一种相机水平位置自适应调整方法、装置及电子设备与流程

本申请涉及视频监控领域，具体涉及高点视频监控中相机安装水平调整，尤其涉及一种移动信号塔视频监控中相机水平位置自适应调整方法。

背景技术：

移动信号塔或称铁塔，分布广泛，具有天然的网格化分布特征，除了用于支撑移动通信基础设施之外，其独特的塔高优势(40米-80米)、宽带通信优势和持续电力供应优势。

对于国土、河道、铁路、交通、石油管道、天然气管道的监测，农作物生长监测，农业生产灾害预警、灾后取证、灾后评估等多个领域，均有监控需求。

在进行高点监控中，相机会360度旋转，用以监控相机周边各个方向位置。为了保证对周边360度范围内的有效监控，及对检测目标精准定位的需求，通常要求相机安装时要保证相机安装的水平。但由于铁塔位置高，安装条件苛刻，难以找到有效的安装平面，在工程上调整相机水平是一种极为困难的事情。

技术实现要素：

鉴于现有技术中具有的上述缺陷或不足，本申请提出了一种自适应的相机姿态调整方法，能够在安装不水平的情况下，通过相机姿态实时调整，达到水平安装时的拍摄、定位效果。具体而言本申请提供一种基于移动信号塔视频监控中相机水平位置自适应调整方法，在相机360度旋转时，通过自动、实时调整相机俯仰角，对安装水平误差进行补偿。

具体而言本申请提供一种基于移动信号塔视频监控中相机水平位置自适应调整方法,其特征在于，包括如下步骤：

估算相机安装倾斜方向；

获取相机安装倾斜角度；

计算各方向上的相机倾斜误差；

选择参考方向；

计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值；

根据补偿值调整相机姿态。

进一步地，其特征在于：

估算相机安装倾斜方向包括如下步骤：

1)将相机焦距调整到最大；

2)调整相机俯仰角使天际线位于相机画面中间，记录相机俯仰角值；然后以一定角度为步进角度，水平旋转相机；

3)然后重复步骤2，直至相机实现360度旋转；

4)在步骤3)完成的基础上，选取俯仰角最大的区间，不断细化步进角度，直至找出俯仰角最大的方向，这个方向即为相机倾斜方向，其相对正北的水平旋转角度记为β。

进一步地，其特征在于：所述一定角度为5-30度，优选为10度。

进一步地，其特征在于：所述不断细化步进角度的最小角度优选为0.1-5度。

进一步地，其特征在于：所述获取相机安装倾斜角度具体为，

记相机倾斜方向上使天际线位于画面中间时，相机俯仰角为∠1；将相机水平旋转180度，调整相机俯仰角，使天际线位于画面中间，这时得相机俯仰角为∠2，则相机安装倾斜角度为：

θ＝(∠1-∠2)/2。

进一步地，其特征在于：所述计算各方向上的相机倾斜误差，包括，

以相机倾斜方向逆时针旋转90度为基准方向，记为β0，则

β0＝β-90，若β0小于0度，β0＝β0+360

则相机水平旋转360度任意角度q(角度相对于正北方向)的倾斜误差为：

θq＝θ*sin(q-β0)。

本申请还提供一种相机水平位置自适应调整装置，其特征在于，所述装置包括：

倾斜方向估算模块，用于估算相机安装倾斜方向；

倾斜角度获取模块，用于获取相机安装倾斜角度；

倾斜误差计算模块，用于计算各方向上的相机倾斜误差；

选择模块，用于选择某一方向做为参考方向，设置相机姿态，达到最佳拍摄角度；

补偿值计算模块，用于计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值；

调整模块，用于根据计算的补偿值调整相机姿态。

进一步地，其特征在于，所述倾斜方向估算模块估算相机安装倾斜方向，具体为：

1)将相机焦距调整到最大；

2)调整相机俯仰角使天际线位于相机画面中间，记录相机俯仰角值；然后以一定角度为步进角度，水平旋转相机；

3)然后重复步骤2，直至相机实现360度旋转；

4)在步骤3)完成的基础上，选取俯仰角最大的区间，不断细化步进角度，直至找出俯仰角最大的方向，这个方向即为相机倾斜方向，其相对正北的水平旋转角度记为β。

本申请还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一方案所述的方法。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一方案所述的方法。

采用本申请的方案，能够在安装平面不水平的情况下，通过相机姿态实时调整，达到水平安装时的拍摄、定位效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请原理图；

图2为本申请水平自适应调整方法流程图；

图3为本申请自适应调整装置结构图；

图4为本申请电子设备的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

本申请中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

参考图1，解释一下本申请的水平位置自适应调整方法的原理：

首先对于移动信号塔视频监控相机的安装进行水平误差分析：

如图1所示，浅色平行四边形代表水平面，具体为选取过相机中心点p的水平面。深色平行四边形代表相机的实际安装平面，由于安装平面不水平，相对水平平面有一定的倾斜角度。这个水平平面与安装平面一条且只有一条相交线a，中心点p在相交线a上。

