技术领域本发明涉及一种自调节式云台摄像头远程智能控制系统及其控制方法，属于云台摄像头远程监控系统中计算机视觉技术领域。
背景技术：
传统的监控摄像头大多数位置固定，监控范围有限，容易出现监控死角。随着技术的发展，出现了云台摄像头监控系统。监控人员通过手动操作键盘来调节云台转动和镜头的变倍，这些操作往往滞后于目标的运动，实时性较差。监控人员需长时间盯看着屏幕，容易造成人为误差。传统的监控系统多为备案取证，并没有有效的防止意外的发生。监控对象距离镜头的远近、特征部位的聚焦、画面的清晰程度等都影响着案件的侦破进度。传统的监控系统大多数都需要人员在监控室进行监控，并没有实现真正意义上的远程监控。
技术实现要素：
根据上述提出的问题，本发明的目的是：提供一种自调节式云台摄像头远程智能控制方法。该系统的核心是在传统的监控摄像头的基础上，增加了云台及镜头的智能控制。通过得到监控目标在屏幕上的质心位置坐标，计算是否超出约束区域，判断是否调节云台的转动。监控目标尺寸大小与规定尺寸值的差值的绝对值与面积阈值比较，判断镜头是否变倍。当自动调节系统出现故障时，可以通过手机无线连接，访问PC机的监控视频，远程手动调节云台和摄像头，提高监控系统的实时性，准确性，对采集到视频序列图像进行预处理，使画面更加清晰，这是传统监控系统不具备的。本发明方法是基于智能远程控制系统，所述的智能远程控制装置主要包括云台摄像机、视频转换电路、PC机、串口转换电路、Android系统手机控制模块；云台摄像机用于拍摄监控区域视频，该云台摄像机由摄像机、变焦镜头、云台、解码器、无线通信模块组成，与视频转换电路连接。视频转换电路用于将云台摄像头的模拟视频转换为数字视频，视频转换电路与摄像头和计算机连接。PC机用于观看监控视频，基于OpenCV平台，通过Camshift算法对运动目标跟踪，利用Kalman滤波器预测补偿减小跟踪误差，根据云台摄像机反馈的数据进行分析处理，控制云台转动和镜头变倍，使监控目标实时以合适的尺寸显示在屏幕中间，与视频转换电路与串口转换电路连接。串口转换电路用于将计算机的控制指令传于云台摄像头，串口转换电路与计算机和云台摄像头连接。Android系统手机控制模块用于远程手动控制云台摄像头，通过无线通信，实时访问PC机的监控视频，并通过无线连接实时控制云台摄像头的云台转动和镜头变倍，通过摄像头其他辅助功能模块，使监控效果更好。本发明提供的一种云台摄像头远程智能控制方法，具体包括以下步骤：步骤一：基于OpenCV平台，计算机对采集到的视频序列图像进行预处理以及利用帧差法检测运动目标。步骤二：计算机根据Camshift算法对监控目标进行跟踪定位，利用Kalman滤波器进行预测补偿，得到监控目标质心坐标(X,Y)，判断质心坐标是否在以视域中心坐标(D1/2,D2/2)为圆心，半径为R的圆形约束区域内，如果超出约束区域，云台进行调节；否则，云台静止不动，跳转到步骤五，其中，图像的分辨率为D1*D2，R为预设阈值。步骤三：云台进行调节时，如果自动调节系统功能正常，云台自动调节跟踪监控目标；否则，通过手机无线通信，利用云台控制功能界面发送指令，通过手机远程手动控制云台转动，完成跟踪任务。其中，云台控制量为：水平方向角度：垂直方向角度：其中，X为监控目标水平方向质心坐标，Y为监控目标垂直方向质心坐标，θ1为摄像头水平视角的一半，为摄像头垂直视角的一半。步骤四：云台转动时，根据水平方向转动时间T1与垂直方向转动时间T2长短判断优先向哪个方向转动。T1≥T2时，云台垂直方向优先转动；否则，云台水平方向优先转动。转动时间公式为：水平方向转动时间：T1＝α/ν1垂直方向转动时间：T2＝β/ν2其中，ν1为云台水平方向转动速度，ν2为云台垂直方向转动速度。步骤五：监控目标在屏幕中的尺寸大小Α与规定的合适尺寸大小Β的差值的绝对值Ε与规定的阈值Κ比较，当Ε≥Κ时，镜头变倍；否则，镜头不变倍。其中：Α为跟踪窗口面积，可以根据跟踪算法计算得到；图像的分辨率为D1*D2；Ε＝|Α-Β|；其中K为预先设置的面积阈值，以像素的平方为单位。步骤六：镜头变倍时，如果自动调节系统功能正常，镜头接收串口发出的指令，自动变倍，直到监控目标以规定的合适尺寸出现在屏幕上；否则，通过手机无线通信，利用调焦控制功能界面发送指令，远程手动控制镜头变倍。