智能型监控摄像装置及采用该装置的影像监控系统的制作方法

专利名称：智能型监控摄像装置及采用该装置的影像监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种摄像装置，更详细地涉及能够用于闭路电视(CCTV， closed-circuit television)方式的监控系统的摄像装置。此外，本发明还涉及采用这种摄像装置的监控系统。
背景技术：
通常CCTV监控系统包括摄像头，其拍摄监控对象区域；远程监控单元，其将由上述摄像头拍摄的影像显示于显示器并存储于存储设备。由远程监控单元控制摄像头的操作，以适合例如NTSC、PAL或SECAM标准的复合视频信号方式通过同轴电缆将获得的影像传输至远程监控单元或以分量视频信号或压缩的视频信号方式传输。目前广泛使用各种类型的监控摄像头，但在提交本申请的时最广泛使用的摄像头之一是焦距被固定成一定的固定式摄像头。但固定式摄像头存在视角窄且可拍摄范围随着操作人员最初设定的监控方向局限于极其狭窄的区域的问题。另外，还广泛使用能够水平旋转(即摇摄)、垂直旋转(即倾斜)以及放大/缩小的PTZ(Pan-Tilt-hom，下面称为PTZ)摄像头。PTZ摄像头由于能够远程控制水平旋转与垂直旋转及放大/缩小，因此能够根据远程监控单元的指令，变更监控区域或仅跟踪特定对象进行集中监控。但是，由于PTZ摄像头其镜头的拍摄角度同样存在局限性，因此虽然摄像头当前所看到的方向在空间上有所变化，但存在不能拍摄的盲区。特别是在放大镜头且驱动摇摄及倾斜机构跟踪特定对象时，由于不能对除了被跟踪对象的周围的其他区域进行监控，因此盲区变得更大。作为扩大监控范围的方案，曾提出采用例如鱼眼镜头等广角镜头的全景摄像头 (也称为广角摄像头或全方位摄像头)的方案。例如，韩国专利第663483号(发明名称 利用全方位摄像头的无人监控方法及设备)与韩国公开专利2009-15311号(发明名称影像监控系统)。但是，通过鱼眼镜头拍摄的影像呈圆形，整体上扭曲严重，尤其很难识别影像边缘部位的事物。尤其是，由于扭曲(curvilinear)的影像属性，对动态对象的跟踪监控更是难上加难。因此，鱼眼镜头摄像头虽然有利于观察整体状况，但不适合于对动态对象的集中监控。因此，近年来呈现出广泛使用结合了广域监控摄像头与集中监控摄像头的监控系统的趋势。例如，韩国公开专利2005-0103597号(发明名称利用实时全景视频影像的监控系统及其系统的控制方法)中记载了一种系统，该系统从由多个的分量摄像头获得的全景影像中选择影像的特定部分，并进行控制使PTZ摄像头3拍摄选择的部分。根据这种系统，通过全景摄像头进行全方位监控，且一旦捕捉到动态就能够通过PTZ摄像头跟踪监控动态对象。在结合全景摄像头与PTZ摄像头的现有控制系统中，PTZ摄像头的控制完全通过由操作人员在远程监控单元上对输入设备的操作或通过计算机程序的执行来完成。PTZ摄像头的控制由操作人员手动完成时，存在必须不断投入充足的人力的缺点。相反，PTZ摄像头的控制由动态检测软件及/或硬件执行时，远程监控单元的数据处理量增加。特别是，越是具备多个摄像头的系统，其远程监控单元中的计算量越多。尤其是，在模拟方式的影像传输过程中，由于各摄像头获得的视频信号通过各自线路传输至远程监控单元，因此存在电缆敷设费用与维护管理费用随摄像头的台数增加而提高的问题。这种情况下，即便是在带宽足够大的条件下，为了通过比摄像头的台数少的线路传输来自各摄像头的视频信号，在线路集中的地点设置多路复用器且要在远程监控单元具备多路解复用器，由此系统复杂度增加。为了摆脱这种系统复杂度，虽然能够通过镜像混频器将来自各摄像头的视频信号以一个影像进行传输，但是由于将各摄像头的影像合成至一个画面，使得各摄像头的影像缩小而导致影像质量下降，当使用人员只选择必要的影像并放大成全屏等观看时，不能监控已选择影像之外的其他影像。而且网络方式的影像传输时，由于各影像转换为网络数据并传输至远程监控单元，因此随着摄像头数量的增加，通信带宽与处理这些影像的计算量负担也随之增加。另一方面，例如要将只具备PTZ摄像头的监控系统转换为如上的结合全景摄像头与PTZ摄像头的监控系统时，将无法顺利利用现有设备。即，系统转换前后摄像头的标准， 例如现有的系统结构是模拟方式而转换后变成网络方式，由于结构相异而相互运用的可能性低的情况下，不能利用PTZ摄像头，只能按照新附加的摄像头进行更换。尤其是，前面所提及的在PTZ摄像头控制或网络方式的影像传输上的计算负担甚至可能需要更换构成远程监控单元的控制设备，例如PC本身。

发明内容
技术课题本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于，提供一种监控摄像装置，其直接检测影像内的动态来能够自行控制集中监控摄像头的摇摄/倾斜/变焦，并能够将广域监控影像和集中监控影像一起传输至远程地的控制装置。而且，本发明的另一目的在于，提供一种远程监控系统，其由上述摄像装置构成， 系统结构简单。技术课题的解决手段用于达成上述技术课题的本发明的监控摄像装置，获得将要显示于远程控制装置的监控影像且在没有上述远程控制装置的帮助下控制集中监控摄像单元，上述监控摄像装置包括广角摄像部、控制及信号处理部、信号发送部。上述广角摄像部获得对于监控对象区域的广角影像。上述控制及信号处理部从广角影像检测出动态对象的位置，产生与动态对象的位置信息相应的控制信号来控制集中监控摄像单元，以便拍摄动态对象，并接收由上述集中监控摄像单元获得的集中监控影像。上述信号发送部将包括上述集中监控影像的上述监控影像发送至远程控制装置。优选实施例中的控制及信号处理部根据在广角影像被分割的多个影像扇区中与上述动态对象相关的任一个影像扇区的位置信息，输出上述控制信号。在一实施例中，上述控制及信号处理部根据动态对象的位置信息，将规定的预设代码作为上述控制信号输出至集中监控摄像单元，以使集中监控摄像单元根据上述预设代码调整拍摄方向。但是，在变形的实施例中，上述控制及信号处理部能够根据动态对象的位置信息，将对于集中监控摄像单元的摇摄及倾斜控制值作为上述控制信号向集中监控摄像单元输出。