在安装平面上做过p点且垂直于相交线a的垂直线b，垂直线b在水平面上投影记为投影线c，垂直线b与投影线c的夹角θ即为安装倾斜角度，也是安装误差。

相机在安装平面上360度旋转时，各位置的倾斜误差是倾斜角θ在与水平面的垂直的垂直平面上的投影，其值变化符合正弦三角函数。选取相机上扬方向上逆时针90度方向为基准方向，基准方向在安装平面与水平平面相交线的方向，则各个旋转角度的倾斜角度为：

3＝θsin(α)

其中α是相对基准方向的相机水平旋转角度，取值范围[0-360]。

基于上述误差分析，为达到误差补偿目的，本申请提供的一种移动信号塔视频监控中相机水平位置自适应调整方法，包括如下步骤：

(1)估算相机安装倾斜方向；

(2)获取相机安装倾斜角度；

(3)计算各方向上的相机倾斜误差；

(4)选择某一方向做为参考方向，设置相机姿态，达到最佳拍摄角度；

(5)计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值；

(6)根据补偿值调整相机姿态。

在一个方案中，所述估算相机安装倾斜方向包括如下步骤：

1)将相机焦距调整到最大；

2)调整相机俯仰角使天际线位于相机画面中间，记录相机俯仰角值；然后以一定角度为步进角度，水平旋转相机；

3)然后重复步骤2，直至相机实现360度旋转；

4)在步骤3)完成的基础上，选取俯仰角最大的区间，不断细化步进角度，直至找出俯仰角最大的方向，这个方向即为相机倾斜方向，其相对正北的水平旋转角度记为β。

其中，所述一定角度可以选择为5-30度，优选为10度。

其中，所述不断细化步进角度的最小角度优选为0.1-5度。

在一个方案中，所述获取相机安装倾斜角度具体为：

记相机倾斜方向上使天际线位于画面中间时，相机俯仰角为∠1；将相机水平旋转180度，调整相机俯仰角，使天际线位于画面中间，这时得相机俯仰角为∠2，则相机安装倾斜角度为：

θ＝(∠1-∠2)/2

在一个方案中，所述计算各方向上的相机倾斜误差，包括：

以相机倾斜方向逆时针旋转90度为基准方向，记为β0，则

β0＝β-90，若β0小于0度，β0＝β0+360

则相机水平旋转360度任意角度q(角度相对于正北方向)的倾斜误差为：

θq＝θ*sin(q-β0)

在一个方案中，所述参考方向的选择方法为，

相机参考方向的选取应符合下述要求：在该方向上特征物明显，便于为定位定标；无大面积遮挡。

水平旋转相机至理想位置，调整相机焦距、俯仰角等参数至最佳拍摄状态，记录其设置参数值和相对正北的旋转角度r，此时的安装倾斜误差为：

θr＝θ*sin(r-β0)

在一个方案中，所述计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值，包括

设相机位置为d，计算该方向上相机安装倾斜误差：

θd＝θ*sin(d-β0)

则方向d上误差补偿值为：

δθ＝θd-θr。

采用这样的方案，可以在基于最佳拍摄位置基础上，进行360的补偿，实现更好的补偿和拍摄效果。

在相机姿态调整时，根据程序控制，可在相机旋转过程中不断获取相机旋转角度，利用上述方法计算该角度上的补偿值，根据补偿值调整相机俯仰角，通过安装误差补偿使安装不水平相机达到水平安装的拍摄效果。

如图2所示，本申请还提供一种相机水平位置自适应调整装置，所述装置包括：

倾斜方向估算模块，用于估算相机安装倾斜方向；

倾斜角度获取模块，用于获取相机安装倾斜角度；

倾斜误差计算模块，用于计算各方向上的相机倾斜误差；

选择模块，用于选择某一方向做为参考方向，设置相机姿态，达到最佳拍摄角度；

补偿值计算模块，用于计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值；

调整模块，用于根据计算的补偿值调整相机姿态。

在一个方案中，所述倾斜方向估算模块估算相机安装倾斜方向具体为：

1)将相机焦距调整到最大；

2)调整相机俯仰角使天际线位于相机画面中间，记录相机俯仰角值；然后以一定角度为步进角度，水平旋转相机；

3)然后重复步骤2，直至相机实现360度旋转；

4)在步骤3)完成的基础上，选取俯仰角最大的区间，不断细化步进角度，直至找出俯仰角最大的方向，这个方向即为相机倾斜方向，其相对正北的水平旋转角度记为β。

其中，所述一定角度可以选择为5-30度，优选为10度。

其中，所述不断细化步进角度的最小角度优选为0.1-5度。

在一个方案中，所述倾斜角度获取模块获取相机安装倾斜角度具体为：

记相机倾斜方向上使天际线位于画面中间时，相机俯仰角为∠1；将相机水平旋转180度，调整相机俯仰角，使天际线位于画面中间，这时得相机俯仰角为∠2，则相机安装倾斜角度为：

