本申请实施例涉及视频监控领域，尤其涉及一种云台摄像机的调整方法和装置。
背景技术：
云台摄像机(pan/tilt/zoom，ptz)是安防系统中一种支持全方位(垂直、水平)转动及镜头变倍控制的摄像机。ptz摄像机主要有包括两种外观形态：第一种为球机，其主要组成部件包含一体化机芯、高速步进电机云台、嵌入式编码板等电子器件内置于球形护罩内。第二种为普通的摄像机外接云台，其主要组成部件为普通的摄像机通过485等总线接口外接云台。
ptz摄像机相比普通摄像机的主要优势在于其支持垂直方向上下转动、水平方向左右转动以及沿光轴方向的图像变倍放大缩小控制，从而可以使用户全方位地观察四周的物体，其视野不受相机安装位置、安装角度及镜头视角的限制，既可以观察全景图像，也可以对局部物体进行放大观察。
具体使用过程中，用户在使用云台摄像机的过程中，往往需要将其关注的目标区域置于视野的中心位置，然后进行放大。图1示例性示出了一种云台摄像机的摄制画面的示意图，图1a示例性示出了用户期望到达的云台摄像机的摄制画面的示意图。在图1中，云台摄像机的成像画面上显示整个摄制画面102，用户选定了右上角的目标区域101，如图1a所示，用户期望将图1中的目标区域101移动至成像画面的中心处并进行放大显示。
现有技术中将目标区域移动至成像画面的中心处的方案为手动定位。具体来说，是通过人工调整云台摄像机的水平、垂直的旋转角度，使得目标区域位于成像画面的中心。但这种方案比较费时，且需要反复肉眼判断是否物体处于成像画面的中心处，然后进行不断地手动调整，而且精度较低。另一方面，硬件旋转结构在旋转过程中存在误差，现有技术中将目标区域移动至成像画面的中心处时，受到硬件的旋转结构的误差影响较大。
技术实现要素：
本申请实施例提供一种云台摄像机的调整方法和装置，用以更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
第一方面，本申请实施例提供一种云台摄像机的调整方法，包括：获取位于云台摄像机第0个摄制画面中的目标区域。本申请实施例中第0个摄制画面具体是指云台摄像机所拍摄的原始画面，具体来说，是进行第1次调整过程之前云台摄像机所拍摄的画面；第i个摄制画面是指经过第i个调整过程后云台摄像机所输出的画面。之后确定出目标区域的目标区域中心点在第0个摄制画面中的坐标、目标区域中的至少两个特征点中的每个特征点在第0个摄制画面中的坐标，以及目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，之后通过n个调整过程调整云台摄像机的拍摄角度，其中，n为大于等于1的整数。
云台摄像机的第0个摄制画面即指云台摄像机的初始的摄制画面，用户在初始的摄制画面上确定出目标区域。调整装置可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的坐标值，比如通常来说，目标区域可为一个矩形，调整装置可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的四个顶点的坐标值。继而调整装置可根据几何知识确定出目标区域的中心点，目标区域中心点为目标区域的几何中心点。
进一步，针对n个调整过程中的第i个调整过程，执行以下操作，i为大于等于1且小于等于n的整数：根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点的坐标，第i次调整云台摄像机的拍摄角度；在经过第i个调整过程后云台摄像机输出的第i个摄制画面上，确定出至少两个特征点中的每个特征点在第i个摄制画面上的坐标；根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；其中，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同；若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则根据目标区域中心点在第i个摄制画面上的坐标，以及云台摄像机的成像画面中心点，第i+1次调整云台摄像机。若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则结束流程，不再对云台摄像机进行调整。
本申请实施例中确定出了目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同，因此可根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；进而可在第i次调整云台摄像机的拍摄角度之后判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离。也就是说，本申请实施例中提供了一种误差补偿机制，可以减小云台摄像机旋转过程中受到的硬件的旋转结构误差的影响，从而更加准确的使目标区域的中心点位于成像画面的中心点。
进一步，若判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则进行第i+1次调整。可见，本申请实施例中通过n个调整过程，减少了在调整过程中由于受到云台摄像机的硬件旋转结构所带来的误差，从而可以使经过那个调整过程后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离小于距离阈值，即更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
可选地，调整装置需要在第0个摄制画面中确定出目标区域内的至少两个特征点。可使用图形特征提取算法从目标区域中选取一些特殊的点，这些点在图像灰度信号的二维方向上都有明显的变化，称为角点。角点具有旋转不变的优点，因此比较适合用于图像匹配。业界的角点检测调整方法有很多，可选地，将使用harris算子从目标区域确定出的至少两个角点作为至少两个特征点。
harris算法认为，特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像素点。因此在计算完各点的兴趣值后，要提取原始图像中的所有局部兴趣值最大的点。实际操作中，可选取多个坐标差异较为明显的兴趣值较大点，这样便于以这些点为顶点，构成一个多边形的特征区域。