在优选实施例中，控制及信号处理部以多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像，在各影像扇区中，若像素值变化量计数值达到规定基准值以上，则确定为上述影像扇区与动态对象相关。此时，在相邻的两个以上的影像扇区中，当上述像素值变化量计数值达到上述基准值以上时，能够确定为具有最大像素值变化量计数值的影像扇区与上述动态对象相关。但是，在变形的实施例中，控制及信号处理部通过比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像来检测动态对象，判断动态对象的特定坐标值属于多个影像扇区中的哪一个影像扇区，进而能够确定上述相关的影像扇区。在另一变形实施例中，控制及信号处理部从广角影像检测动态对象，以极坐标方式确定动态对象的中心点在广角影像内的位置，并根据极坐标值输出控制信号。此时，通过确定动态对象的大小，能够使控制信号包含与上述大小相应的变焦倍率控制值。在优选实施例中，监控摄像装置还包括全景影像构成部，其从广角影像构成全景影像；影像合成部，其用于合成上述全景影像和上述集中监控影像。在这种情况下，上述信号发送部将上述所合成的影像作为上述监控影像向远程控制装置发送。在优选实施例中，上述影像合成部将上述全景影像和上述集中监控影像格式化为一个输出影像而通过信号发送部传输。但是，上述影像合成部也能简单地对上述全景影像和上述集中监控影像采用多路复用技术而通过信号发送部传输。优选地，上述信号发送部通过同轴电缆或例如LAN或互联网将输出影像传输至远程控制装置。优选地，监控摄像装置还具备用于存储上述广角影像、上述集中监控影像、上述全景影像或其组合的存储部。上述集中监控摄像单元可以是位于上述监控摄像装置外部的独立的设备。优选地，在这种情况下，上述监控摄像装置还具备影像输入端子，其用于从集中监控摄像单元接收集中监控影像；串行通信部，其用于将控制信号向集中监控摄像单元传输。上述串行通信部也能够使用于控制及信号处理部从远程控制装置接收装置控制信号。上述控制及信号处理部在从远程控制装置接收对于集中监控摄像单元的摇摄/ 倾斜控制信号时，优先于与动态对象的位置信息相应的上述控制信号而传输至集中监控摄像单元。优选地，当集中监控摄像单元是外部的独立的装置时，监控摄像装置还具备信号转换部，该信号转换部通过上述影像输入端子从集中监控摄像单元接收模拟集中监控影像且产生数字集中监控影像，由此，影像合成部能够合成数字全景影像和上述数字集中监控影像。在一个广域监控摄像装置也能连接多个集中监控摄像单元。优选地，在这种情况下，优选在控制及信号处理部向集中监控摄像单元传输的上述控制信号中包括接收单元识别信息。优选地，当集中监控摄像单元是外部的独立装置时，能够使广角摄像部的广角镜头的光轴与集中监控摄像单元的摇摄中心轴一致地设置摄像装置。
另一方面，上述集中监控摄像单元也可以是包括在上述监控摄像装置的内部元件。优选地，在这种情况下，设置多个广角摄像部使其在监控摄像装置的外周面上相互对称。优选地，控制及信号处理部分别检测由上述多个广角摄像部获得的多个广角影像的动态。而且，全景影像构成部从多个广角影像分别提取规定的区域，并合成所提取的区域而能够构成全景影像。另一方面，用于达成上述其他技术课题的本发明的远程监控系统具备至少一个从动摄像头、主摄像头及远程控制装置。上述从动摄像头用于选择性地集中拍摄监控对象区域，能够进行摇摄/倾斜/变焦驱动。上述主摄像头获得对于监控对象区域的广角影像，从广角影像检测动态对象的位置，根据上述动态对象的位置驱动从动摄像头而使其拍摄上述动态对象，从上述从动摄像头获得集中监控影像，基于上述广角影像和上述集中监控影像构成输出影像并传输至远程控制装置。上述远程控制装置将输出影像显示于显示器，并远程控制主摄像头。 在优选实施例中，上述主摄像头通过供给基于在广角影像被分割的多个影像扇区中与上述动态对象相关的任一个影像扇区的位置信息的控制信号来控制上述从动摄像头。优选地，上述主摄像头包括全景影像构成部，其从上述广角影像构成全景影像； 影像合成部，其用于合成上述全景影像和从上述集中监控摄像单元接收的上述集中监控影像；信号发送部，其将上述所合成的影像作为上述输出影像向上述远程控制装置发送。从更一般的层面来说，本发明提供一种获得监控影像的方法，该方法从监控摄像装置中获得监控影像，该监控摄像装置具备广角摄像部，并获得将要显示于远程控制装置上的监控影像，在没有上述远程控制装置的帮助下控制集中监控摄像单元。监控摄像装置首先通过上述广角摄像部获得对于监控对象区域的广角影像。并且，从广角影像检测动态对象的位置，并产生与动态对象的位置信息相应的控制信号。监控摄像装置将上述控制信号提供至上述集中监控摄像单元进行控制，使其拍摄上述动态对象，并接收由上述集中监控摄像单元获得的集中监控影像。并且，监控摄像装置将包括上述集中监控影像的上述监控影像发送至上述远程控制装置。在一实施例中，上述集中监控摄像单元是位于上述监控摄像装置外部的独立的设备。但是，在变形的实施例中，上述集中监控摄像单元包括在上述监控摄像装置的内部。在一实施例中检测动态的情况下，首先将广角影像分割为多个影像扇区。并且，以多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像。对在各影像扇区中像素值变化量大于第一基准值的像素值进行计数，将计数值达到第二基准值以上的影像扇区的位置信息确定为动态对象的位置信息。此时，相邻的两个以上的影像扇区中，当上述计数值达到上述第二基准值以上时，将具有最大像素值变化量计数值的影像扇区的位置信息确定为动态对象的位置信息。在另一实施例中检测出动态对象的情况下，以多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像来检测上述动态对象后，将动态对象的特定坐标值所属的影像扇区的位置信息确定为上述动态对象的位置信息。在另一实施例中检测动态的情况下，在广角影像内检测出上述动态对象后，以极坐标方式确定动态对象的中心点位置，根据极坐标值确定对于集中监控摄像单元的摇摄/ 倾斜控制值，并将其作为控制信号产生。此时，通过确定动态对象的大小，也能将与上述大小相应的变焦倍率控制值作为上述控制信号追加产生。