专利名称：全景监控云台摄像机和环形及半球形全景监控的控制方法
技术领域：
本发明属于监控技术领域，尤其是一种全景监控云台摄像机和环形及半球形全景 监控的控制方法。
背景技术：
摄像机是使用非常广泛的监控前端设备之一，使用时将其安装在某一位置后即可 以实现定点的监控。但在同一时刻，摄像机监控的范围是有限的，这是由于摄像机自身的视 场角限制导致的，通常一个普通的一体化摄像机，最大可视角度在60度左右，这样覆盖的 面积很小。当摄像机固定观察某一区域时，其它区域可能无法同时兼顾，这样就出现了盲 区。为了弥补这一问题，就需要在监控场所内加装更多的摄像机以保证需要监控的位置能 同时受到监控，但同时也增加了监控成本。另外，也可以采用广角甚至超大广角的鱼眼镜头 摄像机，该类摄像机的视场大，可以监控较大范围的场景。但随着监控范围的增大，无法保 证摄录图像细节的清晰度，一些小的东西无法看清。为了解决视场角与清晰度的矛盾问题，又有两种方案应运而生，即多镜头拼接方 案和云台摄像机配合广角镜头的方案。多摄像机拼接方案是采用多个定点摄像机，分别朝 向不同的方向，通过其拍摄方向的几何关系以及计算图像的边界连接情况，将多个摄像机 拍摄的图像拼接成一副完整的全景图像。这样拼接出的图像，比鱼眼镜头拍摄的清晰度要 高，但是多摄像机也导致了高监控成本。云台配合广角镜头的方案是采用传统的云台配合 一个广角镜头摄像机，该类型的云台摄像机中设置有一云台伺服模块和控制模块负责对云 台和摄像机的控制和驱动，摄像机能够随时转动去捕捉现场的细节，而广角镜头则拍摄全 景图像，可以覆盖整个监控区域，但该方案中也有监控成本较高的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供结构简单、成本低廉且能实现环形 全景采集和半球全景采集功能的一种全景监控云台摄像机。该全景监控云台摄像机的结构是一种全景监控云台摄像机，包括摄像机，云台伺服模块和现场控制模块，现场控制 模块分别与摄像机的控制端和云台伺服模块电连接，其特征在于还包括一全景采集单元， 该单元包括串行通讯模块、中央处理模块、A/D模块、D/A模块和存储模块，串行通讯模块分 别连接现场控制模块和中央处理模块，中央处理模块还连接A/D模块、D/A模块、局域网模 块和存储模块，A/D模块连接摄像机的输出端。本发明的另一个目的是提供一种通过上述全景监控云台摄像机实现环形全景监 控的控制方法。该控制方法包括的以下步骤(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模块驱动摄像机垂直转动到位；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像并通过D/A模块传送至监 控中心；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中 心完成环形全景图像的拼接；(5)摄像机水平旋转至起始位置后，继续水平勻速旋转并同时拍摄，拍摄好的新图 片继续通过A/D模块传递给中央处理模块，中央处理模块采用与步骤(4)中的方法A或方 法B相对应的处理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的环形全景图像的相应位 置的旧图片并将该拼接后的环形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片直接通过局域网模块传送至监控中心，然后由 监控中心完成上一次拼接成的环形全景图像相应位置旧图片的替换；(6)重复步骤(5)实现了环形全景监控。本发明的另一个目的是提供一种通过上述全景监控云台摄像机实现半球形全景 监控的控制方法。该控制方法包括的以下步骤(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模 块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中 心完成环形全景图像的拼接；(5)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一 个预定位置；(6)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(3) (5)，否则 重复步骤(3) (4)后完成半球形全景图像的构建；(7)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(8)重复步骤(7)实现了半球形全景监控。半球形全景图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；
(2)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与权利要求3中步骤(4)中的方法A或方法B相对应的处
