一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统及方法与流程

本发明涉及摄像机画面定点定位领域，具体涉及一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统即方法。

背景技术：

一般的视频画面，其视频数据是非结构化数据，也就是说视频画面连续的呈现视频流，但是使用者不能够根据具体的时间点或某些记录特征来寻找其中一个视频画面或一段视频画面。

如果对于视频这样的非结构化数据进行某些结构化改进，往往需要进行视频结构化分析服务器的方式进行，比如常见的视频结构化分析，是对视频中的行人、车辆特征进行分析，从而使得视频内容有了部分结构化的特征，使用者可以根据某些行人特征或车辆特征进行搜索，从而定位到视频中的某个位置，节省使用者从视频中找到某些关键目标的时间。但这样的结构化分析，因为需要对视频解码、视频特征提取、大量的视频算法和机器学习，往往需要大量的运算服务器才能够实现的，因此成本高昂。

使用者在观看视频时，其实往往更关注视频中的某些具体的目标，希望能够在视频中直接获取目标的相关信息，比如该目标的实际空间的位置。在以前的技术中，并没有较为可行的办法。

对于目标的定位，目前更多的办法是通过卫星定位，但是这不适用于视频中的目标。通过视频中观看到目标非常多，视频中随意出现的目标想通过卫星定位的模块来实现定位，在目前技术的基础上还十分的困难，因此需要对现有的技术进行进一步的改进，用以实现任意确定视频中某点，就可以获取改点实际的经纬度信息。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的提供一种通过点击视频中任意一点的位置即可以计算得到该位置的实际经纬度信息的系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统，包括摄像机、视频输入模块、经纬度计算模块、视频交互操作画面和摄像机信息存储模块，其中：

所述摄像机用于360度实时拍各个区域的视频，同时将拍摄到的视频信息以及所述摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数信息通过ip通信传输到视频接入模块；

所述视频接入模块用于接入摄像机的视频信号同时实时获取摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数信息；

所述摄像机信息存储模块用于存储记录摄像机基本信息的数据库，至少包括摄像机的经纬度信息、安装高度以及安装方位角信息；

所述视频交互操作画面是一个实现目标定位与经纬度计算的交互画面，画面中显示的是当前摄像机的实际画面视频，使用者通过输入设备在当前视频画面中任意点击一个位置，并确定该位置为定位点，同时把该位置信息传送到经纬度计算模块；

所述经纬度计算模块从接收到位置信息后，通过获取当前视频接入模块获取的摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数，查找出摄像机的高度信息、经纬度信息以及摄像机安装的方位角信息，通过地球空间距离计算方法计算出该目标点的经纬度。

优选地，所述摄像机安装在控制云台上，所述控制云台可以360度方向转动。

优选地，所述摄像机安装的镜头有多种放大倍数。

一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的方法，应用了上述的一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统，该方法包括以下步骤：

s1:通过输入设备在视频交互操作画面电机视频画面中某个位置，确定该定位点并对该定位点进行经纬度计算；

s2:经纬度计算模块计算定位点位置与整个视频的比例，确定定位点与视频中心点的位置；

s3:根据定位点与视频中心点的相对位置，计算出当前定位点位置与摄像机当前水平视场角、垂直视场角之间的夹角；

s4:根据定s3计算得到的夹角、摄像机当前的水平视场角、垂直视场角和摄像机的高度，计算出定位点位置与摄像机的相对距离；

s5:根据s4获取的相对距离计算相对经纬度角度相对值，从而得到该定位点的经纬度信息。

优选地，步骤s1中确定定位点和视频中心点的位置的方法如下：

确定视频中心点的位置：确定定位点后可以通过屏幕的显示直接获取到定位点n的坐标(xb，yb)；然后通过屏幕的分辨率，确定摄像机所在屏幕中心点m的坐标(xa，ya)。