发明效果如上所述，本发明从使用360°反光镜或鱼眼镜头来获得的广角影像中全方位地检测动态，基于动态检测，控制配置在任意位置上的PTZ摄像头来跟踪动态对象，将广角影像和PTZ摄像头的集中监控影像显示在显示器。由此，能够相互弥补作为PTZ摄像头缺点的产生盲区的问题和作为全方位摄像头的缺点的监控远程物体时画质降低的问题。特别是，根据本发明，由于PTZ摄像头的控制由广角摄像头来进行，因而，相比于使用多个摄像头时分析用影像数据集中在远程监控/控制设备的情况，具有大幅减轻数据处理负担的效果。由于能够由主摄像头直接控制从动摄像头的摇摄/倾斜/变焦的同时，以模拟或数字信号接收集中管理视频信号，并将合成了全景影像和集中管理影像的输出影像作为模拟或数字信号选择性地传输至远程监控/控制设备，因而在将要升级现有的模拟监控系统时，能够直接应用现有系统，并能使升级费用最小化。而且，由于主摄像头与监控中心另行存储从动摄像头的影像及自身的影像，因而， 即使监控中心发生异常，也也能够不中断监控而进行录像。由于远程监控/控制设备的任务分散至摄像装置，因而，远程监控/控制设备的数据处理负担显著减少，即使由少数的人力也能对远程监控/控制设备进行操作。而且，由于从动摄像头的视频信号也通过主摄像头传输至远程监控/控制设备，因而，具有不但使系统结构变得简单，还能节减电缆敷设费用和维护管理费用的效果。


下面，参照

本发明的优选实施例。为了说明的方便性，在图中对相同或对应的部材使用相同的附图标记。图中，图1是表示根据本发明的影像监控系统的一实施例的框图。图2是表示图1所示的主摄像头的一实施例的详细框图。图3是表示图1所示的从动摄像头的一实施例的详细框图。图4是表示将广角影像转换为矩形全景影像的方法的一例。图5是表示输出影像的构成例。图6是表示图1所示的主摄像头的操作过程的流程图。图7是表示为了动态检测及控制副电机将广角影像划分为多个扇区的状态的例图。图8是表示动态对象检测过程的一实施例的原理图。图9是表示动态对象检测过程的另一实施例的原理图。图10是表示动态对象检测过程的另一实施例的原理图。图11是用于说明在广角镜头具备垂直投影的折射特性时决定倾斜角度值的方法说明图。图12是用于说明在广角镜头具备等距投影的折射特性时决定倾斜角度值的方法说明图。图13是表示动态对象指示物附加在全景影像部分的、输出影像的一例。
图14是表示用于存储对各动态对象的移动历史信息的、跟踪表的一例。图15是用于说明在广角影像中检测到新的动态对象时控制从动摄像头的过程的图。图16是用于说明在广角影像中检测到附加的动态对象时控制从动摄像头的过程的图。图17是用于说明在多个动态对象位于同一影像扇区内时控制从动摄像头的过程的图。图18是用于说明在处于同一影像扇区内的动态对象重新分离时控制从动摄像头的过程的图。图19是表示在全景影像内存在多个动态对象时对动态对象附加其它类型的指示物的、输出影像的一例。图20是表示图2所示的主摄像头的变形实施例的框图。
图21是表示图2所示的主摄像头的另一变形实施例的框图。
图22是表示图2所示的主摄像头的另一变形实施例的框图。
图23至图30是表示主摄像头及从动摄像头的安装例。
图31是表示根据本发明的影像监控系统的另一实施例的框图。
图32是表示图31所示的摄像装置的一实施例的详细框图。
图33是表示由图32所示的全景影像构成部进行的全景影像的构成方法说明图。
图34是表示图32所示的摄像装置的一实施例的立体图。
图35是表示图31所示的摄像装置的另一实施例的详细框图。
图36是表示由图35所示的全景影像构成部进行的全景影像的构成方法说明图。
图37是表示图35所示的摄像装置的一实施例的侧视图。
图38是表示图35所示的摄像装置的另一实施例的底面立体图。
图39是表示图35所示的摄像装置的另一实施例的底面立体图。
具体实施例方式图1表示根据本发明的影像监控系统的一实施例。根据本发明的影像监控系统具备主摄像头10、从动摄像头20、远程监控/控制设备40。主摄像头10作为根据本发明的智能型监控摄像装置，全方位拍摄监控区域，从摄像的全方位影像中检测动态对象，控制从动摄像头20使其集中拍摄在检测动态对象时检测出动态对象的区域。而且，主摄像头10通过合成由从动摄像头20获得的集中监控影像和全方位影像而生成输出影像，将其作为模拟视频信号或数字视频信号提供至远程监控/ 控制设备40。从动摄像头20通过串行通信从主摄像头10接收控制信号，在主摄像头10的控制下获得集中监控影像并输出至主摄像头10。另一方面，在优选实施例中，由从动摄像头20 提供给主摄像头10的集中监控视频信号是符合NTSC标准的复合视频信号。但是，集中监控视频信号并不限定于此，它可以是符合PAL、SECAM或其它标准的信号，也可以是数字信号。另一方面，从动摄像头20优选为能够水平旋转、垂直旋转和放大/缩小的一个以上的 PTZ (Pan-Tilt-hom，下面称为PTZ)摄像头。但是，在变形实施例中，从动摄像头20可以是多个固定式摄像头的组合。在这种情况下，各固定式摄像头优选能够进行放大/缩小。远程监控/控制设备40设置在与主摄像头10隔离的远程地，其具备数据处理部 42、显示器44、输入部46。数据处理部42从主摄像头10接收输出影像并显示于显示器44。 而且，数据处理部42能够通过输入部46根据使用人员的输入控制主摄像头10，或经由主摄像头10控制从动摄像头20。数据处理部42能以一般的PC实现，为了处理显示影像，能够追加具备矩阵(Matrix)、屏幕分割器、影像分配放大器等。输入部46可以是键盘、鼠标、操纵杆输入设备中的任意一个或它们的结合。在图1中，为了图示的简洁明了而显示了在远程监控/控制设备40上连接有一台主摄像头10，在该主摄像头10上连接有一台从动摄像头20，但是影像监控系统可以包括更多的摄像头10、20。即，远程监控/控制设备40上可以连接有多个主摄像头10，各主摄像头10上可以连接有多个从动摄像头20。图2具体表示图1所示的主摄像头10的一实施例，图3具体表示图1所示的从动摄像头20的一实施例。参照图2，主摄像头10具备广角摄像部110和控制/信号处理线路120。