球机控制方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种球机控制方法及装置，用以解决现有技术难以控制球机实现将被跟踪目标保持在视频图像中心位置的问题。该方法采用能够客观反映球机当前拍摄角度的偏角值，以及能够客观反映目标当前在视频图像中所处位置的角度值作为对球机的拍摄角度进行控制的依据，因此相对于现有技术中采用预测的参数值作为球机的控制依据而言，本方案对球机的控制准确度更高，可以实现保持被跟踪目标位于视频图像的中间位置。
【专利说明】球机控制方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及球型摄像机【技术领域】，尤其涉及一种球机控制方法及装置。
【背景技术】
[0002]球型摄像机是一种智能化摄像机前端，全名叫高速智能化球型摄像机或者一体化高速智能球，简称快球、高速球或球机。球机是高集成度的产品，集成了云台系统(简称为云台)、通讯系统和摄像机系统。其中，云台是指球机中的电机带动的旋转部分；通讯系统是指对电机的控制以及对图像和信号的处理部分；摄像机系统则主要是指用于获取视频信号的摄像机，其安装于云台上，其拍摄角度随着云台的运动而改变。在上述系统之间起着横向连接作用的是球机的CPU和电源部分。电源部分分别与上述各系统相连接并供电，而CPU则通过对各系统的控制，实现各系统功能的正常运行。
[0003]由于球机具有体积小、转动灵活等优点，因此目前主要应用于目标监控、识别和跟踪领域。针对目标跟踪这一领域而言，目前在该领域中公开的球机自动PTZ跟踪方法很少，且现有方法基本上都是在对球机拍摄到的视频图像进行分析的基础上，对视频图像中出现的目标的速度进行预测，然后通过偏差控制的方法，控制球机进行转动从而实现对目标的跟踪。由于类似人体、车辆这样的目标的运动方式具有方向、速度均多变的特点，因此按照现有技术提供的基于预测目标速度的方式来控制球机对目标进行跟踪拍摄，存在着跟踪准确度较差，从而难以将被跟踪目标保持在视频图像中心位置的问题。
【发明内容】
[0004]本发明实施例提供一种球机控制方法及装置，用以解决现有技术难以控制球机实现将被跟踪目标保持在视频图像中心位置的问题。
[0005]本发明实施例采用以下技术方案:
[0006]一种球机控制方法，包括:从球机拍摄到的视频图像中，确定待跟踪目标；确定用以表征所述待跟踪目标在所述视频图像中所处位置的位置信息；根据预设的位置信息与角度值的映射关系，获得确定出的所述位置信息所映射的角度值；其中，所述角度值表征目标位置相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度；根据获得的所述角度值与球机当前的偏角值，对球机的拍摄角度进行控制；使得所述摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度与所述目标位置相对于所述指定坐标轴的偏离程度一致；其中，所述偏角值表征球机的摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度。
[0007]一种球机控制装置，包括:目标确定单元，用于从球机拍摄到的视频图像中，确定待跟踪目标；位置信息确定单元，用于确定用以表征目标确定单元确定出的待跟踪目标在所述视频图像中所处位置的位置信息；角度值获得单元，用于根据预设的位置信息与角度值的映射关系，获得位置信息确定单元确定出的所述位置信息所映射的角度值；其中，所述角度值表征目标位置相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度；拍摄角度控制单元，用于根据角度值获得单元获得的所述角度值与球机当前的偏角值，对球机的拍摄角度进行控制；使得所述摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度与所述目标位置相对于所述指定坐标轴的偏离程度一致；其中，所述偏角值表征球机的摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度。
[0008]本发明实施例的有益效果如下:
[0009]由于本发明实施例提供的上述方案是采用能够客观反映球机当前拍摄角度的偏角值，以及能够客观反映目标当前在视频图像中所处位置的角度值作为对球机的拍摄角度进行控制的依据，因此相对于现有技术中采用预测的参数值作为球机的控制依据而言，本方案对球机的控制准确度更高，可以实现保持被跟踪目标位于视频图像的中间位置。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1为本发明实施例提供的球机控制方法的具体流程示意图；
[0011]图2为基于视频图像的图像坐标系的不意图；
[0012]图3为球机坐标系的示意图；
[0013]图4为实施例1的具体实现流程图；
[0014]图5为实施例1中的图像坐标系的示意图；
[0015]图6为本发明实施例提供的一种球机控制装置的具体结构示意图。
【具体实施方式】
[0016]为了解决现有技术难以控制球机实现将被跟踪目标保持在视频图像中心位置的问题，本发明实施例提供了一种新型的球机控制方案，该方案以能够客观反映球机当前拍摄角度的偏角值，以及能够客观反映目标当前在视频图像中所处位置的角度值，作为对球机的拍摄角度进行控制的依据，大大提高了球机的控制准确度，实现保持被跟踪目标位于视频图像的中间位置。
[0017]以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。并且在不冲突的情况下，本说明中的实施例及实施例中的特征可以互相结合。
[0018]本发明实施例首先提供一种如图1所示的球机控制方法，该方法主要包括以下步骤:
[0019]步骤11，从球机拍摄到的视频图像中，确定待跟踪目标；
[0020]该步骤11的实现过程即进行目标检测的过程。本发明实施例可以采用现有技术中任何已有的目标检测算法来实现该步骤11。比如可以采用目前比较成熟的各种运动目标检测方法(包括人体检测方法以及车辆检测方法等等)。
[0021]步骤12，确定用以表征待跟踪目标在视频图像中所处位置的位置信息；
[0022]一般说来，表征待跟踪目标在视频图像中所处位置的位置信息可以是:从预先设置的图像坐标系中确定出的该待跟踪目标对应的坐标值。比如，可以预先设置如图2所示的基于视频图像的坐标系。为了便于与后文提及的其他坐标系相区分，该坐标系可称为图像坐标系，该坐标系由坐标轴X和坐标轴Y构成。
[0023]步骤13，根据预设的位置信息与角度值的映射关系，获得确定出的位置信息所映射的角度值；
[0024]其中这里所说的角度值可以表征待跟踪目标的目标位置相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度。而映射关系则可以是简单的一一对应的关系，或者是较为复杂的、由公式所定义的映射关系。后文将以一个具体的实施例对一种由公式定义的该映射关系进行详细说明，在此不再赘述。
[0025]需要说明的是，所谓预设球机坐标系，可以是以球机本身的零点位置为坐标原点而建立的坐标系。该球机坐标系一般说来可以是包含三个坐标轴的三维坐标系，如图3所示。图3所示的该球机坐标系由坐标轴X、坐标轴y和坐标轴z构成。基于该球机坐标系，表征待跟踪目标的目标位置相对于坐标轴X的偏离程度的角度值可以为图3中所示的ax，而表征待跟踪目标的目标位置相对于坐标轴I的偏离程度的角度值则为图3中所示的by。本发明实施例中，由于球机的零点位置这一概念是本领域技术人员所公知的，因此不再赘述其含义。一般地，球机的零点位置也可以称为球机的原点、预置位等。
[0026]步骤14，根据球机当前的偏角值与通过执行步骤13而获得的角度值，对球机的拍摄角度进行控制；
[0027]其中，球机当前的偏角值表征球机的摄像头中轴线相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度，其可以由球机自身的单片机进行检测并记录。
[0028]本发明实施例中，为了满足控制球机实现将被跟踪目标保持在视频图像中心位置，对球机的拍摄角度进行控制就相当于使得球机的摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度与目标位置相对于所述指定坐标轴的偏离程度一致。从具体实现上讲，当球机当前的偏角值和位置信息所映射的角度值均是相对于同样的坐标轴而言时，可以通过将球机的偏角值调整为与待跟踪目标的位置信息所映射的相应角度值一致的方式，实现将被跟足示目标保持在视频图像中心位直。