然后，跳转到步骤一，循环往复。有益效果本发明提出的自调节式球型摄像头智能控制装置及控制方法，提高了监控系统的实时性，准确性，视频序列图像预处理算法使监控画面更加清晰，当自动调节系统出现故障时，通过手机远程手动调节云台摄像头，完成对目标的跟踪监控，使监控系统更加科学化，人性化。附图说明图1智能远程监控系统框图。图2Camshift算法与Kalman滤波器结合算法流程框图。图3监控目标坐标示意图。图4云台摄像机智能控制系统框图。图5云台摄像机功能主页面。图6云台转动控制功能界面。图7调焦控制功能界面。图8-图15云台摄像头其他辅助功能控制界面。具体实施方式参考图1，图2，PC机正常运行，基于OpenCV平台，Camshift算法和Kalman滤波器相结合的跟踪算法实时运行，等待云台摄像头拍摄的视频的传入；打开云台摄像机，视频资源经过视频转换电路，传递到PC机里，用鼠标选择要跟踪的目标，利用PC机运行的跟踪算法对目标实时跟踪。参考图3，图4，利用跟踪算法得到得到监控目标质心坐标(X,Y)，判断质心坐标是否在以视域中心坐标(D1/2,D2/2)为圆心，半径为R的圆形约束区域内，如果超出约束区域，云台进行调节，当自动控制系统正常时，PC机通过串口转换电路，向云台自动发送指令，云台自动转动调节，当目标质心坐标显示在约束区域内时，PC机停止向云台发送转动指令，云台停止转动；如果没超出约束区域，云台静止不动，其中，图像的分辨率为D1*D2，R为预设阈值。当云台需要转动调节时，其转动方向分为8种情况：目标质心与视域中心水平坐标差：Δx＝X-D1/2目标质心与视域中心竖直坐标差：Δy＝Y-D2/2(1)当Δx＞R且|Δy|≤R时，云台水平向右运动；(2)当Δx＞R且Δy＜-R时，云台向右上方运动；(3)当|Δx|≤R且Δy＜-R时，云台垂直向上运动；(4)当Δx＜-R且Δy＜-R时，云台向左上方运动；(5)当Δx＜-R且|Δy|≤R时，云台水平向左运动；(6)当Δx＜-R且Δy＞R时，云台向左下方运动；(7)当|Δx|≤R且Δy＞R时，云台垂直向下运动；(8)当Δx＞R且Δy＞R时，云台向右下方运动；其中，云台控制量为：水平方向角度：垂直方向角度：其中，X为监控目标水平方向质心坐标，Y为监控目标垂直方向质心坐标，θ1为摄像头水平视角的一半，为摄像头垂直视角的一半。当云台需要在水平和垂直方向都转动时，根据水平方向转动时间T1与垂直方向转动时间T2长短判断优先向哪个方向转动。T1≥T2时，云台垂直方向优先转动；否则，云台水平方向优先转动。转动时间公式为：水平方向转动时间：T1＝α/ν1垂直方向转动时间：T2＝β/ν2其中，ν1为云台水平方向转动速度，ν2为云台垂直方向转动速度。参考图4，图6，当云台自动控制系统出现故障时，手机进行无线连接，实时查看PC机的监控视频，并通过云台控制功能界面，手动控制云台的转动方向，实现对监控目标跟踪，使目标尽量显示在监控屏幕中央。参考图4，图5，图7，由于监控运动目标与云台摄像机的距离时刻在变化中，监控目标在显示屏幕上的尺寸也在不断变化中，需要实时调焦，使目标以合适的尺寸显示在监控屏幕中央。监控目标在屏幕中的尺寸大小Α与规定的合适尺寸大小Β的差值的绝对值Ε与规定的阈值Κ比较，当Ε≥Κ时，镜头变倍；否则，镜头不变倍。其中：Α为跟踪窗口面积，可以根据跟踪算法计算得到；图像的分辨率为D1*D2；Ε＝|Α-Β|；其中K为预先设置的面积阈值，以像素的平方为单位。镜头变倍时，如果自动调节系统功能正常，镜头接收串口发出的指令，自动变倍，直到监控目标以规定的合适尺寸出现在屏幕上，此时，PC机停止向镜头发送调焦指令，调焦过程结束；如果自动调节系统功能故障，通过手机无线通信，利用调焦控制功能界面发送指令，远程手动控制镜头变倍。在手动调焦控制功能界面中，分为快速调焦和细微调焦两种方式，利用滑动条左右滑动来实现调焦方式，为快速调焦方式；利用按钮实现调焦方式，为细微调焦方式，两者结合，更好的实现调焦控制，使监控目标以理想的尺寸大小显示在屏幕中央。基于Android系统的App软件设计如下：点击App软件，自动进入摄像头调节主界面，包括：摄像头开关、摄像头功能设置、光圈控制、自动曝光模式、白平衡、摄像头聚焦、摄像头调焦、存储预设及宽动态、亮度调节、双滤光片切换器；底部按钮：首页、聚焦、调焦、亮度、曝光补偿。