而且，主摄像头10具备视频信号输入端子150，其从从动摄像头20接收视频信号；第一串联端口 152，其向从动摄像头20提供控制信号；第二串联端口 160，其从远程监控/控制设备40接收摄像头控制信号；视频信号输出端子162，其向远程监控/控制设备40提供视频信号。在广角摄像部110中，广角镜头112作为以180°鱼眼镜头、360°反光镜、或者由透镜或反射镜的组合构成的光学结构体，对监控对象区域内全方位(omnidirectionally) 射入的光进行集光而成像于影像传感器114。影像传感器114包括互补型金属氧化物半导体(CM0Q或光电耦合器(CCD)和模拟-数字转换器，将由广角镜头112集光的光进行转换成电信号并继续数字化，输出数字广角视频信号。由广角摄像部110获得的广角影像呈圆形或环形。在控制/信号处理线路120中，动态检测部122从广角摄像部110接收广角视频信号，以帧为单位比较广角影像并确定影像内是否存在动态对象。在这里，用于比较的帧既可以是连续的帧，也可以是按照多个帧为周期从时间上分离的帧。在后面讲述具体的动态检测算法。全景影像构成部IM将广角摄像部110的广角影像转换为矩形全景影像。图4是表示将广角影像转换为矩形全景影像的方法的一例。所图示的例中，全景影像构成部IM 将圆形或环形广角影像200划分为上侧与下侧2个区域，展开各区域并用插值来填补各区域中空着的像素来转换为矩形影像。此时，在圆形的广角影像中，信息量少的中心部分也可以不用于转换，使得能够减少由插值产生的运算负担。在下面的说明中，将广角影像200的下侧区域转换成矩形的影像212称为前方全景影像，将广角影像200的上侧区域转换成矩形的影像214称为后方全景影像。而且，将左右连接前方全景影像212与后方全景影像214的影像210称为全景影像。图中，点(Pl P4)表示广角影像200、前方全景影像212及后方全景影像212的对应点。前方全景影像 212及后方全景影像214的宽度能够与来自从动摄像头20的集中监控影像的宽度相同。但是，在变形的例中，全景影像210的宽度也能够与集中监控影像的宽度相同。再参照图2，第一信号转换部1 将通过输入端子150接收的集中监控视频信号转换为数字视频信号。即，第一信号转换部126将复合视频信号方式的集中监控视频信号转换为与广角视频信号相同的数字YCbCr或RGB分量视频信号。影像存储部1 具备如硬盘或半导体存储设备(SSD =Solid State Drive 固态硬盘)的存储介质，存储数字集中监控视频信号和广角视频信号。影像存储部128也能够存储压缩的视频信号来代替原始视频信号。在这种实施例中，存储部128附加具备用于压缩原始视频信号或解压视频信号的压缩/解压缩部，这种压缩/解压缩部能够由在用于实现控制部130的微处理器上执行的计算机程序来实现。控制部130在控制主摄像头10的整体动作的同时，还控制从动摄像头20的PTZ 操作。控制部130的基本的控制动作由计算机程序完成，也能够以从远程监控/控制设备 40接收的摄像头控制信号完成。特别是，控制部130能够根据摄像头控制信号控制影像合成部134来改变输出影像的结构。而且，控制部130根据摄像头控制信号的指令读取存储在影像存储部128的视频信号并提供至远程监控/控制设备40。另一方面，当摄像头控制信号中包括对从动摄像头20的控制信号时，将该控制信号中继传输至从动摄像头20。上述串行通信部132使控制部130能够通过第一串联端口 152与从动摄像头20 通信，通过第二串联端口 160与远程监控/控制设备40通信。即，控制部130能够通过串行通信部132将包括PTZ控制信号的控制信号发送至从动摄像头20，从从动摄像头20接收状态信息。而且，控制部130能够通过串行通信部132从远程监控/控制设备40接收摄像头控制信号，且将主摄像头10及/或从动摄像头20的状态信息发送至远程监控/控制设备40。串行通信部132与从动摄像头20或远程监控/控制设备40间的连接能够根据 RS232C、RS422 或 RS485 标准构成。影像合成部134在广角影像200、前方全景影像212、后方全景影像214、全景影像 210及集中监控影像中选择一个以上影像来构成输出影像。图5是表示输出影像的构成例。在基本的输出画面中，在画面下端设置全景影像 210，在画面上侧及中央区域设置由从动摄像头20获得的集中监控影像220 (图5的左上部分)。输出影像传输至远程监控/控制设备40并显示于显示器44的状态下，操作人员通过操作输入部46来变更输出影像的结构。例如，如果使用人员在输出影像中选择集中监控影像220部分，则远程监控/控制设备40发送要求变更输出影像结构的控制信号，通过串行通信部132接收控制信号的控制部130使影像合成部134在输出影像中只包含集中监控影像220(图5的右上部分)。同样地，若操作人员在输出影像中选择全景影像210部分，则影像合成部134只合成前方全景影像212及后方全景影像214来构成输出影像(图5的右下部分)。在这种状态下，若操作人员在输出影像中选择任意的点，则影像合成部134只将广角影像200设置在输出影像(图5的左下部分)。最后，操作人员按下特定按钮(例如， ESC键)返回基本的输出画面。另一方面，随着对动态对象的检测事件的发生，输出影像能够按特定顺序自动转换。再参照图2，第二信号转换部136生成由影像合成部134构成的输出影像的复合视频信号，通过视频信号输出端子162传输至远程监控/控制设备40。由此，在远程监控/ 控制设备40的显示器44上能够显示由影像合成部134构成的输出影像。在图2所示的主摄像头10中，除广角摄像部10之外的组件，可全部都由硬件构成，但其中一部分可由软件构成。而且，包括广角摄像部110在内的所有组件都能够收纳到一个壳(housing)内，但本发明并不限于此，这些组件能够分开设置在两个以上的壳内。在这种情况下，多个壳优选地近距离设置或设置于相同的地理位置侧，使得设置在多个壳内的组件能够在没有远距离通信标准或通信协议的情况下收发信号。参照图3，从动摄像头20具备聚焦透镜170及影像传感器172、信号转换部176、摇摄电机180、摇摄电机驱动器182、倾斜电机184、倾斜电机驱动器186，变焦电机188、变焦电机驱动器190，控制部192及串行通信部194。