[0029]通过如图1所示的上述步骤，本发明实施例提供的该方法可以实现准确控制将被跟踪目标保持在视频图像中心位置。进一步地，通过对该方法进行改进，还可以使之满足不同的实际需求。以下具体介绍几种改进方式。
[0030]改进方式一:
[0031]在如图1所示的该方法流程的基础上，可以进一步确定待跟踪目标的运动速度值。然后，基于球机当前的偏角值、该运动速度值以及通过执行步骤13而获得的角度值，并按照预先规定的球机转动速度值计算规则，计算球机转动速度值。从而根据计算得到的该球机转动速度值，就可以实现对球机的转动速度进行控制。
[0032]后文将以一个具体的实施例，详细说明可以采用的一种球机转动速度值计算规贝U，在此不再赘述。
[0033]目前，现有技术所提供的球机转动速度控制方案已被证明存在容易出现使得球机转动速度产生突变，从而导致视频图像画面产生抖动的缺陷。而通过采用该改进方式一，由于进入待跟踪目标的运动速度值作为球机的转动速度的控制依据，因此可以使得球机的转动速度与待跟踪目标的运动速度相关，避免了现有技术存在的上述缺陷。具体来说，现有技术中常用的球机转动速度控制方案中，待跟踪的目标的速度是直接基于图像坐标系而计算的，从而后续相当于是根据目标相对图像坐标系的位移来控制球机转动。然而，球机本身却只有基于球机坐标系而进行转动的控制能力，从而导致目标的实际运动方向和球机的转动方向之间会存在偏差，这个偏差在接下了的控制中又需要纠正回来，从而会产生速度的不连续。而本发明实施例提供的方案则是直接在球机坐标系中进行的，通过直接计算目标的转动速度、球机的偏角值，以及目标所处位置偏离指定坐标轴的角度值，并以计算得到的各参数作为控制球机转动速度的依据，从而可以使得球机转动速度的大小和方向不需要进行多次调整，就可以达到基本和目标运动一致，因此使得控制过程平滑且连续，避免了画面抖动。
[0034]改进方式二:
[0035]该方式要求通过执行步骤13而获得的角度值包含表征目标位置相对于预设球机坐标系的第一坐标轴的偏离程度的第一角度值。基于该第一角度值，以及预先存储的球机的期望变倍倍数值和第二偏角值，可以计算球机的待变倍倍数值，因此进一步可以实现根据计算得到的待变倍倍数值，对球机的变倍进行控制。
[0036]具体地，上述第二偏角值是当球机按照期望变倍倍数值进行拍摄时记录的、且用以表征球机的摄像头中轴线相对于预设球机坐标系的第二坐标轴的偏离程度。这里所说的第二坐标轴不同于上述第一坐标轴。
[0037]下文将以一个具体的实施例，详细介绍如何计算球机的待变倍倍数值，在此不再赘述。
[0038]目前，现有技术所提供的球机变倍控制方案已被证明存在容易出现使得球机变倍频繁且不连续产生突变，无法保持不同视频图像中的同一待跟踪目标的大小始终处于规定范围的缺陷。而通过本发明实施例提供的改进方式二，由于可以使得球机的变倍控制与待跟踪目标的运动参数相关，因此可以实现对球机变倍的精准控制，也就实现了控制球机持续变倍跟踪目标。
[0039]需要说明的是，本发明实施例中可以按照下述步骤来实现存储期望变倍倍数值和第二偏角值:
[0040]首先，控制球机按照规定的变倍倍数值分别进行拍摄，并获得相应的视频图像。为与步骤11中所述的视频图像相区分，本发明实施例将此处所述的视频图像称为“待训练视频图像”。
[0041]然后，从获得的待训练视频图像中，确定出具备的指定图像参数值(如图像的清晰度值)与预设指定图像参数值一致的一个待训练视频图像。或者确定出具备的指定图像参数值处于预设参数值范围内的一个待训练视频图像。
[0042]最后，将拍摄确定出的该待训练视频图像时所采用的变倍倍数值作为期望变倍倍数值并存储；同时，对用于表征拍摄该待训练视频图像时的球机的摄像头中轴线相对于上述第二坐标轴的偏离程度的第二偏角值进行存储。
[0043]此外还需要说明的是，本发明实施例提供的上述方案的执行主体可以是球机本身，也可以是独立于球机之外的其他设备。
[0044]上述为本发明实施例提供的球机控制方法的概述，以下则具体介绍上述方案应用于实际时的3个具体实施例。
[0045]实施例1
[0046]实施例1的具体实现流程图如图4所示，包括如下步骤:
[0047]步骤41，获得球机的摄像头拍摄到的视频图像。
[0048]步骤42，对视频图像所包含的运动目标进行检测，并从检测到的运动目标中确定待跟踪目标。
[0049]步骤43，从视频图像中确定待跟踪目标的外接矩形区域作为待跟踪目标的包围盒，并确定该包围盒的四条边的坐标值(Ieftf, rightf, upf, downf),如图5所示。其中，图5所示的该坐标系为前文所述的图像坐标系。
[0050]步骤44，按照下述公式[I]，执行计算上述包围盒的中心点在图像坐标系XOY中的坐标值(Xtjf, yof)的操作。
Ieftf +right,
[0051]Xof=[丄
2
up f +down f
[0052]JV=---
LL1J
[0053]步骤45，根据预先设置的位置信息与角度值的映射关系，确定(XofJtjf)所表示的位置与球机坐标系xOyz的X坐标轴之间的夹角ax，以及该位置与该球机坐标系的y坐标轴之间的夹角by。具体确定过程如下:
[0054]首先，按照下式[2]，执行根据&(^，yof)计算a、b的操作，其中，这里的a、b表示(xof, yj所表示的位置在图像坐标系中相对视频图像的中心位置的夹角。也可以称为待跟踪目标的位置相对视频图像的中心位置的视差角。
X.-JT0
[0055]a = arctan(———)
fx
yof — y0
[0056]h = arctanl^^-~)
, p]
[0057]上述公式中的Λ y°分别表示视频图像的中心位置在图像坐标中的坐标值。比如假定图像大小为 WidthXHeight,则有:x°=Width/2, y°=Height/2。
[0058]而fx、fy则可以按照下述公式[3]、[4]分别计算得出:
「 ^: Width*P21
[0059]./? =-^--[3]
(VV
「 ^., Heighf * /' χ \?ι I「41
[0060]./, =~--!Al
(H
[0061]其中，f0表示球机的摄像头在变倍倍数为I倍时的焦距大小；Mul表示该摄像头在拍摄步骤41中所述的视频图像时所采用的变倍倍数；CW、CH表示摄像头感光器的靶面尺寸，其可以从预先存储的摄像头参数中获取；Width为视频图像的宽度，一般为视频图像中一排像素点的总个数；Height为视频图像的高度，一般为为视频图像中一列像素点的总个数。
[0062]基于计算得到的a和b，就可以根据下述公式[5]、[6]分别计算(X()f，y#)所映射的角度值ax和by。其中，ax为Uof, yj所表示的位置与球机坐标系xOyz的x坐标轴之间的夹角，而by为(X()f，yof)所表示的位置与球机坐标系xOyz的y坐标轴之间的夹角。
[0063]ax = at+aO[5]
[0064]by = bt[6]
[0065]上式[5]、[6]中，a0为在拍摄步骤41中所述的视频图像时，摄像头中轴线与球机坐标系xOyz的X坐标轴之间的夹角(即偏角值)，而参数t可以按照下式[7]、[8]计算得到:
【权利要求】
1.一种球机控制方法,其特征在于,包括: 从球机拍摄到的视频图像中，确定待跟S示目标; 确定用以表征所述待跟踪目标在所述视频图像中所处位置的位置信息； 根据预设的位置信息与角度值的映射关系，获得确定出的所述位置信息所映射的角度值；其中，所述角度值表征目标位置相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度； 根据获得的所述角度值与球机当前的偏角值，对球机的拍摄角度进行控制；使得所述摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度与所述目标位置相对于所述指定坐标轴的偏离程度一致；其中，所述偏角值表征球机的摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括: 确定所述待跟踪目标的运动速度值； 根据获得的所述角度值、所述偏角值以及所述运动速度值，并按照预先规定的球机转动速度值计算规则，计算球机转动速度值； 根据计算得到的球机转动速度值，对球机的转动速度进行控制。