优选地，根据屏幕中心点m与定位点n的坐标，通过经纬度计算模块获取摄像机水平视场角rx和垂直方向视场角ry，根据屏幕定点位置坐标和视场角的比例关系，计算得到在摄像机水平方向和垂直方向的偏转角度：

摄像机水平方向与屏幕中心点的偏转夹角：x1＝rx*(xa/xb)/2；

摄像机垂直方向与屏幕中心点的偏转夹角：x2＝ry*(ya/yb)/2。

优选地，根据摄像机水平方向及垂直方向与屏幕中心点的偏转夹角计算摄像机安装位置与定位带你的投射距离：

经纬度计算模块通过视频接入模块实时获取摄像机垂直角度t、摄像机的安装高度ob，根据定位点位置与屏幕中心点的偏转夹角x2，计算出摄像机安装位置b和定点位置的投影点a：

ba＝tan(a+x2)*ob，其中a＝90-t/2。

优选地，经纬度计算模块获取摄像机实时的水平角度，把摄像机转向到正北，得到此时水平方向角度与正北的偏转角度q1，此角度得到摄像机位置与定位位置的水平角度角aob，aob＝q1+x1，

通过定位点位置与摄像机的相对距离ab、角度aob来计算经纬度，其中定位点位置位于a，摄像机位置为b，根据摄像机b的经纬度b(jb，wb)，计算出定点位置a的经纬度a(ja，wa)，具体方法如下：

1)根据经纬度，以及地球半径r，将a、b两点的经纬度坐标转换成球体三维坐标；

2)根据a、b两点的三维坐标求ab长度；

ab²＝(xa-xb)²+(ya-yb)²+(za-zb)²

＝...＝2r²(1-cos(wa)cos(wb)cos(jb-ja)-sin(wa)sin(wb))；

3)根据余弦定理求出角aob；

ab²＝ao²+bo²-2ao*bo*cos(△aob)

4)ab弧长＝r*角aob.

以上各公式中：角aob是a跟b的夹角，o是地球的球心，r是地球半径。

优选地，经纬度计算采用了地球空间距离计算方法，地球空间距离计算采用了球面模型，球面模型将地球看成一个标准球体，球面上两点之间的最短距离即大圆弧长。

本发明有益的技术效果：本发明通过交互的监控画面，点击画面中视频的任意位置，根据已知的经纬度信息、高度信息和镜头可视范围信息，计算获得视频画面中相应位置的经纬度定位信息。使得用户能够在视频画面中能够很简便快捷的获得目标的经纬度定位信息，根据经纬度定位信息使用者可以对该位置进行数据录入、标注等各种操作，使用者能够通过直观的视频获得直接具体的信息，使用起来非常便利。

附图说明

图1为水平角视场角以及垂直视场角的示意图。

图2为本发明一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统的整体结构框图。

图3为本发明一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统的步骤流程图。

图4为计算安装位置与定点目标的投射距离的示意图.

图5为经纬度距离计算示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明，但本发明要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

本申请是在一种监控系统画面中，实现对视频画面中的任意目标进行计算，从而获得经纬度定位信息的系统和实现办法。具体的说是在可交互的监控画面中，点击画面中视频的任意位置，都可以根据已知的经纬度信息、高度信息和镜头可视范围信息，同过计算获得视频画面中相应位置的经纬度定位信息。这个方法，使得用户能够在视频画面中能够很简便快捷的获得目标的经纬度定位信息，根据经纬度定位信息使用者可以对该位置进行数据录入、标注等各种操作，使用者能够通过直观的视频获得直接具体的信息，使用起来非常便利。

为了对于本申请更进一步了解，先对本申请中出现的一些专业术语进行解释，本申请中涉及到的专利术语有监控系统、结构化数据和非结构化数据和视场角。

监控系统：

监控是各行业重点部门或重要场所进行实时监控的物理基础，管理部门可通过它获得有效数据、图像或声音信息，对突发性异常事件的过程进行及时的监视和记忆，用以提供高效、及时地指挥和高度、布置警力和处理案件等。