而且，从动摄像头20具备视频信号输出端子196，其用于将获得的集中监控影像发送至主摄像头10 ；串联端口 198，其用于从主摄像头10接收控制信号并发送摄像头的状态信息。聚焦透镜170集光从前方射入的光。影像传感器172包括CMOS或CXD与模拟-数字转换器，由聚焦透镜170集光的光转换成电信号并进行数字化而输出数字集中监控视频信号。信号转换部176从数字集中监控视频信号生成对集中监控影像的复合视频信号，并通过视频信号的输出端子196输出。摇摄电机驱动器182在控制部192的控制下驱动摇摄电机180，水平旋转包括聚焦透镜170及影像传感器172在内的摄像头结构体。倾斜电机驱动器186在控制部192的控制下驱动倾斜电机驱动器186，使包括聚焦透镜170及影像传感器172在内的摄像头结构体上下方向旋转。变焦电机驱动器190在控制部192的控制部的控制下驱动变焦电机188，使得能够改变聚焦透镜170的焦距，实现放大/缩小功能。另一方面，控制部192按照通过串行通信部194从主摄像头10接收的控制信号， 驱动摇摄电机驱动器182、倾斜电机驱动器186、变焦电机驱动器190。在来自主摄像头10 的控制信号是基于动态对象检测而生成时，从动摄像头20能够获得对动态对象的跟踪监控影像。另一方面，控制信号是由主摄像头10中继传输时，控制部192根据来自远程监控 /控制设备40的摄像头控制信号驱动电机182、186、190，拍摄操作人员关注的区域。各电机182、186、190优选由步进电机实现。另一方面，控制部192优选周期性或非周期性地将各电机182、182、190复位至初始位置，以便能够正确登记各电机182、182、190的方向。主摄像头10提供给从动摄像头20的摇摄/倾斜控制信号可以为表示具体的摇摄及倾斜角度的值。但是，在变形的实施例中，PTZ控制信号可能以预设代码(Preset Code) 方式提供。在这种实施例中，由于从动摄像头20的非易失性存储器(未图示)中存储有表示各预设代码与摇摄及倾斜控制值的对应关系的预设代码查找表(LUT)，因此控制部192 优选参照LUT驱动摇摄电机驱动器182与倾斜电机驱动器186。后面再对预设代码LUT的结构及应用进行说明。图6表示图1所示的主摄像头10的操作过程。首先，主摄像头10通过摄像部110获得广角影像(第300步骤)。动态检测部122 以帧为单位比较广角影像，判断是否存在动态对象，并检测动态对象的存在区域(第302步骤)ο在第302步骤中，当判断为存在动态对象时，根据检测到的动态对象存在区域，控制从动摄像头20的摇摄及倾斜，使得从动摄像头20能够跟踪动态对象(第304步骤)。在第306步骤中，主摄像头10通过视频信号输入端子150从从动摄像头20接收集中监控视频信号，第一信号转换部126从接收信号中还原数字集中监控视频信号。反复执行第300步骤至第306步骤，由此形成对动态对象的持续跟踪。此时，动态检测部122使用数字集中监控视频信号，重新计算动态对象的准确位置，能够以重新计算的结果为基础精密控制从动摄像头20 (第308步骤)。另一方面，影像合成部134合成全景影像210和集中监控视频信号来构成输出影像(第310步骤)，第二信号转换部136对输出影像生成复合视频信号，传输至远程监控/ 控制设备40 (第312步骤)。在远程监控/控制设备40中，在操作人员通过操作输入部46 输入控制命令的情况下，如上所述，由影像合成部134选择的影像将发生变化。参照图7至图19，更具体地说明图6的动态检测过程(第302步骤)及从动摄像头20控制过程(第304步骤)。在优选实施例中，动态检测部122将广角影像200虚拟划分为多个扇区至块 (Block)，以各扇区为单位计算像素值变化量，判断动态对象的存在与否。图7例示了将广角影像200划分为多个扇区的状态。在图示的实施例中，广角影像200划分为相同大小的矩形扇区202。但是，在变形的实施例中，各扇区的大小及/或形状可根据在影像内的位置分等级来划分。例如，划分扇区使距离中心点远的扇区的大小小于距离广角影像200的中心点近的扇区的大小。而且，也能够划分扇区使各扇区呈圆弧形状。图8是表示动态对象检测过程的一实施例的原理图。根据本实施例，主摄像头10的非易失性存储器(未图示)中存储有对于各扇区预先赋予的扇区代码、和表示从动摄像头20的摇摄及倾斜控制值的对应关系的控制值查找表(LUT)。控制值查找表(LUT) 320存储各影像扇区的扇区代码与摇摄及倾斜控制值。另一方面，考虑到多台从动摄像头20与主摄像头10联动的情况，能够附加存储负责执行对相当于有关影像扇区的监控对象区域的集中监控的、从动摄像头ID。另一方面，在操作过程中主摄像头10的例如SRAM或DRAM等易失性存储器中存储、保持动态对象表322，该动态对象表 322用于存储对于各影像扇区由动态检测部122计算的动态计数值。。若由摄像部110获得广角影像200，则动态检测部122以帧为单位比较广角影像 200。在这里，用于比较的帧既可以是连续的帧，也可以是按照多个帧为周期从时间上分离的帧。具体地，动态检测部122对于各影像扇区以像素为单位比较当前的帧与以往的帧的像素值以及亮度值，在影像扇区内对像素值的差异大于第一基准值的像素值进行计数。而且当计数值大于第二基准值时，判断为动态对象存在于该影像扇区，向控制部130输出动态检测信号。在这里，为了最大限度地降低出错率，判断为仅在一定次数以上的计数值大于第二基准值的情况下存在动态对象。图示的例中，例示了在第二个影像扇区(扇区代码= 01)中，计数值大于第二基准值40的计数值67。控制部130，当接收动态检测信号时，首先参照动态对象表322，确定动态对象存在的影像扇区。而且，控制部130对于动态对象存在的扇区，从控制值LUT320中读取事先指定的摇摄及倾斜控制值，通过串行通信部132传输至从动摄像头20，使得从动摄像头20集中监控相当于相应影像扇区的监控对象区域。若在2个以上的影像扇区中检测出动态时， 动态检测部122根据动态计数值赋予优先级，控制部130使从动摄像头20集中监控优先级最高的影像扇区。