理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应 位置的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控 中心完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一 个预定位置；(5)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(2) (4)，否则 重复步骤(2) (3)后实现半球形全景图像的更新。所述停止位置是当摄像机开始的垂直位置为水平位置时，停止位置为最低位置； 当摄像机开始的垂直位置为最低位置时，停止位置为水平位置。本发明的另一个目的是提供一种通过上述全景监控云台摄像机实现螺旋式半球 形全景监控的控制方法。该控制方法包括的以下步骤(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模 块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋 转的同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为半球形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中 心完成半球形全景图像的拼接；(5)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，完成半球形全景 图像的构建；(6)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(7)重复步骤(6)实现了螺旋式半球形全景监控。半球形全景图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(2)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋 转的同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与权利要求6中步骤(4)中的方法A或方法B相对应的处 理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应位置的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控 中心完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，实现螺旋式半球 形全景图像的更新。本发明的优点和积极效果是本发明可以按照传统云台摄像机的方式工作，也可以工作在全景采集工作模式 下。全景采集工作模式包括采集环形全景和半球全景两种，在拍摄过程中，可将不断更新的 完整全景图像提供给监控人员使用，解决了传统云台摄像机因视野有限导致的无法同时监 控所有地区以及使用广角摄像机造成的细节清晰度不高的问题，同时其成本低、易于维护、 便于安装使用。
图1是本发明中全景监控云台摄像机的电路方框图；图2是环形全景监控中摄像机垂直旋转至水平位置时的监控范围；图3是全景采集中的半球形全景监控的工作流程图；图4是半球形全景监控中图像更新的工作流程图；图5是全景采集中的螺旋式半球形全景监控的工作流程图；图6是螺旋式半球形全景监控中的半球形全景图像更新的工作流程图；图7是环形全景监控中摄像机垂直旋转至最低位置时的监控范围。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的， 不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。—种可实现全景监控的智能云台摄像机，如图1所示，包括摄像机，云台伺服模块 和现场控制模块，监控中心的上位机与现场控制模块双向通讯，现场控制模块再与摄像机 的控制端和云台伺服模块电连接。摄像机用于摄录图片或视频，现场控制模块用于接收监 控中心的控制指令，云台伺服模块接收来自现场控制模块的指令并驱动云台运动。云台伺 服模块和现场控制模块中的组成元件和各元件之间的连接均为现有技术，在此不做详细说 明，本发明的创新在于还包括一全景采集单元1(图1中虚线框内模块)，该单元包括串行 通讯模块、中央处理模块、A/D模块、D/A模块、局域网模块和存储模块，串行通讯模块分别 连接现场控制模块和中央处理模块，中央处理模块还连接A/D模块、D/A模块、局域网模块 和存储模块，A/D模块连接摄像机的输出端，D/A模块和局域网模块的输出端连接监控中心 的上位机。图1中的曲线表示图像的传输，直线表示控制信号的传输。全景采集单元中的各模块的主芯片及主要功能是串行通信模块中使用串行通信逻辑控制芯片和串行通信标准转换芯片，串行通信 逻辑控制芯片为TL16C752B，串行通信标准转换芯片为ISL3170。由于串行通信逻辑控制芯 片只支持RS232标准的串口通信，而现场控制模块(虚线框外)的串口通信采用的是RS485标准，因此需要增加串口通信标准转换芯片进行电信号变换。串行通信模块的作用是实现 中央处理模块和现场控制模块之间的通讯。中央处理模块中的主芯片为TMS320DM642，辅助以SDRAM存储器和FLASH存储器组 成的存储模块，以及外围必要的其它辅助芯片。其一方面作用是指挥全景采集单元中其它 模块的工作并进行数据交换，另一方面作用是可将摄像机输出的图片自动合成一全景图片 并发送到监控中心的上位机，或者直接通过局域网模块，将摄像机输出的图片输送至监控 中心的上位机，由该上位机实现图片的合成。A/D模块中的主芯片为TVP5147，接收摄像机传出的复合视频信号，进行模数转换 后，将数据通过数字视频数据传输接口，送入中央处理模块中的处理器中。D/A模块中的主芯片为SAA7121，将中央处理芯片输出的数字视频数据转换成模 拟的复合视频信号，两者通过数字视频数据传输接口连接。局域网模块的主芯片为LXT971A，与中央处理芯片进行网络数据传输，连接接口为 MII 接口。本发明可按照普通云台摄像机的方式进行工作，既按照监控中心的上位机的控 制，进行旋转、拍摄以获取现场视频供监控人员使用。