一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统及其方法

1.一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统，其特征在于，包括：
广角摄像机，用于拍摄大场景视域内的广角视频；
PTZ摄像机，用于拍摄大场景视域内的局部放大视频；
操作维护平台，设于用户端，供用户对广角摄像机的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击；
前置处理装置，与操作维护平台、所述广角摄像机以及所述PTZ摄像机通信连接，用于接收用户指令、在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并确定PTZ摄像机的放大倍数从而对PTZ摄像机进行运动控制，所述PTZ摄像机的放大倍数根据以下公式确定：
fPTZ＝min{αw，αh}·fWAC
其中，min{αw，αh}表示在αw和αh中选取值较小的，而
fWAC是广角摄像机的焦距，swwac和shwac分别是广角摄像机图像传感器的长和宽，swptz和shptz分别是PTZ摄像机图像传感器的长和宽，wwac和hwac分别是广角摄像机全幅画面的长和宽，wtarget和htarget分别是需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽，fPTZ是PTZ摄像机的焦距。
2.如权利要求1所述的PTZ摄像机瞬时光学就位系统，其特征在于，所述前置处理装置包括：
坐标映射模块，用于根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并确定PTZ摄像机的放大倍数；以及
PTZ运动控制模块，与所述坐标映射模块通信连接，用于根据坐标映射模块产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，使PTZ摄像机的画面中心对准目标对象的位置中心。
3.如权利要求2所述的PTZ摄像机瞬时光学就位系统，其特征在于，还包括管理服务器，与所述操作维护平台通信连接以及所述前置处理装置，用于接收用户的指令并将用户指令分发给所述前置处理装置进行处理。
4.如权利要求3所述的PTZ摄像机瞬时光学就位系统，其特征在于，还包括：
视频采集模块，与所述广角摄像机及PTZ摄像机连接，用于获取广角摄像机及PTZ摄像机拍摄的视频；
图像处理模块，与所述视频采集模块以及所述坐标映射模块通信连接，用于对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正；以及
RS232/R485转换装置，与所述PTZ运动控制模块以及PTZ摄像机通信连接，用于将PTZ运动控制模块生成的运动指令传送至PTZ摄像机使PTZ摄像机进行相应调整。
5.一种PTZ摄像机瞬时光学就位方法，其特征在于，包括步骤：
1）用户对广角摄像机的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击；
2）根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并根据广角摄像机的焦距、广角摄像机图像传感器的长和宽、PTZ摄像机图像传感器的长和宽、广角摄像机全幅画面的长和宽、需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽来确定PTZ摄像机的放大倍数，所述PTZ摄像机的放大倍数根据以下公式确定：
fPTZ＝min{αw，αh}·fWAC
其中，min{αw，αh}表示在αw和αh中选取值较小的，而
fWAC是广角摄像机的焦距，swwac和shwac分别是广角摄像机图像传感器的长和宽，swptz和shptz分别是PTZ摄像机图像传感器的长和宽，wwac和hwac分别是广角摄像机全幅画面的长和宽，wtarget和htarget分别是需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽，fPTZ是PTZ摄像机的焦距；以及
3）根据产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，控制PTZ摄像机的画面中心对准目标对象的位置中心。
6.如权利要求5所述的PTZ摄像机瞬时光学就位方法，其特征在于，所述步骤1）由用户在操作维护平台用鼠标完成；所述步骤2）由前置处理装置中坐标映射模块完成；所述步骤3）由前置处理装置中PTZ运动控制模块完成。
7.如权利要求5所述的PTZ摄像机瞬时光学就位方法，其特征在于，还包括由前置处理装置中图像处理模块对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正的步骤。
8.如权利要求7所述的PTZ摄像机瞬时光学就位方法，其特征在于，还包括由管理服务器接收用户的指令并将用户指令分发给所述前置处理装置进行处理的步骤。