另一方面，可根据来自远程监控/控制设备40的控制信号，与优先级无关地对特定动态对象进行集中监控。在图8的实施例中，存储到控制值LUT320中的摇摄及倾斜控制值是可以对各从动摄像头20实验性地决定而存储。例如，能够依次驱动从动摄像头20，决定与广角影像200的各扇区的大概中心点的地点对应的摇摄及倾斜控制值。此时，在设置者在监控对象区域内配置号码或其他的带有标示的识别板的状态下，能够决定各地点的从动摄像头20的摇摄及倾斜控制值。此外，仅对广角影像200或监控对象区域内的几个地点实验性地决定摇摄及倾斜控制值，而剩余位置的摇摄及倾斜控制值能够根据比例原则(Law of Proportional Part)进行插值。另一方面，在控制值LUT320中一起存储除摇摄及倾斜控制值以外的变焦倍率值，以便在控制从动摄像头20时能够一起提供变焦倍率值。另一方面，存储在控制值 LUT320中并提供至从动摄像头20的摇摄、倾斜及变焦倍率值可以以在以从动摄像头20为中心的球坐标系中的绝对值来表示，并且可以为以特定位置为基准的相对值。在这种情况下，具体的摇摄、倾斜及变焦倍率值能够以电机分辨率替代角度或焦距而作为单位决定。如上，根据图8的实施例，根据动态检测，通过由控制部130像GOTO命令一样提供摇摄及倾斜控制值，能够决定从动摄像头20的集中监控方向。而且，控制部130能够根据来自远程监控/控制设备40的控制信号将这种控制值提供至从动摄像头20。图9是表示动态对象检测过程的另一实施例的原理图。根据本实施例，存放到主摄像头10的非易失性存储器(未图示)中的摄像头 LUT320a中，不存储用于驱动从动摄像头20的具体参数值，只存储简称参数值的预设代码。 而且，对于各预设代码的具体摇摄及倾斜控制值存储于保持在从动摄像头20内的控制值 LUT320b中。上述预设代码值能够与扇区代码相同。若由摄像部110获得广角影像200，则动态检测部122对于各影像扇区以帧为单位比较广角影像200而计算动态计数值。动态检测部122在计数值大于第二基准值的情况下，判断为在相应影像扇区内存在动态对象，向控制部130输出动态检测信号。当接收动态检测信号时，控制部130首先参照动态对象表322，确定动态对象存在的影像扇区。而且，控制部130从摄像头LUT320a中读取动态对象存在的扇区的预设代码值，通过串行通信部132传输至从动摄像头20。从动摄像头20从其其内置存储器中所存储的控制值LUT320b中读取与预设代码值相应的摇摄及倾斜控制值，以读取的值驱动摇摄电机180及倾斜电机184，集中监控相应影像扇区的监控对象区域。如上，根据图9的实施例，动态检测时，控制部130只将简称PTZ控制参数的预设代码值发送至从动摄像头20，由于从动摄像头20解析预设代码值驱动摇摄电机180及倾斜电机184，因此主摄像头10的控制流程变得简单，主摄像头10与从动摄像头20之间的数据收发更加顺畅。图9实施例中的其他特征与图8实施例类似，在此省略对其详细说明。如上，根据图8或图9所示的实施例，由于直接从全景影像210生成之前的原版影像广角影像200中检测动态，因此具有动态检测速度快的优点。与此同时，由于将广角影像 200以扇区为单位进行划分，只以像素值判断动态对象的存在与否，因此不需要进行展开广角影像200所需的复杂的坐标值换算等复杂计算，因此在动态检测速度方面更有利。而且一律以影像扇区为单位控制从动摄像头20，因此能够缩短初期跟踪所需的时间。另一方面，在优选实施例中，使用由从动摄像头20获得的集中监控影像220，以例如块匹配(Block Matching)算法验证动态对象检测，以此防止出错，进一步提高跟踪性能。 与此同时，动态检测部122在使用集中监控影像220检测动态对象的过程中检测各动态对象的轮廓线，将动态对象的大小信息提供至控制部130。这种情况下，控制部130也能够以动态对象的大小信息为基础决定对集中监控影像220的变焦倍率值，并控制从动摄像头20。但是，本发明并不限定于必须以影像扇区为单位实施动态检测或控制从动摄像头 20。即，动态检测部122能够使用整个广角影像200检测动态对象，在以像素为单位决定动态对象的位置后，根据动态对象的坐标控制从动摄像头20。图10表示这种变形实施例。在图10的实施例中，若由摄像部110获得广角影像200，则动态检测部122以帧为单位比较广角影像200而检测动态对象。在一实施例中，如上所述，动态检测能够以计算各像素的动态计数值，并将计数值大于基准值的像素可按照相邻的像素之间形成组合而形成。动态检测部122对于构成各动态对象的像素坐标，计算平均值或中间值，以2维极坐标 (r, θ )方式决定对象的中心点坐标。在这里，r表示对象中心点到影像中心点的距离，θ 表示在规定基准线的方位角。此外，动态检测部122决定各动态对象的上下及左右方向的大小。动态检测部122对各动态对象赋予ID，将中心点坐标(r，θ)与大小相关数据存储至动态对象表32加。控制部130对于各动态对象决定由中心点坐标(r，θ )到从动摄像头20的摇摄及倾斜控制值。控制部130对于各动态对象利用影像大小与距离坐标r值决定变焦倍率值。 控制部130将已决定的摇摄及倾斜控制值与变焦倍率值通过串行通信部132传输至从动摄像头20，使从动摄像头20集中监控相当于相应影像扇区的监控对象区域。若在2个以上的影像扇区中检测出动态时，动态检测部122根据动态计数值赋予优先级，控制部130使从动摄像头20集中监控优先级最高的影像扇区。另一方面，可根据远程监控/控制设备40的控制信号，能够形成对无关优先级的特定动态对象的集中监控。在图10的实施例中，与从动摄像头20的基准点几乎相同的情况下，由对象的中心点坐标(r，θ)决定摇摄及倾斜控制值的方法如下。首先，若假设摇摄角度的测定基准与在广角影像200内的方位角坐标(θ )测定基准相同，则决定的摇摄角度与对象中心点的方位角坐标(θ )值相同。摇摄角度的测定基准面与在广角影像200内的方位角坐标的测定基准面不同时，摇摄角度值也能够由中心点坐标(r，θ )的方位角坐标(θ )值利用1次方程轻易决定。另一方面，倾斜角度值能够由对象中心点的距离坐标(r)值求出。通常，鱼眼镜头的折射特性或360°反光镜的反射特性具备其入射光能够由特定数学模型表示的分布特性。例如，如图11所示，鱼眼镜头112具备垂直投影折射特性时，从影像中心到入射光的成像点的距离由数学式1表示数学式1y = / sinx在这里，χ为入射角大小，f为焦距，表示影像在广角影像内的半径，y表示从影像中心点到成像点的距离。因此，对于在半径为R的影像内，从影像中心点的距离为r的对象中心点，其入射角X能够通过下面数学式2求出数学式2