随着当前计算机应用的迅速发展和推广，全世界掀起了一股强大的数字化浪潮，各种设备数字化已成为安全防护的首要目标。目前大多数的监控系统已经升级换代到了数字化监控系统，数字化监控报警的主要特征是网络化或ip化。

结构化数据和非结构化数据：

结构化数据由明确定义的数据类型组成，其模式可以使其易于搜索。而非结构化数据通常由不容易搜索的数据组成，其中包括音频、视频和社交媒体发布等格式。

视场角：

1.在光学仪器中，以光学仪器的镜头为顶点，以被测目标的物像可通过镜头的最大范围的两条边缘构成的夹角，称为视场角。

视场角的大小决定了光学仪器的视野范围，视场角越大，视野就越大，光学倍率就越小。通俗地说，目标物体超过这个角就不会被收在镜头里。

2.在显示系统中，视场角就是显示器边缘与观察点(眼睛)连线的夹角。例如在图1中，aob角就是水平视场角，boc就是垂直视场角。

以下对本发明进行进一步详细说明：

如图2所示，一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统，包括摄像机、视频输入模块、经纬度计算模块、视频交互操作画面和摄像机信息存储模块，其中：

所述摄像机用于360度实时拍各个区域的视频，同时将拍摄到的视频信息以及所述摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数信息通过ip通信传输到视频接入模块；

这里摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数信息在安装的时候已经录入，并保存在摄像机信息存储模块中。

所述视频接入模块用于接入摄像机的视频信号同时实时获取摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数信息；

所述摄像机信息存储模块用于存储记录摄像机基本信息的数据库，至少包括摄像机的经纬度信息、安装高度以及安装方位角信息；

所述视频交互操作画面是一个实现目标定位与经纬度计算的交互画面，画面中显示的是当前摄像机的实际画面视频，使用者通过输入设备在当前视频画面中任意点击一个位置，并确定该位置为定位点，同时把该位置信息传送到经纬度计算模块；

所述经纬度计算模块从接收到位置信息后，通过获取当前视频接入模块获取的摄像机的水平角度、垂直角度和镜头倍数，查找出摄像机的高度信息、经纬度信息以及摄像机安装的方位角信息，通过地球空间距离计算方法计算出该目标点的经纬度。

所述摄像机安装在控制云台上，所述控制云台可以360度方向转动。所述摄像机安装的镜头有多种放大倍数。

在实际应用中，不限于只是计算出该定位点的经纬度信息，而是结合具体的应用功能，以经纬度信息为核心，记录该目标点相关其他信息。

举例子说明，在实际应用中，摄像机画面朝向是一个建筑物，点击这个画面时，则可以计算出视频中该建筑物的经纬度，其实际的应用中会以经纬度，记录该建筑物的更多信息，如建筑物的名称、建筑物的建成时间等等。这些信息的关键记录是经纬度信息。因此，本技术方案只说明在操作画面时，由经纬度计算模块计算出该视频画面中的经纬度信息。

如图3所示，一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的方法，应用了上述的一种计算摄像机视频画面任意位置经纬度的系统，该方法包括以下步骤：

s1:通过输入设备在视频交互操作画面电机视频画面中某个位置，确定该定位点并对该定位点进行经纬度计算；

s2:经纬度计算模块计算定位点位置与整个视频的比例，确定定位点与视频中心点的位置；

s3:根据定位点与视频中心点的相对位置，计算出当前定位点位置与摄像机当前水平视场角、垂直视场角之间的夹角；

s4:根据定s3计算得到的夹角、摄像机当前的水平视场角、垂直视场角和摄像机的高度，计算出定位点位置与摄像机的相对距离；

s5:根据s4获取的相对距离计算相对经纬度角度相对值，从而得到该定位点的经纬度信息。

优选地，步骤s1中确定定位点和视频中心点的位置的方法如下：

确定视频中心点的位置：确定定位点后可以通过屏幕的显示直接获取到定位点n的坐标(xb,yb)；然后通过屏幕的分辨率，确定摄像机所在屏幕中心点m的坐标(xa，ya)。

