控画面上不仅要保持云台摄像 机转动使目标始终呈现在监控视野中心范围内，而且需要云台摄像机变倍，让呈现在监控 画面上目标大小合适。在实际控制中，监控人员不但需要控制云台转动以保证目标在监控 视野中心范围内，而且需要控制云台摄像机变倍以保证目标清晰可见、易于操纵键盘跟踪 目标。同时进行这两项工作给监控人员带来很大的麻烦，并且控制云台摄像机变倍的量不 好掌握，过量的控制会导致目标太小不易看清或直接导致目标跑出监控视野，因而需要监 控人员不断熟悉，才能较好的控制。如果能在控制过程中云台摄像机自动变倍，使监控人员 精力更集中在控制云台摄像机转动上，就会很大程度上减轻监控人员的负担，使跟踪更加 容易、准确的进行。常见的变倍方式有以下两种，一是使用手动调节，二是检测目标大小，根 据图像上目标的大小来控制变焦，这两种方式都有效率低，精度不高的缺点，难以保证实时 自动变焦。另外，在控制云台自动跟踪目标的应用下，最常见的方式是通过云台摄像机输入 进来的图像进行运动目标检测和匹配得到目标的位置和大小信息，利用检测到的目标位置 信息控制云台转动保持目标始终在监控画面的中心范围内，利用检测到的目标大小信息控 制云台摄像机变倍以保证目标处于大小合适的状态。如果在无需检测目标大小状态下可以 让云台摄像机自动变倍就可以大大减轻目标跟踪算法的复杂度，使跟踪更加容易实现。发明内容
本发明提供一种控制云台摄像机自动变倍的方法，旨在在无需检测目标大小状态 下可以让云台摄像机自动变倍就可以大大减轻目标跟踪算法的复杂度，使跟踪更加容易实 现的问题。
本发明是这样实现的，一种控制云台摄像机自动变倍的方法，包括
建立包括云台吊装高度、云台摄像机信息的档案信息；
接收指令，开启所述云台摄像机自动变倍功能，实时获取所述云台的垂直旋转角 度；
依据所述云台当前的垂直旋转角度及档案信息，计算所述云台摄像机的焦距；
根据计算所得的所述云台摄像机的焦距将所述云台摄像机变倍到所述焦距下，或 者将所述云台摄像机变倍到与所述焦距最接近的整数倍下。
本发明提供的自动变倍的方法可以根据监控场景的实际需要自动设置变倍参数， 应用更加灵活，在控制云台自动跟踪目标的应用下，用此方法控制云台摄像机自动变倍，无 需通过检测目标的实际大小进行变倍控制，大大简化了目标跟踪算法的复杂度，使目标跟 踪更易于实现；可以自动调节云台摄像机变倍参数，大大的提高了监控人员的工作效率。
图1是本发明实施例提供的控制云台摄像机自动变倍的方法的流程图2是本发明实施例提供的控制云台摄像机自动变倍的方法的原理示意图3是本发明实施例提供的3维空间的场景物体与摄像机的空间关系示意图4是本发明实施例提供的3维空间的场景物体与摄像机在X轴方向成像的几何 关系示意图5是本发明实施例提供的3维空间的场景物体与摄像机在Y轴方向成像的几何 关系示意图6是本发明实施例提供的3维空间的场景物体与摄像机在Z轴方向成像的几何 关系示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的控制云台摄像机自动变倍的方法的流程图。详述 如下
一种控制云台摄像机自动变倍的方法，包括
在步骤SlOl中，建立包括云台吊装高度、云台摄像机信息的档案信息；
在步骤S102中，接收指令，开启所述云台摄像机自动变倍功能，实时获取所述云 台的垂直旋转角度；
在步骤S103中，依据所述云台当前的垂直旋转角度及档案信息，计算所述云台摄 像机的焦距；
在步骤S104中，根据计算所得的所述云台摄像机的焦距将所述云台摄像机变倍 到所述焦距下，或者将所述云台摄像机变倍到与所述焦距最接近的整数倍下。
作为本发明实施例的一优选方案，档案信息包括云台摄像机信息包括云台摄像机 的焦距变化范围及云台摄像机在整数变倍下的焦距值、用长、宽、高表示的待跟踪对象的大 小以及待跟踪对象在云台摄像机所摄取的图像上的理想成像大小。