也可以按照预设的程序进行全景监 控，全景监控分为两种，一种是环形全景监控，一种是半球形全景监控。环形全景监控的工作过程如图2所示，其最后拼接出的全景图像为一环形区域。 在旋转拍摄时，云台的垂直角度决定了云台在开始全景采集后，水平旋转过程中拍摄的具 体区域。垂直角度不同，所采集的360度全景范围就不同。如图7所示，摄像机拍摄方向与 水平方向的夹角为60度，结合摄像机的可视角度α可知，此时拍摄的全景图像是云台下方 的圆形区域；或者如图8所示，摄像机拍摄的方向保持水平，此时拍摄的全景图像则为水平 方向上的环形区域。因此，可以通过调节垂直方向角度，决定拍摄的全景图像范围，从而满 足不同监控场合的不同需求。该环形全景监控的控制方法是(1)初始化云台摄像机，包括设定摄像机的变倍和聚焦参数、调整曝光参数、调整 白平衡、记录摄像机初始水平位置以及其它参数的调整；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模 块驱动摄像机垂直转动到位；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法Α.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像并通过D/A模块传送至监 控中心；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中 心完成环形全景图像的拼接；(5)摄像机水平旋转至起始位置后，继续水平勻速旋转并同时拍摄，拍摄好的新图 片继续通过A/D模块传递给中央处理模块，中央处理模块采用与步骤(4)中的方法A或方 法B相对应的处理方法，即步骤(4)与步骤(5)中都选用A方法或者都选用B方法
A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的环形全景图像的相应位 置的旧图片并将该拼接后的环形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片直接通过局域网模块传送至监控中心，然后由 监控中心完成上一次拼接成的环形全景图像相应位置旧图片的替换；(6)重复步骤(5)实现了环形全景监控。半球形全景监控的工作过程如图3、4所示，其最后拼接出的全景图像是云台摄像 机能够监控到的整个半球的图像。拍摄整个半球的全景图像，采用的方法是云台摄像机通 过不断调节水平和垂直方向角度进行拍摄，最终完成全景图像的拍摄拼接。其拍摄过程与 环形全景监控类似，首先将云台摄像机垂直拍摄角度调整到0或90度角，然后开始水平连 续旋转拍摄，完成一次360度的拍摄过程，接下来调整垂直角度，再次完成水平360度连续 旋转拍摄，这样通过多次环形全景拍摄后，使得多次拍摄的环形全景图像能够覆盖整个半 球，最终将拍摄到的画面拼接成一幅半球形全景图像。该半球形全景监控的控制方法是(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模 块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中 心完成环形全景图像的拼接；(5)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一 个预定位置；(6)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(3) (5)，否则 重复步骤(3) (4)后完成半球形全景图像的构建；(7)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(8)重复步骤(7)实现了半球形全景监控；步骤(7)中的半球形全景图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(2)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍 摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与半球形全景图像构建过程中的步骤(4)中的方法A或方 法B相对应的处理方法，即本步与半球形全景图像构建过程中的步骤(4)中都选用A方法 或者都选用B方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应 位置的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；
或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控 中心完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一 个预定位置；(5)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(2) (4)，否则 重复步骤(2) (3)后实现半球形全景图像的更新；停止位置是当摄像机开始的垂直位置为水平位置时，停止位置为最低位置；当 摄像机开始的垂直位置为最低位置时，停止位置为水平位置。螺旋式半球全景监控的工作过程如图5、6所示，其最后拼接出的全景图像是云台 摄像机能够监控到的整个半球的图像。其拍摄过程则是控制云台摄像机垂直角度从0度或 90度角，开始连续水平旋转，同时不断调节垂直角度，使得云台摄像机螺旋式的连续旋转拍 摄，螺旋旋转轨迹应遍历监控半球区域内的所有位置，并将拍摄到的图像进行拼接，当摄像 机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，将图像拼接成半球全景图像。