优选地，根据屏幕中心点m与定位点n的坐标，通过经纬度计算模块获取摄像机水平视场角rx和垂直方向视场角ry，根据屏幕定点位置坐标和视场角的比例关系，计算得到在摄像机水平方向和垂直方向的偏转角度：

摄像机水平方向与屏幕中心点的偏转夹角：x1＝rx*(xa/xb)/2；

摄像机垂直方向与屏幕中心点的偏转夹角：x2＝ry*(ya/yb)/2。

优选地，根据摄像机水平方向及垂直方向与屏幕中心点的偏转夹角计算摄像机安装位置与定位带你的投射距离：

参见图4，经纬度计算模块通过视频接入模块实时获取摄像机垂直角度t、摄像机的安装高度ob，根据定位点位置与屏幕中心点的偏转夹角x2，计算出摄像机安装位置b和定点位置的投影点a：

ba＝tan(a+x2)*ob，其中a＝90-t/2。

优选地，经纬度计算模块获取摄像机实时的水平角度，把摄像机转向到正北，得到此时水平方向角度与正北的偏转角度q1，此角度得到摄像机位置与定位位置的水平角度角aob，aob＝q1+x1，

参见图5，通过定位点位置与摄像机的相对距离ab、角度aob来计算经纬度，其中定位点位置位于a，摄像机位置为b，根据摄像机b的经纬度b(jb,wb)，计算出定点位置a的经纬度a(ja,wa)，具体方法如下：

1)根据经纬度，以及地球半径r，将a、b两点的经纬度坐标转换成球体三维坐标；

2)根据a、b两点的三维坐标求ab长度；

ab²＝(xa-xb)²+(ya-yb)²+(za-zb)2

＝...＝2r²(1-cos(wa)cos(wb)cos(jb-ja)-sin(wa)sin(wb))；

3)根据余弦定理求出角aob；

ab²＝ao²+bo²-2ao*bo*cos(△aob)

4)ab弧长＝r*角aob.

以上各公式中：角aob是a跟b的夹角，o是地球的球心，r是地球半径，约为6367000米。

优选地，经纬度计算采用了地球空间距离计算方法，地球空间距离计算采用了球面模型，球面模型将地球看成一个标准球体，球面上两点之间的最短距离即大圆弧长。

一个视频画面中就能够获知画面目标对应的经纬度信息，这首先实现了非结构化视频的结构化。使用者可以非常容易的根据某个视频画面的经纬度定位信息从而搜索到相应的视频画面。

同时，本发明的在视频画面中计算出目标经纬度的方法，不需要结构化分析服务器，不需要进行大量的视频分析，即能够实现视频画面中的经纬度计算，使用者并不需要投入较大的成本。

更关键的是视频画面中获得的经纬度信息与实际的经纬度信息是实际对应的，因此使用者在任何一个实际位置标注的信息，都可以在不同的摄像机中或平面地图中共享给其他使用者查看，使用者能够很方便的从视频中获得相关目标的信息，使用者使用起来非常便利。

与现有技术相比，本申请还具有以下特点：

本申请提出的在摄像机画面中对任意目标进行计算，从而得到该目标点的经纬度信息的办法，是采用了单独一个摄像机即可以实现的，与其他需要多个摄像机(如双目摄像机)的方法不同。

本申请的方法在常见的云台摄像机中，通过获取摄像机的安装经纬度和高度进行计算，实现了任意点获取经纬度信息的功能。

本申请的技术方案，在视频经纬度计算模块中，记录了本摄像机的安装位置信息，包括摄像机安装的经纬度、摄像机安装的高度。

本申请的技术方案，在无法获知摄像机的镜头水平视场角和水平视场角时，可计算出不同镜头倍数下摄像机镜头的水平视场角及垂直视场角并保存在信息存储模块，经纬度计算模块可通过查表直接调取。

根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对发明构成任何限制。