一种可选地用于确定位置关系的方案中，确定出目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作，其中，第一特征点和第二特征点为至少两个特征点中的两个特征点：确定出目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足在第0个摄制画面中坐标；在第0个摄制画面中确定出：垂足与第一特征点之间的第一距离、垂足与第二特征点之间的第二距离，以及垂足与目标区域中心点之间的第三距离；将确定出的在第0个摄制画面中的第一距离、第二距离和第三距离之间的比例关系作为位置关系。
基于上述方案，在确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标的过程中，可选地，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作：在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第一距离和第三距离之间的比例关系，以及第一特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。如此可通过几何关系确定出位置关系以及目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，为多次调整云台摄像机提供了具体的解决方案，且提高了云台摄像机调整过程的效率。
可选地，提供另一种可选地实施例，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第二距离和第三距离之间的比例关系，以及第二特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
在具体调整过程中，一种可选地方案中，根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点，第i次调整云台摄像机的拍摄角度，包括：根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标、云台摄像机的传感器靶面宽度、云台摄像机的传感器靶面高度、云台摄像机摄制第i-1个摄制画面时的镜头有效焦距、云台摄像机的成像画面的宽度和云台摄像机的成像画面的高度，确定出：第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机水平方向上的旋转角度和/或垂直方向上的旋转角度。本申请实施例在具体实施例部分提供了公式用于示例，在此不再赘述。本申请实施例中所描述的水平方向指的是云台旋转机构的水平旋转面，垂直方向指的是云台旋转机构的垂直旋转面。
可选地，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标之后，还包括：若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则：根据目标区域的大小和第i个摄制画面的大小，对云台摄像机的倍率进行放大，从而使目标区域扩大至整个成像画面。云台摄像机的倍率可包括光学方面镜头的倍率或者数字方面的倍率。
第二方面，本申请实施例提供一种云台摄像机调整装置，云台摄像机调整装置包括存储器、收发器和处理器，其中：存储器用于存储指令；处理器用于根据执行存储器存储的指令，并控制收发器进行信号接收和信号发送，当处理器执行存储器存储的指令时，云台摄像机调整装置用于执行上述第一方面或第一方面中任一种方法。
第三方面，本申请实施例提供一种云台摄像机调整装置，用于实现上述第一方面或第一方面中的任意一种方法，包括相应的功能模块，分别用于实现以上方法中的步骤。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。
第五方面，本申请实施例提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。
本申请实施例中确定出了目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同，因此可根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；进而可在第i次调整云台摄像机的拍摄角度之后判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离。
进一步，若判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则进行第i+1次调整。可见，本申请实施例中通过n个调整过程，从而可减小云台摄像机旋转过程中受到的硬件的旋转结构误差的影响，从而可以使经过那个调整过程后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离小于距离阈值，即更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍。
图1为一种云台摄像机的摄制画面的示意图；
图1a为用户期望到达的云台摄像机的摄制画面的示意图；
图2为一种云台摄像机的结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种云台摄像机的调整方法的方法流程示意图；
图3a为本申请实施例提供的另一种云台摄像机的调整方法的方法流程示意图；
图3b为本申请实施例中提供的第0个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图；
图3c为本申请实施例中提供的对图3b经过第i次调整过程之后的第i个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图；
图3d为本申请实施例中提供的另一种第0个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图；