一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统及其方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及一种由广角摄像机与PTZ摄像机构成的双摄像系统及其方法，尤其涉及一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统及其方法。\n背景技术\n[0002] 在道路交通，小区或建筑安保等越来越多的领域中使用了由广角摄像机与PTZ摄像机构成的双摄像系统。其中广角摄像机用于拍摄大范围的广域视频，而PTZ摄像机则可以调整焦距拍摄清晰的局部放大视频。\n[0003] 当用户发现广角摄像机拍摄的广域视频中有感兴趣的目标对象时，需要切换至覆盖目标对象的PTZ摄像机所拍摄的清晰画面。然而现有技术中，用户需要利用键盘来进行上述操作，操作十分麻烦，而且需要手动调整PTZ摄像机的焦距，可能延误观察目标对象的最佳时机。具体参照图3所示，现有技术中PTZ球机采用的是键盘操作方法，用户通过实体键盘或者软件虚拟键盘进行“上”、“下”、“左”、“右”、“放大”、“缩小”等操作。通过键盘操作的方法，用户想要摄像机镜头对准某一个感兴趣的区域并且放大，需要反复进行“上”、“下”、“左”、“右”、“放大”、“缩小”等等操作，一般需要十几秒钟甚至几十秒钟。\n[0004] 因此，有必要提出一种新的双摄像系统以解决上述技术缺陷。\n发明内容\n[0005] 本发明旨在提供一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统及其方法，通过前置处理装置能够瞬时将用户在广域视频图像上截取或点击的图像转换为PTZ运动控制指令从而获得经PTZ摄像机光学放大后的图像。\n[0006] 为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为提供一种PTZ摄像机瞬时光学就位系统，包括：广角摄像机，用于拍摄大场景视域内的广角视频；PTZ摄像机，用于拍摄大场景视域内的局部放大视频；操作维护平台，设于用户端，供用户对广角摄像机的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击；前置处理装置，与操作维护平台、所述广角摄像机以及所述PTZ摄像机通信连接，用于接收所述用户指令、在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并确定PTZ摄像机的放大倍数从而对PTZ摄像机进行运动控制。\n[0007] 较佳地，所述前置处理装置包括：坐标映射模块，用于根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并确定PTZ摄像机的放大倍数；以及PTZ运动控制模块，与所述坐标映射模块通信连接，用于根据坐标映射模块产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，使PTZ摄像机的画面中心对准目标对象的位置中心。\n[0008] 较佳地，所述PTZ摄像机瞬时光学就位系统还包括管理服务器，与所述操作维护平台通信连接以及所述前置处理装置，用于接收用户的指令并将用户指令分发给所述前置处理装置进行处理；视频采集模块，所述与广角摄像机及PTZ摄像机连接，用于获取广角摄像机及PTZ摄像机拍摄的视频；图像处理模块，与所述视频采集模块以及所述坐标映射模块通信连接，用于对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正；以及RS232/R485转换装置，与所述PTZ运动控制装置以及PTZ摄像机通信连接，用于将PTZ运动控制模块生成的运动指令传送至PTZ摄像机使PTZ摄像机进行相应调整。\n[0009] 较佳地，所述PTZ摄像机的放大倍数根据以下公式确定：\n[0010] fPTZ＝min{αw，αh}·fWAC\n[0011] 其中，min{αw，αh}表示在αw和αh中选取值较小的，而\n[0012] \n[0013] fWAC是广角摄像机的焦距，swwac和shwac分别是广角摄像机图像传感器的长和宽，swptz和shptz分别是PTZ摄像机图像传感器的长和宽，wwac和hwac分别是广角摄像机全幅画面的长和宽，wtarget和htarget分别是需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽，fPTZ是PTZ摄像机的焦距。\n[0014] 本发明还提供一种PTZ摄像机瞬时光学就位方法，包括步骤：\n[0015] 1)用户对广角摄像机的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击；\n[0016] 2)根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并根据广角摄像机的焦距、广角摄像机图像传感器的长和宽、PTZ摄像机图像传感器的长和宽、广角摄像机全幅画面的长和宽、需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽来确定PTZ摄像机的放大倍数；以及\n[0017] 3)根据产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，控制PTZ摄像机的画面中心对准目标对象的位置中心。