然后不 断重复全景采集过程，并用新采集到的图像更新全景中旧的部分。该半球形全景监控的控制方法是(1)初始化摄像机，包括设定摄像机的变倍和聚焦参数、调整曝光参数、调整白平 衡、记录摄像机初始水平位置以及其它参数的调整。(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模 块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋 转的同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为半球形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控 中心完成半球形全景图像的拼接；(5)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，完成半球形全景 图像的构建；(6)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(7)重复步骤(6)实现了螺旋式半球形全景监控；步骤(7)中的半球形全景图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(2)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋 转的同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与半球形全景图像构建过程中的步骤(4)中的方法A或方 法B相对应的处理方法，即本步与半球形全景图像构建过程中的步骤(4)中都选用A方法 或者都选用B方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应位置的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控 中心完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，实现螺旋式半球 形全景图像的更新。拍摄过程中，云台的旋转速度与监控场所对视频刷新率的需求，云台和摄像机的 参数有关。由于全景视频的刷新方式，是通过云台摄像机不断拍摄新的图像块，用于更新全 景图像中旧的部分从而实现全景刷新的。刷新是分块刷新的，由此，完整拍摄一次全景的时 间也就决定了整幅全景图像刷新一次的时间。摄像机拍摄每一帧的速度是固定的，必须满 足摄像机连续拍摄的各幅图像有足够的重叠部分，这样连续拍摄的图像才能完整覆盖整幅 全景图像。另外云台的旋转速度也是有限的，因此全景图像的刷新速度，是受到云台旋转速 度和摄像拍摄速度的限制的，在满足这两者限制的前提下，旋转速度可以根据监控需要进 行调整。连续拍摄的图像，需要最终进行拼接得到全景图像，并且实时的顺序进行图像块 更新，因此在拍摄过程中，摄像机必须满足一些特定要求。首先摄像机的聚焦参数必须固 定，也就是必须在拍摄过程中关闭自动聚焦，以避免过程中摄像机调整焦距导致图像聚焦 不一致无法拼接。聚焦参数一般聚焦在关心的范围内，这样保证关心的距离景深范围内的 物体都能看清。其次摄像机变倍必须固定，否则在转动过程中拍摄的图像也会因为变倍参 数不一致，无法进行图像拼接。变倍可以根据需要调整，一般调整至可视角度达到最大，以 实现最大范围内的全景监控。另外摄像机的自动曝光、自动白平衡、超宽动态等等的自动参 数也应关闭，避免因摄像机拍摄过程中自动调整，导致拍摄的图像参数不一致。具体的曝 光、白平衡等参数，应根据现场场景，人工事先设定好。对于摄像机的选择，可以使用普通摄像机，由于摄像机的拍摄的最大角度有限，可 能会导致拍摄出的全景图像范围也较小，全景图像刷新率较低，但获取的全景中物体清晰。 或者使用视场角较大的摄像机，全景图像刷新率会相对较高，获取一次全景图像速度较快， 但是同时，全景图像的清晰度会较低。在图像拼接时，这里给出一种拼接方法，其中用于拼接计算的算法是由Richard Szeliski提出的，采用Levenberg-Marquardt迭代非线性最小化方法(Richard Szeliski, Video mosaics for virtual environments. ComputerGraphics and Applications,IEEE, Mar 1996. Volume :16，Issue :2，pp. 22-30.)，以下简称L-M算法。在获取到摄像机拍摄的 一幅图像时，需要先进行摄像机标定，校正摄像机镜头对实际拍摄现场图像的畸变。然后根 据摄像机的聚焦距离，建立全景投影球面坐标系，根据云台垂直角度将当前图像投影到球 面坐标系相应的位置上。接下来采集下一幅图像，要保证摄像机拍摄的图像有足够的区域 重合，用于对齐和拼接。根据相邻两幅图像在球面坐标系中的水平坐标和垂直坐标信息，将 相邻的图像块水平和垂直平移至重合图像最佳重合位置，然后将两幅图像在球面坐标系上 的投影图像进行重叠剪裁及拉伸拟合，实现两个图像块的拼接。接下来接收下一幅图像，依 此类推，直到云台摄像机完成全景图像的旋转拍摄后，即能生成一幅完整的全景图像。后续 开始使用新拍摄的图像进行原有图像更新，方法相同，只是拼合是与全景图像对应位置的原图像进行拼合，拼合成功后使用新图像取代原有图像部分。