图3e为本申请实施例中提供的对图3d经过第i次调整过程之后的第i个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图；
图3f为本申请实施例中提供的一种确定云台摄像机水平方向上的旋转角度的示意图；
图4为本申请实施例提供的一种云台摄像机的调整装置的结构示意图；
图5为本申请实施例提供的另一种云台摄像机的调整装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请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申请，并不用于限定本申请。
图2示例性示出了本申请实施例可以适用的一种云台摄像机的结构示意图，如图2所示，云台摄像机1101的主控板1103与网络通信接口1113连接，主控板1103中包括处理器1102。主控板1103通过控制线1107与编码处理器1106连通，镜头1104所拍摄的摄制画面，即视频信号1108可以通过传感器1105和编码处理器1106传输至主控板1103。主控板1103可连接机电板1109，机电版1109通过所连接的左右控制马达1112和上下控制马达1111进行上下左右的转动，从而实现对云台摄像机的调整。
图2仅仅示例性示出了一种可能的云台摄像机的结构形式，本申请实施例所提供的一种云台摄像机的调整装置可适用于其它多种结构形式的云台摄像机，本申请实施例所提供的云台摄像机的调整装置可设置于上述图2中的处理器1102中。
图3和图3a示例性示出了本申请实施例提供的一种云台摄像机的调整方法的方法流程示意图。如图3所示，该调整方法包括以下内容：
步骤201，调整装置获取位于云台摄像机第0个摄制画面中的目标区域；本申请实施例中第0个摄制画面具体是指云台摄像机所拍摄的原始画面，具体来说，是进行第1次调整过程之前云台摄像机所拍摄的画面；下述内容中的第i个摄制画面是指经过第i个调整过程后云台摄像机所输出的画面。
步骤202，调整装置确定出目标区域的目标区域中心点在第0个摄制画面中的坐标、目标区域中的至少两个特征点中的每个特征点在第0个摄制画面中的坐标，以及目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系；
步骤203，调整装置通过n个调整过程调整云台摄像机的拍摄角度，其中，n为大于等于1的整数；其中，针对n个调整过程中的第i个调整过程，i为大于等于1且小于等于n的整数，执行以下步骤205至步骤208的内容。
步骤205，调整装置根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点的坐标，第i次调整云台摄像机的拍摄角度；
步骤206，调整装置在经过第i个调整过程后云台摄像机输出的第i个摄制画面上，确定出至少两个特征点中的每个特征点在第i个摄制画面上的坐标；
步骤207，调整装置根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；其中，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同；
步骤208，调整装置若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则根据目标区域中心点在第i个摄制画面上的坐标，以及云台摄像机的成像画面中心点，第i+1次调整云台摄像机。本申请实施例中第i-1个摄制画面具体是指对云台摄像机所拍摄的第0个摄制画面进行了第i-1个调整过程的摄制画面；第i个摄制画面具体是指对云台摄像机所拍摄的第0个摄制画面进行了第i个调整过程的摄制画面；第i+1个摄制画面具体是指对云台摄像机所拍摄的第0个摄制画面进行了第i+1个调整过程的摄制画面。
本申请实施例中确定出了目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同，因此可根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；进而可在第i次调整云台摄像机的拍摄角度之后判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离。也就是说，本申请实施例中提供了一种误差补偿机制，可以减小云台摄像机旋转过程中受到的硬件的旋转结构误差的影响，从而更加准确的使目标区域的中心点位于成像画面的中心点。
进一步，若判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则进行第i+1次调整。可见，本申请实施例中通过n个调整过程，减少了在调整过程中由于受到云台摄像机的硬件旋转结构所带来的误差，从而可以使经过那个调整过程后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离小于距离阈值，即更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
上述步骤201中，云台摄像机的第0个摄制画面即指云台摄像机的初始的摄制画面，用户在初始的摄制画面上确定出目标区域。调整装置可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的坐标值，比如通常来说，目标区域可为一个矩形，调整装置可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的四个顶点的坐标值。继而调整装置可根据几何知识确定出目标区域的中心点，目标区域中心点为目标区域的几何中心点，比如目标区域为矩形，则目标区域中心点为该矩形的两条对角线的交点，如果该目标区域为圆形，则目标区域中心点为该圆形的圆心。
可选地，上述步骤202，调整装置需要在第0个摄制画面中确定出目标区域内的至少两个特征点。可使用图形特征提取算法从目标区域中选取一些特殊的点，这些点在图像灰度信号的二维方向上都有明显的变化，称为角点。角点具有旋转不变的优点，因此比较适合用于图像匹配。业界的角点检测调整方法有很多，可选地，将使用harris算子从目标区域确定出的至少两个角点作为至少两个特征点。
harris算子的表达式可如公式(1)所示：