作为本发明实施例的一优选方案，获取云台的垂直旋转角度的方法采用定时向云台控制系统查询，云台控制系统给予应答或云台控制系统自动反馈云台的垂直旋转角度的 方式。
作为本发明实施例的一优选方案，跟踪对象的大小用长方体表示即用长、宽和高来表不。
作为本发明实施例的一优选方案，根据云台当前垂直旋转角度调整所述云台摄像 机变倍所需的焦距通过摄像机成像的几何关系推导计算得来的。
以下结合具体实现方案对本发明作进一步的说明。
根据云台摄像机垂直旋转角度来调整云台摄像机变倍，主要目的是为了解决监控 人员控制云台摄像机跟踪某运动目标时，随着目标距离云台摄像机远近的不同必须调整云 台摄像机变倍，以保证目标在监控视野里呈现出大小合适的状态，以便于监控人员观察及 跟踪运动目标。云台伺服监控系统通过控制云台水平方向360度旋转、垂直方向90度旋转 和云台摄像机的变倍实现对监控场景的观察。在云台摄像机变倍保持不变的情况下，同一 运动目标距离摄像机越远，呈现在监控画面上的影像就越小，反之则呈现在监控画面上的 影像就越大。监控人员通过控制云台转动可以保持运动目标在监控画面上的中心范围内。 当运动目标因远离云台摄像机而呈现的影像变小时，监控人员在控制云台转动的同时还需 要控制云台摄像机变倍，使目标在监控画面上的影像变大以便于清晰观察运动目标；当运 动目标逐渐靠近云台摄像机时，在监控画面上呈现的影像就越来越大，这时运动目标非常 容易跑出监控画面或者观察到的运动目标不完整，这时就需要控制云台摄像机变倍，使目 标在监控画面上的影像变小以便于控制云台跟踪及观察运动目标。如图2所示，当监控人 员控制云台摄像机转动跟踪运动目标时，通过控制云台摄像机水平360度旋转可以观察距 离云台摄像机一定半径的圆周范围内的运动目标，通过控制云台摄像机垂直90度旋转可 以改变观察范围的远近。控制云台摄像机水平360度旋转时可以使以云台摄像机为中心的 一定半径的圆周上的景物呈现在监控画面上。控制云台摄像机垂直方向旋转时可以使距离 云台摄像机不同远近的景物呈现的监控画面上。通过图2所示，很显然，当目标远离云台摄 像机时，云台摄像机垂直方向的旋转角度越大，β大于α。因而当监控人员控制云台摄像 机转动保持目标在监控画面的中心范围内时，云台摄像机垂直方向的旋转角度代表了运动 目标距离云台摄像机的远近。通过这一特性，我们控制云台摄像机自动变倍，使监控人员在 控制云台摄像机跟踪运动目标时，只需控制云台摄像机转动，无需考虑变倍问题，极大地方 便了监控人员对运动目标的跟踪控制。
为较准确计算出控制云台摄像机变倍的参考值即摄像机的焦距，需要已知云台摄 像机的吊装高度、跟踪目标对象的尺寸、云台摄像机的类型和目标理想成像的尺寸，在一般 监控场景环境下即监控场地比较平坦，没有出现坡、坑、高岗等特殊场地的情况下，根据小 孔成像模型，可将云台摄像机的成像简化为摄像机投影模型，通过几何关系的推导可以得 到目标尺寸、目标成像尺寸，摄像机焦距和云台垂直旋转角度的关系。因而在目标尺寸和目 标成像尺寸事先预知的情况下，根据云台垂直旋转角度就可以得到云台摄像机的焦距，进 而选择适宜的摄像机变倍倍数，从而达到控制云台摄像机自动变倍的目的。
第一、首先需要对云台摄像机的垂直旋转角度进行查询，获取云台摄像机当前的 垂直旋转角度。观察某目标时，由监控人员控制云台摄像机转动保持运动目标中心在监控 画面的中心范围内。
第二、根据云台摄像机的垂直旋转角度调整云台摄像机变倍。