权利要求
1.一种监控摄像装置，获得将要显示于远程控制装置的监控影像，在没有所述远程控制装置的帮助下控制集中监控摄像单元，其特征在于，包括广角摄像部，其用于获得对于监控对象区域的广角影像；控制及信号处理部，其从所述广角影像中检测出动态对象的位置，产生与所述动态对象的位置信息相应的控制信号来控制所述集中监控摄像单元而使其能够拍摄所述动态对象，并接收由所述集中监控摄像单元获得的集中监控影像；以及信号发送部，其将包括所述集中监控影像的所述监控影像发送至所述远程控制装置。
2.根据权利要求1所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部根据在所述广角影像被分割的多个影像扇区中与所述动态对象相关的任一个影像扇区的位置信息，输出所述控制信号。
3.根据权利要求2所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部根据所述动态对象的所述位置信息，将规定的预设代码作为所述控制信号向所述集中监控摄像单元输出，使得所述集中监控摄像单元根据所述预设代码调整拍摄方向。
4.根据权利要求2所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部根据所述动态对象的所述位置信息，将对于所述集中监控摄像单元的摇摄及倾斜控制值作为控制信号，向所述集中监控摄像单元输出。
5.根据权利要求2所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部以所述多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像，在各影像扇区中，若像素值变化量计数值达到规定基准值以上，则确定为所述影像扇区与所述动态影像相关。
6.根据权利要求5所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部在相邻的两个以上影像扇区中，所述像素值变化量计数值达到所述基准值以上时，确定为具有最大像素值变化量计数值的所述影像扇区与所述动态对象相关。
7.根据权利要求2所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部通过比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像来检测出所述动态对象，并通过判断所述动态对象的特定坐标值属于所述多个影像扇区中的哪一个影像扇区来确定所述相关的影像扇区。
8.根据权利要求2所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部从所述广角影像检测出所述动态对象，以极坐标方式确定所述广角影像内的所述动态对象的中心点的位置，并根据所述极坐标值输出所述控制信号。
9.根据权利要求8所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部确定所述动态对象的大小，并使所述控制信号包括与所述大小相应的变焦倍率控制值。
10.根据权利要求1所述的监控摄像装置，其特征在于，还包括全景影像构成部，其从所述广角影像构成全景影像，以及影像合成部，其合成所述全景影像和从所述集中监控摄像单元接收的所述集中监控影像，所述信号发送部将所述合成的影像作为所述监控影像而发送至所述远程控制装置。
11.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，所述影像合成部将所述全景影像和所述集中监控影像格式化为能够显示于所述远程控制装置的显示器上的一个输出影像。
12.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于， 所述信号发送部包括信号转换部，其将对于所述输出影像的数字视频信号转换为模拟输出视频信号； 影像输出端子，其用于将所述模拟输出视频信号向所述远程控制装置发送；以及串行通信部，其用于从所述远程控制装置接收装置控制信号。
13.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，所述影像合成部对所述全景视频信号和所述集中监控视频信号采用多路复用技术； 所述信号发送部将所述多路复用视频信号发送至远程控制装置。
14.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，所述信号发送部具备通过网络将所述输出影像向所述远程控制装置发送的网络适配
15.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，还包括存储部，该存储部用于存储所述广角影像、所述集中监控影像、所述全景影像及其组合中的任一种影像。
16.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，所述集中监控摄像单元是位于所述监控摄像装置外部的独立的装置， 所述监控摄像装置还包括影像输入端子，其用于从所述集中监控摄像单元接收所述集中监控影像；以及串行通信部，其用于将所述控制信号向所述集中监控摄像单元传输。
17.根据权利要求16所述的监控摄像装置，其特征在于，所述串行通信部能够使用于所述控制及信号处理部从远程控制装置接收装置控制信号。
18.根据权利要求16所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部当从所述远程控制装置接收对于所述集中监控摄像单元的摇摄/倾斜控制信号时，优先于与所述动态对象的位置信息相应的控制信号而向所述集中监控摄像单元发送。