\n[0018] 较佳地，所述步骤1)由用户在操作维护平台用鼠标完成；所述步骤2)由前置处理装置中坐标映射模块完成；所述步骤3)由前置处理装置中PTZ运动控制模块完成。\n[0019] 较佳地，所述步骤2)中所述PTZ摄像机的放大倍数根据以下公式确定：\n[0020] fPTZ＝min{αw，αh}·fWAC\n[0021] 其中，min{αw，αh }表示在αw和αh中选取值较小的，而\n[0022] \n[0023] fWAC是广角摄像机的焦距，swwac和shwac分别是广角摄像机图像传感器的长和宽，swptz和shptz分别是PTZ摄像机图像传感器的长和宽，wwac和hwac分别是广角摄像机全幅画面的长和宽，wtarget和htarget分别是需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽，fPTZ是PTZ摄像机的焦距。\n[0024] 较佳地，所述PTZ摄像机瞬时光学就位方法还包括由前置处理装置中图像处理模块对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正的步骤；由管理服务器接收用户的指令并将用户指令分发给所述前置处理装置进行处理的步骤。\n[0025] 所述在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系的映射可参照本申请人的另一项申请号为20110119042.3，发明名称为《多目标跟踪特写拍摄视频监控系统》的专利申请。\n简单来说，坐标转换模块利用坐标转换机制将第一摄像系统拍摄的大场景视域中的任意点投影于所述第一摄像系统拍摄的广角视频的图像平面上的二维坐标(x，y)转换为第二摄像系统中的一个被选择的PTZ摄像机在其中心对准所述任意点时的垂直高度角θ和水平方位角 ，其中所述坐标转换机制是通过在所述大场景视域内随机选取的至少三个任意点来建立。坐标转换方程式为：\n[0026] \n[0027] 其中，\n[0028] fx，fy是以像素x和y方向的尺寸为单位的焦距长度，(cx，cy)是广角摄像机光学中心在像平面上投影的坐标，A是所述坐标转换映射参数矩阵。\n[0029] 通过本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位系统及其方法，当用户利用鼠标进行画框截取或点击这样的简单操作时，通过前置处理装置能够瞬时将用户在广域视频图像上截取或点击的图像转换为PTZ运动控制指令从而获得经PTZ摄像机光学放大后的图像，不仅操作便捷而且整个处理过程十分快速，一般在0.5秒以内，几乎在瞬间就可以让PTZ摄像机指向目标区域并且光学放大，与传统的PTZ键盘操作方法相比效率大大提高。\n附图说明\n[0030] 下面将结合附图和具体实施方式对本发明的钢结构的铰连接装置作进一步说明。\n[0031] 图1为本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位系统的示意图；\n[0032] 图2为通过本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位系统及方法将用户截取或点击的图像瞬间光学放大的示意图，其中左图为广角摄像机拍摄的图像，右图为光学放大的图像；以及\n[0033] 图3为现有技术中利用键盘对PTZ摄像机进行控制的键盘示意图。\n具体实施方式\n[0034] 如图1所示，本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位系统包括：广角摄像机10、PTZ摄像机20、操作维护平台30、管理服务器40以及前置处理装置50。\n[0035] 所述广角摄像机10，用于拍摄大场景视域内的广角视频。所述PTZ摄像机20，用于拍摄大场景视域内的局部放大视频。\n[0036] 所述操作维护平台30，设于用户端，供用户通过鼠标对所述广角摄像机10的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击，为了将所截取的图像进行光学放大。\n[0037] 所述管理服务器40，与所述操作维护平台30通信连接，用于接收用户的指令并进行分发。\n[0038] 所述前置处理装置50，与所述管理服务器40、所述广角摄像机10以及所述PTZ摄像机20通信连接，用于接收管理服务器40分发的用户指令、在所述广角摄像机10及所述PTZ摄像机20间建立坐标关系映射并确定所述PTZ摄像机20的放大倍数从而对所述PTZ摄像机20进行运动控制。\n[0039] 所述前置处理装置50包括：视频采集模块51、图像处理模块52、坐标映射模块\n53、PTZ运动控制模块54以及RS232/R485转换装置55。\n[0040] 所述视频采集模块51，所述与广角摄像机10及PTZ摄像机20连接，用于获取广角摄像机10及PTZ摄像机拍摄20的视频。所述图像处理模块52，与所述视频采集模块51通信连接，用于对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正。所述坐标映射模块53，与所述图像处理模块52通信连接，用于根据用户指令在所述广角摄像机10及所述PTZ摄像机20间建立坐标关系映射并确定所述PTZ摄像机20的放大倍数。