如图3所示，3维空间的场景物体与云台的摄像机的空间关系示意图。我们把3维 空间的物体用长方体表示，L、S、h代表了物体的长宽高。当监控人员控制云台摄像机跟踪 运动目标时，在理想情况下可以保持跟踪对象的中心在图像的中心。当跟踪目标对象的高 度大于长和宽时，例如跟踪人时，一般保持目标高度方向的中心即02在监控画面的中心， 反之当目标对象的高度小于长和宽时，例如跟踪汽车时，一般保持目标顶部的中心即01在 监控画面的中心。为达到观测目标的完整性，我们以跟踪目标对象的尺寸即长、宽和高的最 大值作为度量摄像机变倍的标准。摄像机拍摄到的场景图像是3维空间的场景在2维空间 的投影，假设摄像机光轴中心与图像中心的重合，通过2维空间的几何关系得到当跟踪目 标的长、宽、高分别为最大时，跟踪目标对象的长、宽、高在摄像机视场里成像的2维图像的 投影关系，如图4、图5、图6所示。
如图4所示，云台摄像机系统中高度为h，长度为L的目标且长度大于宽度和高度 的目标，当控制云台跟踪目标保持目标的长度的方向在屏幕的中心时，目标在X轴方向的 投影关系及在投影平面上的投影。云台吊装高度为h。，云台摄像机吊装的倾斜角度是γ， 云台摄像机的视场角是2 α，云台摄像机的光轴是AJ，即A为云台摄像机的光心，J为摄像 机光轴与路平面的交点。目标前端与摄像机光心的连线与路平面相较于点K，目标后端与摄 像机光心的连线与路平面相交于点F。假设目标在投影平面上X轴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
权利要求
1.一种控制云台摄像机自动变倍的方法，其特征在于，包括建立包括云台吊装高度、云台摄像机信息的档案信息；接收指令，开启所述云台摄像机自动变倍功能，实时获取所述云台的垂直旋转角度；依据所述云台当前的垂直旋转角度及档案信息，计算所述云台摄像机的焦距；根据计算所得的所述云台摄像机的焦距将所述云台摄像机变倍到所述焦距下，或者将 所述云台摄像机变倍到与所述焦距最接近的整数倍下。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述档案信息，包括云台摄像机信息包括 云台摄像机的焦距变化范围及云台摄像机在整数变倍下的焦距值、用长、宽、高表示的待跟 踪对象的大小以及待跟踪对象在云台摄像机所摄取的图像上的理想成像大小。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取云台的垂直旋转角度的方法采 用定时向云台控制系统查询，云台控制系统给予应答或云台控制系统自动反馈云台的垂直 旋转角度的方式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟踪对象的大小用长方体表示即用 长、宽和高来表示。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据云台当前垂直旋转角度调整所述云 台摄像机变倍所需的焦距通过摄像机成像的几何关系推导计算得来的。
全文摘要
本发明适用于安全监控领域，提供了一种控制云台摄像机自动变倍的方法，包括建立包括云台吊装高度、云台摄像机信息的档案信息；接收指令，开启所述云台摄像机自动变倍功能，实时获取所述云台的垂直旋转角度；依据所述云台当前的垂直旋转角度及档案信息，计算所述云台摄像机的焦距；根据计算所得的所述云台摄像机的焦距将所述云台摄像机变倍到所述焦距下，或者将所述云台摄像机变倍到与所述焦距最接近的整数倍下。本发明提供的自动变倍的方法可以根据监控场景的实际需要自动设置变倍参数，应用更加灵活，无需通过检测目标的实际大小进行变倍控制，简化了目标跟踪算法的复杂度，使目标跟踪更易于实现，提高了监控人员的工作效率。
文档编号H04N7/18GK102045548SQ20101060950
公开日2011年5月4日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者张羽 申请人:天津市亚安科技电子有限公司