i＝det(m)-ktr2(m)……公式(2)
在公式(1)和公式(2)中中gx为x方向的梯度，gy为y方向的梯度，g(s)为高斯板，det(m)为矩阵的行列式，tr为矩阵的直迹，k为默认常数，可选地，可取k为0.04；
对上述公式(1)公式(2)进行解释，如下：
针对目标区域的灰度图像的每个点，计算该点在横向和纵向的一阶导数，以及二者的乘积。这样可以得到三幅新的图像，三幅图像中的每个像素对应的属性值分别为gx，gy和gxgy。对这三幅图像进行高斯滤波，最后计算原图像上对应的每个点的兴趣值i。
harris算法认为，特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像素点。因此在计算完各点的兴趣值后，要提取原始图像中的所有局部兴趣值最大的点。实际操作中，可选取多个坐标差异较为明显的兴趣值较大点，这样便于以这些点为顶点，构成一个多边形的特征区域。
调整装置每次经过调整过程后，都需要在新的摄制画面上确定出至少两个特征点的中的每个特征点的坐标。可选地，可通过图像特征匹配算法来实现，图像特征匹配算法的目的在于找到两幅图像内特征点之间的对应关系。在本申请实施例中，第i次调整过程前的图像特征点组合记为i[n]，第i次调整过程后的图像特征点组合记为j[n],则图像匹配的过程可用以公式(3)表示：
j[n]＝f(i[n])……公式(3)
可见，本申请实施例中可通过图像匹配公式(3)和第i次调整过程前的图像特征点组合记为i[n]，求出第i次调整过程后的图像特征点组合记为j[n]。具体的图像匹配公式业界有很多，如基于模板的匹配法、基于奇异值分解的角点匹配法等。
上述步骤207中，调整装置根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，具体来说有多种实现方式，比如根据确定各个特征点和目标区域中心点之间的距离，之后在在经过第i个调整过程后的云台摄像机输出的第i个摄制画面上，根据各个特征点和目标区域中心点之间的距离以及各个特征点，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
本申请实施例中提供一种可选地方案，确定出目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作，其中，第一特征点和第二特征点为至少两个特征点中的两个特征点：确定出目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足在第0个摄制画面中坐标；在第0个摄制画面中确定出：垂足与第一特征点之间的第一距离、垂足与第二特征点之间的第二距离，以及垂足与目标区域中心点之间的第三距离；将确定出的在第0个摄制画面中的第一距离、第二距离和第三距离之间的比例关系作为位置关系。本申请实施例中目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足具体可为从目标区域中心点向第一特征点和第二特征点的连线上引垂线，垂线与第一特征点和第二特征点的连线的交点即为垂足。
相应地，可选地，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第一距离和第三距离之间的比例关系，以及第一特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
可选地，提供另一种可选地实施例，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，包括：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第二距离和第三距离之间的比例关系，以及第二特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
图3b示例性示出了本申请实施例中提供的第0个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图，图3c示例性示出对图3b了经过第i次调整过程之后的第i个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图。下面结合图3b和图3c进行介绍，在图3b中，第一特征点为点a，第二特征点为点b，目标区域中心点为点o，目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足为ob；在第0个摄制画面中确定出：垂足与第一特征点之间的第一距离、垂足与第二特征点之间的第二距离，以及垂足与目标区域中心点之间的第三距离；将确定出的在第0个摄制画面中的第一距离、第二距离和第三距离之间的比例关系作为位置关系。
在图3c示出的第i个摄制画面上中，第一特征点表示为点a’，第二特征点表示为点b’，目标区域中心点为点o’，目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足为ob’。在图3c中，先确定出第一特征点点a’和第二特征点点b’。之后根据第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足点o’，也就是说点o’与点a’之间的距离与点o’与点b’之间的距离的比值与第一距离和第二距离的比值相同。
进一步确定出目标区域中心点点o’，具体来说，可计算出第一距离和第三距离之间的比值，以及点o’与点a’之间的距离，确定出o’与点ob’之间的距离，进而确定出垂足点ob’的坐标。
另一种可选地方案为，可计算出第二距离和第三距离之间的比值，以及点o’与点b’之间的距离，确定出o’与点ob’之间的距离，进而确定出垂足点ob’的坐标。
本申请实施例中再提供一种方案，用于使调整装置根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。图3d示例性示出了本申请实施例中提供的第0个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图，图3e示例性示出了对图3d经过第i次调整过程之后的第i个摄制画面上特征点和目标区域中心点的位置关系示意图。下面结合图3d和图3e进行介绍，在图3d中，比如存在三个特征点，分别为点a、点b和点c，目标区域中心点为点o，目标区域中心点点o在点a和点b的连线上的垂足为ob；目标区域中心点点o在点a和点c的连线上的垂足为oc；