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，获得的所述角度值包含表征目标位置相对于预设球机坐标系的第一坐标轴的偏离程度的第一角度值；则 所述方法还包括: 根据所述第一角度值、预先存储的球机的期望变倍倍数值和第二偏角值，计算球机的待变倍倍数值；其中，所述第二偏角值是当球机按照所述期望变倍倍数值进行拍摄时记录的、且用以表征球机的摄像头中轴线相对于预设球机坐标系的第二坐标轴的偏离程度；根据计算得到的所述待变倍倍数值，对球机的变倍进行控制。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，按照下述方式存储所述期望变倍倍数值和所述第二偏角值: 控制球机按照规定的变倍倍数值分别进行拍摄，并获得相应的待训练视频图像；从获得的待训练视频图像中，确定出具备的指定图像参数值满足规定条件的一个待训练视频图像； 获取拍摄确定出的该待训练视频图像时所采用的变倍倍数值作为所述期望变倍倍数值并存储；以及 对用于表征拍摄确定出的该待训练视频图像时的球机的摄像头中轴线相对于所述第二坐标轴的偏离程度的第二偏角值进行存储。
5.一种球机控制装置，其特征在于，包括: 目标确定单元，用于从球机拍摄到的视频图像中，确定待跟踪目标； 位置信息确定单元，用于确定用以表征目标确定单元确定出的待跟踪目标在所述视频图像中所处位置的位置信息； 角度值获得单元，用于根据预设的位置信息与角度值的映射关系，获得位置信息确定单元确定出的所述位置信息所映射的角度值；其中，所述角度值表征目标位置相对于预设球机坐标系的指定坐标轴的偏离程度； 拍摄角度控制单元，用于根据角度值获得单元获得的所述角度值与球机当前的偏角值，对球机的拍摄角度进行控制；使得所述摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度与所述目标位置相对于所述指定坐标轴的偏离程度一致；其中，所述偏角值表征球机的摄像头中轴线相对于所述指定坐标轴的偏离程度。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述装置还包括: 速度值确定单元，用于确定目标确定单元确定出的待跟踪目标的运动速度值； 速度值计算单元，用于根据角度值获得单元获得的所述角度值、所述偏角值以及速度值确定单元确定的运动速度值，并按照预先规定的球机转动速度值计算规则，计算球机转动速度值； 转动速度控制单元，用于根据速度值计算单元计算得到的球机转动速度值，对球机的转动速度进行控制。
7.如权利要求5或6所述的装置，其特征在于，角度值获得单元获得的获得的所述角度值包含:表征目标位置相对于预设球机坐标系的第一坐标轴的偏离程度的第一角度值；则 所述装置还包括: 倍数值确定单元，用于根据角度值获得单元获得的所述第一角度值、预先存储的球机的期望变倍倍数值和第二偏角值，计算球机的待变倍倍数值；其中，所述第二偏角值是当球机按照所述期望变倍倍数值进行拍摄时记录的、且用以表征球机的摄像头中轴线相对于预设球机坐标系的第二坐标轴的偏离程度； 变倍控制单元，用于根据倍数值确定单元计算得到的所述待变倍倍数值，对球机的变倍进行控制。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述期望变倍倍数值和所述第二偏角值存储于所述装置包括的存储单元中，且所述装置还包括: 拍摄单元控制单元，用于控制球机按照规定的变倍倍数值分别进行拍摄，并获得相应的待训练视频图像； 视频图像确定单元，用于从拍摄单元控制单元获得的待训练视频图像中，确定出具备的指定图像参数值满足规定条件的一个待训练视频图像；则 所述存储单元具体用于:获取拍摄确定出的该待训练视频图像时所采用的变倍倍数值作为所述期望变倍倍数值并存储；以及对用于表征拍摄确定出的该待训练视频图像时的球机的摄像头中轴线相对于所述第二坐标轴的偏离程度的第二偏角值进行存储。
【文档编号】H04N5/232GK104184932SQ201310189876
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2013年5月20日 优先权日:2013年5月20日
【发明者】周璐, 王磊, 潘石柱, 张兴明, 傅利泉, 朱江明, 吴军, 吴坚 申请人:浙江大华技术股份有限公司