应用实施例1某监控场所采用环形全景监控，摄像机采用Sony FCB-EX480CP，首先将摄像机变 倍调整至1倍，此时摄像机的水平视场角为46度，垂直视场角为34度。将云台垂直角度调 整至水平，摄像机的帧率为25帧/秒，也就是每秒拍摄25幅画面。为了拼接需要，两幅画 面水平各重叠有1/4，这样可计算得到，水平角速度为34度每秒。将摄像机的聚焦调整到最 关注的范围内，调整曝光参数使摄像机拍摄的图像能够适应大部分场景，将白平衡调整到 比较合适的位置。然后调整云台垂直角度到水平(垂直角度0度)，接下来开始控制云台进 行转动，水平以34度每秒进行连续旋转。同时摄像机会以25帧每秒的速度进行拍摄，获取 这些图像，并根据每幅图像之间的位置关系，使用Levenberg-Marquardt迭代非线性最小 化方法进行拼接，最终输出环形全景图像。然后进入图像的更新过程，通过不断地更新全景 图像实现了环形全景监控。应用实施例2某监控场所采用半球形全景监控，摄像机采用Sony FCB-EX480CP，首先将摄像机 变倍调整至1倍，此时摄像机的水平视场角为46度，垂直视场角为34度。将云台垂直角度 调整至水平，摄像机的帧率为25帧/秒，也就是每秒拍摄25幅画面。为了拼接需要，两幅 画面水平和垂直各重叠有1/4，这样可计算得到，水平角速度为34度每秒，每次进行环形全 景采集后，垂直角度应调整25度。将摄像机的聚焦调整到最关注的范围内，调整曝光参数 使摄像机拍摄的图像能够适应大部分场景，将白平衡调整到比较合适的位置，将云台调整 到水平角度(垂直角0度)，然后控制云台进行转动，水平以34度每秒进行连续旋转，旋转 一周以后，将垂直角度向下调整25度，然后再次进行水平连续旋转，以此类推完成半球全 景的采集。旋转过程中，摄像机会以25帧每秒的速度进行拍摄，获取这些图像，并根据每幅 图像之间的位置关系，使用Levenberg-Marquardt迭代非线性最小化方法进行拼接，最终 输出全景图像。然后进入图像的更新过程，通过不断地更新全景图像实现了半球形全景监 控。应用实施例3某监控场所采用螺旋式半球形全景监控，摄像机采用Sony FCB-EX480CP，首先将 摄像机变倍调整至1倍，此时摄像机的水平视场角为46度，垂直视场角为34度。将云台垂 直角度调整至水平，摄像机的帧率为25帧/秒，也就是每秒拍摄25幅画面。为了拼接需要， 两幅画面水平和垂直各重叠有1/4，这样可计算得到，水平角速度为34度每秒，垂直角速度 为25度每秒。将摄像机的聚焦调整到最关注的范围内，调整曝光参数使摄像机拍摄的图 像能够适应大部分场景，将白平衡调整到比较合适的位置，将云台调整到水平角度，然后控 制云台进行转动，水平以34度每秒进行连续旋转，垂直以25度每秒在水平(垂直角0度) 和垂直(垂直角90度)两个角度之间进行摆动。同时摄像机会以25帧每秒的速度进行拍 摄，获取这些图像，并根据每幅图像之间的位置关系，使用Levenberg-Marquardt迭代非线 性最小化方法进行拼接，最终输出全景图像。然后进入图像的更新过程，通过不断地更新全 景图像实现了螺旋式半球形全景监控。这种全景监控装置，能够执行传统云台摄像机的所有功能，同时也能实现全景摄 像机的功能，使得监控前端的应用变得更加灵活。而且其全景拍摄的区域可以随用户需要灵活进行调整，通过调整云台的垂直角度，在水平旋转拍摄时能够拍摄云台下方的半球区 域，也可以拍摄水平方向上的环形区域，其全景采集的灵活性大大增强，能够满足不同全景 监控的需求。相比多摄像机图像拼合等全景采集方式，本系统能够使用一台摄像机达到全 景图像的采集目的，在成本上大大降低，解决了传统云台摄像机视野小及广角摄像机拍摄 解析度低或成本过高的问题。
权利要求
一种全景监控云台摄像机，包括摄像机、云台伺服模块和现场控制模块，现场控制模块分别与摄像机的控制端和云台伺服模块电连接，其特征在于还包括一全景采集单元，该单元包括串行通讯模块、中央处理模块、A/D模块、D/A模块和存储模块，串行通讯模块分别连接现场控制模块和中央处理模块，中央处理模块还连接A/D模块、D/A模块、局域网模块和存储模块，A/D模块连接摄像机的输出端。
2.—种权利要求1所述的全景监控云台摄像机的环形全景监控的控制方法，其特征在 于包括以下步骤(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模块驱 动摄像机垂直转动到位；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍摄的 图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像并通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中心完 成环形全景图像的拼接；(5)摄像机水平旋转至起始位置后，继续水平勻速旋转并同时拍摄，拍摄好的新图片继 续通过A/D模块传递给中央处理模块，中央处理模块采用与步骤(4)中的方法A或方法B 相对应的处理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的环形全景图像的相应位置的 旧图片并将该拼接后的环形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片直接通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控 中心完成上一次拼接成的环形全景图像相应位置旧图片的替换；(6)重复步骤(5)实现了环形全景监控。