根据点ob在点a和点b的线段上与点a和点b的距离的比例关系，点oc在点a和点c的线段上与点a和点c的距离的比例关系，可求出在图3e中经过第i次调整过程之后的第i个摄制画面上点ob’和点oc’的位置，以点ob’为垂足作一条与a’b’垂直的垂线oc’o’，以点oc’为垂足作一条与a’c’垂直的垂线oc’o’，上述两条垂线的交点o’即为调整后画面中目标区域中心点。
上述步骤205中，根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点，第i次调整云台摄像机的拍摄角度，包括：
根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标、云台摄像机的传感器靶面宽度、云台摄像机的传感器靶面高度、云台摄像机摄制第i-1个摄制画面时的镜头有效焦距、云台摄像机的成像画面的宽度和云台摄像机的成像画面的高度，确定出：第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机水平方向上的旋转角度和/或垂直方向上的旋转角度。
本申请实施例中所描述的水平方向指的是云台旋转机构的水平旋转面，垂直方向指的是云台旋转机构的垂直旋转面。
图3f示例性示出了本申请实施例提供的一种确定云台摄像机水平方向上的旋转角度的示意图，下面结合图3f进行详细描述。
图3f中，线段fc为图像传感器(sensor)板，eg为云台摄像机的光轴，点e为聚光中心，g点为成像画面中心点。eg的长度即为镜头有效焦距。fc的长度即为传感器靶面宽度。点d为目标区域中心点，点d落在了fg一侧，点d在视线中心的右侧，若要使点d落在视线中心上，即将目标区域中心点移动至成像画面中心点，则需要水平向右旋转水平方向上的旋转角度。
从图3f中可得到以下公式(4)：
根据公式(4)进而推导出公式(5)
相应地，垂直方向上的旋转角度可由公式(6)得到：
在公式(4)、公式(5)和公式(6)中，结合图3f可得到公式(7)、公式(8)、公式(9)和公式(10)。
合并上述公式(4)至公式(10)可得公式(11)和公式(12)：
在公式(4)至公式(12)中，
δα为第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机水平方向上的旋转角度；
w传感器靶面宽度为传感器靶面宽度；
f镜头有效焦距为镜头有效焦距；
xd为目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的x轴的坐标；
δθ为第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机垂直方向上的旋转角度；
h传感器靶面高度为传感器靶面宽度；
f镜头有效焦距为镜头有效焦距；
yd为目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的y轴的坐标；
δl水平方向目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离为水平方向目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离；
δh垂直方向目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离为垂直方向目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离；
h成像画面的高度为成像画面的高度；
w成像画面的宽度为成像画面的宽度。
基于上述内容，本申请实施例可通过多次逼近计算误差补偿，减轻由于云台摄像机的硬件旋转时由于结构引起的误差而导致的旋转后目标区域中心点与成像画面中心点偏离的问题，从而更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。且本申请实施例中对工业控制计算机(industrialpersonalcomputer，ipc)内部机械总体建模，通过视角方式来计算旋转角度的调整方法，可以让球机尽快更精准的旋转到对应的大致位置，包括水平和垂直位置。
进一步，可选地，根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标之后，还包括：若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则：根据目标区域的大小和第i个摄制画面的大小，对云台摄像机的倍率进行放大，从而使目标区域扩大至整个成像画面。云台摄像机的倍率可包括光学方面镜头的倍率或者数字方面的倍率。
图4示例性示出了本申请实施例提供的一种云台摄像机的调整装置。
基于相同构思，本申请实施例提供一种云台摄像机的调整装置400，用于执行上述方法流程，该云台摄像机的调整装置400包括获取单元401、确定单元402和调整单元403。
获取单元401，用于获取位于云台摄像机第0个摄制画面中的目标区域；本申请实施例中第0个摄制画面具体是指云台摄像机所拍摄的原始画面，具体来说，是进行第1次调整过程之前云台摄像机所拍摄的画面；而第i个摄制画面是指经过第i个调整过程后云台摄像机所输出的画面。
确定单元402，用于确定出目标区域的目标区域中心点在第0个摄制画面中的坐标、目标区域中的至少两个特征点中的每个特征点在第0个摄制画面中的坐标，以及目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系。云台摄像机的第0个摄制画面即指云台摄像机的初始的摄制画面，用户在初始的摄制画面上确定出目标区域。调整装置400可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的坐标值，比如通常来说，目标区域可为一个矩形，调整装置400可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的四个顶点的坐标值。继而调整装置400可根据几何知识确定出目标区域的中心点，目标区域中心点为目标区域的几何中心点。