19.根据权利要求16所述的监控摄像装置，其特征在于，还包括信号转换部，该信号转换部通过所述影像输入端子从所述集中监控摄像单元接收模拟集中监控影像并生成数字集中监控影像，所述影像合成部用于合成数字全景影像和所述数字集中监控影像。
20.根据权利要求16所述的监控摄像装置，其特征在于， 所述监控摄像装置连接有多个所述集中监控摄像单元。
21.根据权利要求20所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部向所述集中监控摄像单元传输的所述控制信号包括接收单元吧识别信息。
22.根据权利要求16所述的监控摄像装置，其特征在于，设置成所述广角摄像部的广角镜头的光轴与所述集中监控摄像单元的摇摄中心轴一致。
23.根据权利要求10所述的监控摄像装置，其特征在于，所述集中监控摄像单元包括在所述监控摄像装置。
24.根据权利要求23所述的监控摄像装置，其特征在于，在所述监控摄像装置的外周面设置有多个相互对称的所述广角摄像部。
25.根据权利要求M所述的监控摄像装置，其特征在于，所述控制及信号处理部分别检测由所述多个广角摄像部获得的多个广角影像中的动态对象。
26.根据权利要求M所述的监控摄像装置，其特征在于，全景影像构成部从所述多个广角影像分别提取规定区域，并合成所提取的各区域而构成所述全景影像。
27.—种远程监控系统，其特征在于，包括至少一个从动摄像头，用于选择性地集中拍摄监控对象区域，能够进行摇摄/倾斜/变焦驱动；主摄像头，其获得对于所述监控对象区域的广角影像，从所述广角影像检测出动态对象的位置，根据所述动态对象的位置驱动所述从动摄像头而使其拍摄所述动态对象，从所述从动摄像头获得集中监控影像，基于所述广角影像和所述集中监控影像构成输出影像； 以及远程控制装置，其将所述输出影像显示于显示器，并远程控制所述主摄像头。
28.根据权利要求27所述的远程监控系统，其特征在于，所述主摄像头通过供给基于所述广角影像被分割的多个影像扇区中与所述动态对象相关的任一个影像扇区的位置信息的控制信号，来控制所述从动摄像头。
29.根据权利要求27所述的远程监控系统，其特征在于，所述主摄像头还包括全景影像构成部，其从所述广角影像构成全景影像；影像合成部，其用于合成所述全景影像和从所述集中监控摄像单元接收的所述集中监控影像；以及信号发送部，将所述合成的影像作为所述输出影像向所述远程控制装置发送。
30.一种监控摄像装置的监控影像获得方法，该监控摄像装置具备广角摄像部，并获得将要显示于远程控制装置的监控影像，在没有所述远程控制装置的帮助下控制集中监控摄像单元，该监控影像获得方法的特征在于，包括如下步骤由所述广角摄像部获得对于监控对象区域的广角影像的步骤；从所述广角影像检测出动态对象的位置，并产生与所述动态对象的位置信息相应的控制信号的步骤；将所述控制信号提供给所述集中监控摄像单元而进行控制，以便能够拍摄所述动态对象，并接收由所述集中监控摄像单元获得的集中监控影像的步骤；以及向所述远程控制装置发送包括所述集中监控影像的所述监控影像的步骤。
31.根据权利要求30所述的监控影像获得方法，其特征在于， 所述集中监控摄像单元是位于所述监控摄像装置外部的独立的装置。
32.根据权利要求30所述的监控影像获得方法，其特征在于， 所述集中监控摄像单元包含在所述监控摄像装置的内部。
33.根据权利要求30所述的监控影像获得方法，其特征在于， 所述动态检测步骤还包括如下步骤将所述广角影像分割为多个影像扇区的步骤；以所述多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像的步骤；对在各影像扇区中像素值变化量大于第一基准值的像素值进行计数的步骤；以及将所述计数值大于第二基准值的影像扇区的位置信息确定为所述动态对象的位置信息的步骤。
34.根据权利要求33所述的监控影像获得方法，其特征在于，在所述确定步骤中，在相邻的两个以上影像扇区中所述计数值达到所述第二基准值以上时，将具有最大像素值变化量计数值的所述影像扇区的位置信息确定为所述动态对象的位置信息。
35.根据权利要求30所述的监控影像获得方法，其特征在于， 所述动态检测步骤包括如下步骤将所述广角影像分割为多个影像扇区的步骤；通过以所述多个影像扇区为单位分别比较以往摄像的广角影像和当前的广角影像，来检测所述动态对象的步骤；将所述动态对象的特定坐标值所属的影像扇区的位置信息确定为所述动态对象的位置信息的步骤。
36.根据权利要求30所述的监控影像获得方法，其特征在于， 所述动态检测步骤包括如下步骤在所述广角影像内检测所述动态对象的步骤； 以极坐标的方式确定所述动态对象的中心点位置的步骤；以及根据所述极坐标值确定对于所述集中监控摄像单元的摇摄/倾斜控制值，并将其作为所述控制信息产生的步骤。
37.根据权利要求34所述的监控影像获得方法，其特征在于， 还包括如下步骤确定所述动态对象的大小的步骤；以及将与所述大小相应的变焦倍率控制值作为所述控制信号追加产生的步骤。
全文摘要
本发明涉及能够直接检测影像内的动态来控制集中监控摄像头的摇摄/倾斜/变焦且能够将广域监控影像和集中监控影像一起传输至远程地控制装置的监控摄像装置及使用该设备来实现的远程监控系统。监控摄像装置获得将要显示于远程控制装置(40)的监控影像，在没有上述远程控制装置40的帮助下控制集中监控摄像单元(20)，上述监控摄像装置包括广角摄像部(110)、控制及信号处理部(120)及信号发送部(160、162)。上述广角摄像部(110)获得对于监控对象区域的广角影像。上述控制及信号处理部(120)从广角影像检测出动态对象的位置，并产生与动态对象的位置信息相应的控制信号来控制监控摄像单元(20)而使其拍摄动态对象，并接收由上述集中监控摄像单元获得的集中监控影像。上述信号发送部(160、162)将包括上述集中监控影像的上述监控影像发送至远程控制装置(40)。
文档编号H04N7/18GK102342099SQ201080010023
公开日2012年2月1日 申请日期2010年5月26日 优先权日2009年5月29日
发明者李智焕, 金培薰 申请人:(株)荣国电子