所述PTZ运动控制模块54，与所述坐标映射模块53通信连接，用于根据坐标映射模块53产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，使所述PTZ摄像机20的画面中心对准目标对象的位置中心。所述RS232/R485转换装置55，与所述PTZ运动控制装置54以及所述PTZ摄像机20通信连接，用于将所述PTZ运动控制模块54生成的运动指令传送至所述PTZ摄像机20使所述PTZ摄像机20进行相应调整。\n[0041] 本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位方法，包括如下步骤：\n[0042] 1)用户对广角摄像机的拍摄图像中感兴趣的目标对象进行截取或点击；\n[0043] 2)根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系映射并根据广角摄像机的焦距、广角摄像机图像传感器的长和宽、PTZ摄像机图像传感器的长和宽、广角摄像机全幅画面的长和宽、需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽来确定PTZ摄像机的放大倍数；以及\n[0044] 3)根据产生的坐标关系映射及放大倍数生成相应的运动指令，控制PTZ摄像机的画面中心对准目标对象的位置中心。\n[0045] 较佳地，所述步骤1)由用户在操作维护平台30用鼠标完成；所述步骤2)由前置处理装置50中坐标映射模块53完成；所述步骤3)由前置处理装置50中PTZ运动控制模块54完成。\n[0046] 较佳地，还包括由前置处理装置50中图像处理模块52对摄像机镜头造成的光学畸变进行矫正的步骤，以及由管理服务器40接收用户的指令并将用户指令分发给所述前置处理装置50进行处理的步骤。\n[0047] 如图2所示，用户在操作维护平台30上用鼠标在广角摄像机10拍摄的广域图像上截取或点击想要放大的图像(如左图)，瞬间前置处理装置50会将该用户指令转换为PTZ运动控制指令，即对PTZ摄像机20的水平移动(Pan)以及垂直移动(Tilt)的精确位置以及放大倍数(焦距)确定从而获得由PTZ摄像机20光学放大后的图像(如右图)，整个操作过程完成在0.5秒以内，远远快于传统的PTZ键盘式操作模式。\n[0048] 以下进一步阐述本发明的PTZ摄像机瞬时光学就位系统及方法根据用户指令在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系的映射并确定PTZ摄像机的放大倍数的实现原理。\n[0049] 所述PTZ摄像机20的放大倍数即PTZ摄像机拍摄大场景视域内的目标区域时所采用的焦距根据以下公式确定：\n[0050] fPTZ＝min{αw，αh}·fWAC\n[0051] 其中，min{αw，αh}表示在αw和αh中选取值较小的，而\n[0052] \n[0053] fWAC是广角摄像机的焦距，swwac和shwac分别是广角摄像机图像传感器的长和宽，swptz和shptz分别是PTZ摄像机图像传感器的长和宽，wwac和hwac分别是广角摄像机全幅画面的长和宽，wtarget和htarget分别是需要放大的目标在广角摄像机画面中的长和宽，fPTZ是PTZ摄像机的焦距。\n[0054] 所述在广角摄像机及PTZ摄像机间建立坐标关系的映射可参照本申请人的另一项申请号为20110119042.3，发明名称为《多目标跟踪特写拍摄视频监控系统》的专利申请。\n简单来说，坐标转换模块利用坐标转换机制将第一摄像系统拍摄的大场景视域中的任意点投影于所述第一摄像系统拍摄的广角视频的图像平面上的二维坐标(x，y)转换为第二摄像系统中的一个被选择的PTZ摄像机在其中心对准所述任意点时的垂直高度角θ和水平方位角 ，其中所述坐标转换机制是通过在所述大场景视域内随机选取的至少三个任意点来建立。所述坐标转换机制通过以下步骤来建立：\n[0055] 选取位于大场景视域内的一任意点；\n[0056] 确定所述第二摄像系统的PTZ摄像机在其中心对准所述任意点以定标时的垂直高度θ和水平方位角\n[0057] 确定所述任意点投射于所述第一摄像系统拍摄的广角视频图像平面上的坐标(x，y)；\n[0058] 通过随机选取至少三个任意点的上述数据确定一坐标转换映射参数矩阵A；\n[0059] 利用所述映射参数矩阵A建立所述第一摄像系统的摄像机的像平面像素坐标(x，y)与相应的第二摄像系统的PTZ摄像机的垂直高度角和水平方位角(θ， )之间的坐标转换方程式：\n[0060] \n[0061] 其中，\n[0062] fx，fy是以像素x和y方向的尺寸为单位的焦距长度，(cx，cy)是广角摄像机光学中心在像平面上投影的坐标，A是所述坐标转换映射参数矩阵。\n[0063] 通过上述技术方案，当用户利用鼠标进行画框截取或点击这样的简单操作时，通过前置处理装置能够瞬时将用户在广域视频图像上截取或点击的图像转换为PTZ运动控制指令从而获得经PTZ摄像机光学放大后的图像，不仅操作便捷而且整个处理过程十分快速，一般在0.5秒以内，几乎在瞬间就可以让PTZ摄像机指向目标区域并且光学放大，与传统的PTZ键盘操作方法相比效率大大提高。\n[0064] 以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。