调整单元403，用于通过n个调整过程调整云台摄像机的拍摄角度，其中，n为大于等于1的整数；其中，针对n个调整过程中的第i个调整过程，i为大于等于1且小于等于n的整数，执行以下操作：
根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点的坐标，第i次调整云台摄像机的拍摄角度；在经过第i个调整过程后云台摄像机输出的第i个摄制画面上，确定出至少两个特征点中的每个特征点在第i个摄制画面上的坐标；根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；其中，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同；若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则根据目标区域中心点在第i个摄制画面上的坐标，以及云台摄像机的成像画面中心点，第i+1次调整云台摄像机。若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则结束流程，不再对云台摄像机进行调整。
本申请实施例中确定出了目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同，因此可根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；进而可在第i次调整云台摄像机的拍摄角度之后判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离。也就是说，本申请实施例中提供了一种误差补偿机制，可以减小云台摄像机旋转过程中受到的硬件的旋转结构误差的影响，从而更加准确的使目标区域的中心点位于成像画面的中心点。
进一步，若判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则进行第i+1次调整。可见，本申请实施例中通过n个调整过程，减少了在调整过程中由于受到云台摄像机的硬件旋转结构所带来的误差，从而可以使经过那个调整过程后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离小于距离阈值，即更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
可选地，调整装置400需要在第0个摄制画面中确定出目标区域内的至少两个特征点。可使用图形特征提取算法从目标区域中选取一些特殊的点，这些点在图像灰度信号的二维方向上都有明显的变化，称为角点。角点具有旋转不变的优点，因此比较适合用于图像匹配。业界的角点检测调整方法有很多，可选地，将使用harris算子从目标区域确定出的至少两个角点作为至少两个特征点。
harris算法认为，特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像素点。因此在计算完各点的兴趣值后，要提取原始图像中的所有局部兴趣值最大的点。实际操作中，可选取多个坐标差异较为明显的兴趣值较大点，这样便于以这些点为顶点，构成一个多边形的特征区域。
调整装置每次经过调整过程后，都需要在新的摄制画面上确定出至少两个特征点的中的每个特征点的坐标。可选地，可通过图像特征匹配算法来实现，图像特征匹配算法的目的在于找到两幅图像内特征点之间的对应关系。具体的图像匹配公式业界有很多，如基于模板的匹配法、基于奇异值分解的角点匹配法等。
一种可选地用于确定位置关系的方案中，确定单元402，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作，其中，第一特征点和第二特征点为至少两个特征点中的两个特征点：确定出目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足在第0个摄制画面中坐标；在第0个摄制画面中确定出：垂足与第一特征点之间的第一距离、垂足与第二特征点之间的第二距离，以及垂足与目标区域中心点之间的第三距离；将确定出的在第0个摄制画面中的第一距离、第二距离和第三距离之间的比例关系作为位置关系。
基于上述方案，在确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标的过程中，可选地，确定单元402，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作：在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第一距离和第三距离之间的比例关系，以及第一特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
可选地，提供另一种可选地实施例，可选地，确定单元402，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第二距离和第三距离之间的比例关系，以及第二特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
如此可通过几何关系确定出位置关系以及目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，为多次调整云台摄像机提供了具体的解决方案，且提高了云台摄像机调整过程的效率。
在具体调整过程中，一种可选地方案中，调整单元403，用于：根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标、云台摄像机的传感器靶面宽度、云台摄像机的传感器靶面高度、云台摄像机摄制第i-1个摄制画面时的镜头有效焦距、云台摄像机的成像画面的宽度和云台摄像机的成像画面的高度，确定出：第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机水平方向上的旋转角度和/或垂直方向上的旋转角度。本申请实施例提供了上述公式用于示例，在此不再赘述。