3.—种权利要求1所述的全景监控云台摄像机的半球形全景监控的控制方法，其特征 在于包括以下步骤，(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模块驱 动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍摄的 图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为环形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中心完 成环形全景图像的拼接；(5)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一个预 定位置；(6)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(3) (5)，否则重复 步骤(3) (4)后完成半球形全景图像的构建；(7)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(8)重复步骤(7)实现了半球形全景监控。
4.根据权利要求3所述的半球形全景监控的控制方法，其特征在于所述半球形全景 图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(2)云台伺服模块驱动摄像机水平勻速旋转，摄像机旋转的同时进行拍摄，并将拍摄的 图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与权利要求3中步骤(4)中的方法A或方法B相对应的处理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应位置 的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控中心 完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机水平旋转至起始位置时，云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转到下一个预 定位置；(5)如果摄像机在垂直方向没有旋转到停止位置时，则重复步骤(2) (4)，否则重复 步骤(2) (3)后实现半球形全景图像的更新。
5.根据权利要求3或4所述的半球形全景监控的控制方法，其特征在于所述停止位 置是当摄像机开始的垂直位置为水平位置时，停止位置为最低位置；当摄像机开始的垂 直位置为最低位置时，停止位置为水平位置。
6.一种权利要求1所述的全景监控云台摄像机的螺旋式半球形全景监控的控制方法， 其特征在于包括以下步骤(1)初始化摄像机，设置摄像机参数；(2)中央处理模块发送控制信号给现场控制模块，现场控制模块通过云台伺服模块驱 动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(3)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋转的 同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(4)中央处理模块采用下述处理方法A.中央处理模块将接收到的图片拼接为半球形全景图像；或B.中央处理模块通过局域网模块将接收到的图片传送至监控中心，然后由监控中心完 成半球形全景图像的拼接；(5)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，完成半球形全景图像 的构建；(6)完成半球形全景图像的构建后，进入半球形全景图像的更新过程；(7)重复步骤(6)实现了螺旋式半球形全景监控。
7.根据权利要求6所述的半球形全景监控的控制方法，其特征在于所述半球形全景 图像的更新过程包括以下步骤(1)云台伺服模块驱动摄像机垂直旋转至水平位置或最低位置；(2)云台伺服模块驱动摄像机同时进行水平勻速旋转和垂直勻速旋转，摄像机旋转的 同时进行拍摄，并将拍摄的图片通过A/D模块传递给中央处理模块；(3)中央处理模块采用与权利要求6中步骤(4)中的方法A或方法B相对应的处理方法A.中央处理模块将接收到的新图片替换上一次拼接成的半球形全景图像的相应位置 的旧图片并将该拼接后的半球形全景图像通过D/A模块传送至监控中心；或B.中央处理模块将接收到的新图片通过局域网模块传送至监控中心，然后由监控中心 完成上一次拼接成的半球形全景图像相应位置的旧图片的替换；(4)当摄像机的螺旋旋转的轨迹遍历半球区域内的所有位置后，实现螺旋式半球形全 景图像的更新。
全文摘要
本发明涉及一种全景监控云台摄像机，包括摄像机、云台伺服模块和现场控制模块，现场控制模块分别与摄像机的控制端和云台伺服模块电连接，还包括一全景采集单元，该单元包括串行通讯模块、中央处理模块、A/D模块、D/A模块和存储模块，串行通讯模块分别连接现场控制模块和中央处理模块，中央处理模块还连接A/D模块、D/A模块、局域网模块和存储模块，A/D模块连接摄像机的输出端。本发明可以按照传统云台摄像机的方式工作，也可以工作在全景采集工作模式下，解决了传统云台摄像机因视野有限导致的无法同时监控所有地区以及使用广角摄像机造成的细节清晰度不高的问题，同时其成本低、易于维护、便于安装使用。
文档编号H04N5/232GK101924921SQ20091024518
公开日2010年12月22日 申请日期2009年12月29日 优先权日2009年12月29日
发明者权立伟 申请人:天津市亚安科技电子有限公司