θ＝(∠1-∠2)/2

在一个方案中，所述倾斜误差计算模块计算各方向上的相机倾斜误差具体为

以相机倾斜方向逆时针旋转90度为基准方向，记为β0，则

β0＝β-90，若β0小于0度，β0＝β0+360

则相机水平旋转360度任意角度q(角度相对于正北方向)的倾斜误差为：

θq＝θ*sin(q-β0)

在一个方案中，所述选择模块选择参考方向具体为，

相机参考方向的选取应符合下述要求：在该方向上特征物明显，便于为定位定标；无大面积遮挡。

水平旋转相机至理想位置，调整相机焦距、俯仰角等参数至最佳拍摄状态，记录其设置参数值和相对正北的旋转角度r，此时的安装倾斜误差为：

θr＝θ*sin(r-β0)

在一个方案中，所述补偿值计算模块计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值，具体为

设相机位置为d，计算该方向上相机安装倾斜误差：

θd＝θ*sin(d-β0)

则方向d上误差补偿值为：

δθ＝θd-θr。

采用这样的方案，可以在基于最佳拍摄位置基础上，进行360的补偿，实现更好的补偿和拍摄效果。

在一个方案中，所述调整模块根据计算的补偿值调整相机姿态为

根据程序控制，可在相机旋转过程中不断获取相机旋转角度，利用上述方法计算该角度上的补偿值，根据补偿值调整相机俯仰角，通过安装误差补偿使安装不水平相机达到水平安装的拍摄效果。

本申请还提供一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述任一方案所述的方法。

下面参考图3，其示出了适于用来实现本申请实施例的装置的电子设备400的结构示意图。

如图3所示，电子设备400包括中央处理单元(cpu)401，其可以根据存储在只读存储器(rom)402中的程序或者从存储部分408加载到随机访问存储器(ram)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram403中，还存储有系统400操作所需的各种程序和数据。cpu401、rom402以及ram403通过电路404彼此相连。输入/输出(i/o)接口405也连接至电路404。

以下部件连接至i/o接口405：包括触摸屏输入部分406；包括诸如液晶显示面板(lcd)等以及扬声器等的输出部分407；包括硬盘等的存储部分408；以及包括诸如天线、调制解调器等的网络接口的通信部分409。通信部分409经由诸如因特网的网络执行通信处理。驱动器410也根据需要连接至i/o接口405。可拆卸介质411，诸如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器等等，根据需要安装在驱动器410上，以便于从其上读出的计算机程序根据需要被安装入存储部分408。

特别地，根据本申请的实施例，上文参考流程图图1描述的方法和流程可以被实现为计算机软件程序。例如，本申请包括一种计算机程序产品，其包括承载在机器可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分409从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质411被安装。在该计算机程序被中央处理单元(cpu)401执行时，执行本申请的系统中限定的上述功能。

本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述任一项所述的方法。

需要说明的是，本申请所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是但不限于—电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本申请中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本申请中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。

下面结合附图1说明本申请的一个具体实施例，以安装平面相比于水平面倾斜10度，最大倾斜角度方向在正东方向。

1.估算相机安装倾斜方向

1)将相机焦距调整到最大；

2)调整相机俯仰角使天际线位于相机画面中间，记录相机俯仰角值；然后以20度为步进角度，水平旋转相机；

3)然后重复步骤2，直至相机实现360度旋转；

4)在步骤3)完成的基础上，可知俯仰角最大的区间在大致东向，之后分别以3度、0.5度细化步进角度，直至找出俯仰角最大的方向为正东方向，这个方向即为相机倾斜方向，其相对正北的水平旋转角度记为β＝270度。

2.获取相机安装倾斜角度

将相机放置在倾斜方向(正东方向)上使天际线位于画面中间时，相机俯仰角为∠1＝10度；将相机水平旋转180度到正西方向，调整相机俯仰角，使天际线位于画面中间，这时得相机俯仰角为∠2＝-10度，则相机安装倾斜角度为：

θ＝(∠1-∠2)/2＝(10+10)/2＝10度

3计算各方向上的相机倾斜误差；

以相机倾斜方向逆时针旋转90度为基准方向(正北方向)，记为β0，则

β0＝β-90＝180度

则相机水平旋转360度任意角度q(角度相对于正北方向)的倾斜误差为：

θq＝θ*sin(q-β0)＝θ*sin(q-180)

4选择任意方向作为参考方向，设置相机姿态，达到最佳拍摄角度；

假设北偏西30度为参考方向，水平旋转相机至该理想位置，调整相机焦距、俯仰角等参数至最佳拍摄状态，记录其设置参数值和相对正北的旋转角度r＝180度，此时的安装倾斜误差为：

θr＝θ*sin(r-β0)＝θ*sin(150)＝0.5θ

5计算相机现处方向相对于参考方向的补偿值；

假设相机现在位置为d，计算该方向上相机安装倾斜误差：

θd＝θ*sin(d-β0)

则方向d上误差补偿值为：

δθ＝θd-θr＝θd-0.5θ

6根据补偿值调整相机姿态。

根据第5步计算的各个方向的误差补偿值及相机当前的方向，实时进行误差补偿。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。