可选地，调整单元403，还用于：若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则：根据目标区域的大小和第i个摄制画面的大小，对云台摄像机的倍率进行放大，从而使目标区域扩大至整个成像画面。云台摄像机的倍率可包括光学方面镜头的倍率或者数字方面的倍率。
应理解，以上各个单元的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。本申请实施例中，用于收发信号的收发单元，比如用户接收云台摄像机所拍摄的视频信号，也可称为摄制画面，收发单元可以由收发机实现，云台摄像机中的获取单元、确定单元和调整单元均可以由处理器实现。如图5所示，云台摄像机的调整装置500可以包括处理器501、收发器502和存储器503。其中，存储器503可以用于存储处理器501执行方案时的代码，该代码可为云台摄像机的调整装置500出厂时预装的程序/代码。
图5示例性示出了本申请实施例提供的一种云台摄像机的调整装置的结构示意图。
基于相同构思，本申请提供一种云台摄像机的调整装置500，用于执行上述方法流程。图5为本申请提供的一种云台摄像机的调整装置的结构示意图。该云台摄像机的调整装置500包括处理器501、收发器502、存储器503和通信接口504；其中，处理器501、收发器502、存储器503和通信接口504通过总线505相互连接。本申请实施例中的处理器501可为图2中的处理器1102，收发器502和存储器503可安装于云台摄像机1101中主控板1103上，或者安装于云台摄像机1101中的其它部位，本申请实施例中的通信接口504可为图2中的网络通信接口1113。
总线505可以是外设部件互连标准(peripheralcomponentinterconnect，简称pci)总线或扩展工业标准结构(extendedindustrystandardarchitecture，简称eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图5中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器503可以包括易失性存储器(volatilememory)，例如随机存取存储器(random-accessmemory，简称ram)；存储器也可以包括非易失性存储器(non-volatilememory)，例如快闪存储器(flashmemory)，硬盘(harddiskdrive，简称hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，简称ssd)；存储器503还可以包括上述种类的存储器的组合。
通信接口504可以为有线通信接入口，无线通信接口或其组合，其中，有线通信接口例如可以为以太网接口。以太网接口可以是光接口，电接口或其组合。无线通信接口可以为wlan接口。
处理器501可以是中央处理器(centralprocessingunit，简称cpu)，网络处理器(networkprocessor，简称np)或者cpu和np的组合。处理器还可以进一步包括硬件芯片。上述硬件芯片可以是专用集成电路(application-specificintegratedcircuit，简称asic)，可编程逻辑器件(programmablelogicdevice，简称pld)或其组合。上述pld可以是复杂可编程逻辑器件(complexprogrammablelogicdevice，简称cpld)，现场可编程逻辑门阵列(field-programmablegatearray，简称fpga)，通用阵列逻辑(genericarraylogic,简称gal)或其任意组合。
可选地，存储器503还可以用于存储程序指令，处理器501调用该存储器503中存储的程序指令，可以执行图3和图3a所示实施例中的一个或多个步骤，或其中可选的实施方式，使得云台摄像机的调整装置500实现上述方法中云台摄像机的调整装置500的功能。
处理器501用于调用该存储器503中存储的程序指令，执行：
获取位于云台摄像机第0个摄制画面中的目标区域；本申请实施例中第0个摄制画面具体是指云台摄像机所拍摄的原始画面，具体来说，是进行第1次调整过程之前云台摄像机所拍摄的画面；而第i个摄制画面是指经过第i个调整过程后云台摄像机所输出的画面。
确定出目标区域的目标区域中心点在第0个摄制画面中的坐标、目标区域中的至少两个特征点中的每个特征点在第0个摄制画面中的坐标，以及目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系。通过n个调整过程调整云台摄像机的拍摄角度，其中，n为大于等于1的整数。
云台摄像机的第0个摄制画面即指云台摄像机的初始的摄制画面，用户在初始的摄制画面上确定出目标区域。调整装置500可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的坐标值，比如通常来说，目标区域可为一个矩形，调整装置500可以在第0个摄制画面上确定出目标区域的四个顶点的坐标值。继而调整装置500可根据几何知识确定出目标区域的中心点，目标区域中心点为目标区域的几何中心点。
进一步，针对n个调整过程中的第i个调整过程，i为大于等于1且小于等于n的整数，执行以下操作：根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标和云台摄像机的成像画面中心点的坐标，第i次调整云台摄像机的拍摄角度；在经过第i个调整过程后云台摄像机输出的第i个摄制画面上，确定出至少两个特征点中的每个特征点在第i个摄制画面上的坐标；根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；其中，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同；若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则根据目标区域中心点在第i个摄制画面上的坐标，以及云台摄像机的成像画面中心点，第i+1次调整云台摄像机。若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则结束流程，不再对云台摄像机进行调整。