其中，在此主页面中，点击手机界面上的返回按钮可退出软件。各个功能界面介绍如下：1、摄像头功能设置：防抖模式菜单选择(由下拉菜单组成：防抖模式开、防抖模式关、图像保持，共4个选项级别)；图像效果菜单选择(关、负片、黑白图像，共3个选项级别)；图像左右反相开关；图像冻结开关；图像上下翻转开关；寄存器监控模式-72(由下拉菜单组成：全高清60P(1920*1080P/60fps)、全高清50P(1920*1080P/50fps)、全高清60I(1920*1080I/60fps)、全高清50I(1920*1080I/50fps)、高清30P(1280*720P/30fps)、高清25P(1280*720P/25fps)，共6个选项级别)。2、光圈控制：高灵敏度模式开关；高分辨率模式开关；降噪模式菜单选择(关、1、2、3、4、5，共6个选项级别)；光圈调节(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；伽玛调节(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)。3、自动曝光模式：自动曝光模式选择(由下拉菜单组成：全自动、快门优先、光圈优先、手动模式，共4个选项级别)；光圈调节(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；增益调节(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；快门调节(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来，并有自动慢快门开关)；慢自动曝光(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来，并有背光开关)。4、白平衡：白平衡模式选择(由下拉菜单组成：自动白平衡、自动触发跟踪、室内白平衡、室外白平衡、一键触发白平衡、手动白平衡、自动户外白平衡、自动钠灯白平衡、手动钠灯白平衡，共9个选项菜单)；红色增益(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；蓝色增益(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；一键触发按钮。5、摄像头聚焦：自动聚焦模式开关；自动聚焦模式选择(由下拉菜单组成：标准模式、间隔自动对焦、触发调焦，共3个选项级别)；自动聚焦桑斯选择(由下拉菜单组成：标准模式、低，共2个选项级别)；手动聚焦(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；近距极限(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)。6、摄像头调焦：调焦(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；数字调焦(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)；并有联调模式和数字调焦选项。7、存储预设及宽动态：设置菜单选择(由下拉菜单组成：0、1、2、3、4、5、C，共7个选项级别)；回放功能菜单选择(由下拉菜单组成：0、1、2、3、4、5、C，共7个选项级别)；恢复出厂设置选择(由下拉菜单组成：0、1、2、3、4、5、C，共7个选项级别)；宽动态菜单选择(由下拉菜单组成：开、关、自动、固定比率、记录数字视频)。8、亮度调节：自动调节亮度开关；手动调节亮度(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)。9、双滤光片切换器：双滤光片切换模式开关；红外聚焦修正模式开关；双滤光片自动切换开关；双滤光片自动切换报警开关。10、曝光补偿调节：曝光补偿调节开关；手动调节曝光补偿(滑动条控制调节，并把调节结果以百分数形式显示出来)。参考图8-图15，为云台摄像头其他辅助功能界面，利用不同的功能界面相互配合，使画面更清晰，监控效果更好。