本申请实施例中确定出了目标区域中心点和至少两个特征点在第0个摄制画面中的位置关系，目标区域中心点和至少两个特征点在第i个摄制画面中的位置关系与在第0个摄制画面中的位置关系相同，因此可根据每个特征点在第i个摄制画面上的坐标，以及位置关系，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标；进而可在第i次调整云台摄像机的拍摄角度之后判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离。也就是说，本申请实施例中提供了一种误差补偿机制，可以减小云台摄像机旋转过程中受到的硬件的旋转结构误差的影响，从而更加准确的使目标区域的中心点位于成像画面的中心点。
进一步，若判断第i次调整后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离大于距离阈值，则进行第i+1次调整。可见，本申请实施例中通过n个调整过程，减少了在调整过程中由于受到云台摄像机的硬件旋转结构所带来的误差，从而可以使经过那个调整过程后目标区域中心点与成像画面中心点之间的距离小于距离阈值，即更加准确的使目标区域移动至云台摄像机的成像画面中心。
可选地，调整装置500需要在第0个摄制画面中确定出目标区域内的至少两个特征点。可使用图形特征提取算法从目标区域中选取一些特殊的点，这些点在图像灰度信号的二维方向上都有明显的变化，称为角点。角点具有旋转不变的优点，因此比较适合用于图像匹配。业界的角点检测调整方法有很多，可选地，将使用harris算子从目标区域确定出的至少两个角点作为至少两个特征点。
harris算法认为，特征点是局部范围内的极大兴趣值对应的像素点。因此在计算完各点的兴趣值后，要提取原始图像中的所有局部兴趣值最大的点。实际操作中，可选取多个坐标差异较为明显的兴趣值较大点，这样便于以这些点为顶点，构成一个多边形的特征区域。
调整装置每次经过调整过程后，都需要在新的摄制画面上确定出至少两个特征点的中的每个特征点的坐标。可选地，可通过图像特征匹配算法来实现，图像特征匹配算法的目的在于找到两幅图像内特征点之间的对应关系。具体的图像匹配公式业界有很多，如基于模板的匹配法、基于奇异值分解的角点匹配法等。
一种可选地用于确定位置关系的方案中，处理器501，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作，其中，第一特征点和第二特征点为至少两个特征点中的两个特征点：确定出目标区域中心点在第一特征点和第二特征点的连线上的垂足在第0个摄制画面中坐标；在第0个摄制画面中确定出：垂足与第一特征点之间的第一距离、垂足与第二特征点之间的第二距离，以及垂足与目标区域中心点之间的第三距离；将确定出的在第0个摄制画面中的第一距离、第二距离和第三距离之间的比例关系作为位置关系。
基于上述方案，在确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标的过程中，可选地，处理器501，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，执行以下操作：在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第一距离和第三距离之间的比例关系，以及第一特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。如此可通过几何关系确定出位置关系以及目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标，为多次调整云台摄像机提供了具体的解决方案，且提高了云台摄像机调整过程的效率。
可选地，提供另一种可选地实施例，可选地，处理器501，用于：针对至少两个特征点中的第一特征点和第二特征点，在第i个摄制画面上，根据第一特征点和第二特征点，以及第一距离和第二距离之间的比例关系，确定出垂足在第i个摄制画面中的坐标；根据垂足在第i个摄制画面中的坐标，以及第二距离和第三距离之间的比例关系，以及第二特征点在第i个摄制画面的坐标，确定出目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标。
在具体调整过程中，一种可选地方案中，处理器501，用于：根据目标区域中心点在第i-1个摄制画面上的坐标、云台摄像机的传感器靶面宽度、云台摄像机的传感器靶面高度、云台摄像机摄制第i-1个摄制画面时的镜头有效焦距、云台摄像机的成像画面的宽度和云台摄像机的成像画面的高度，确定出：第i次调整云台摄像机的过程中：云台摄像机水平方向上的旋转角度和/或垂直方向上的旋转角度。本申请实施例提供了上述公式用于示例，在此不再赘述。
可选地，处理器501，还用于：若确定目标区域中心点在第i个摄制画面的坐标与云台摄像机的成像画面中心点之间的距离不大于距离阈值，则：根据目标区域的大小和第i个摄制画面的大小，对云台摄像机的倍率进行放大，从而使目标区域扩大至整个成像画面。云台摄像机的倍率可包括光学方面镜头的倍率或者数字方面的倍率。
本领域内的技术人员应明白，本申请实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请实施例可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请实施例可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请实施例是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
显然，本领域的技术人员可以对本申请实施例进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请实施例的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。