CN101313342B - 用于操作摇动倾斜变焦摄像机的方法和系统 - Google Patents

用于操作摇动倾斜变焦摄像机的方法和系统 Download PDF

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Abstract

提供了用于视频监视系统的方法和系统。该系统包括：包括底座的摄像机组件、第一摇动/倾斜机制、以及第二摇动/倾斜机制。所述第一摇动/倾斜机制可移除地耦合到所述底座。所述第二摇动/倾斜机制配置为耦合到所述底座替代所述第一摇动/倾斜机制。该系统还包括：存储器，配置为存储摇动/倾斜机制位置校准信息；以及控制器，通信地耦合到所述第一摇动/倾斜机制，配置为：接收所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；将所述位置校准信息存储到所述存储器；当所述第一摇动/倾斜机制被移除并且用第二摇动/倾斜机制替代时，从所述存储器中检索所述位置校准信息；以及下载检索的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用。

Description

用于操作摇动倾斜变焦摄像机的方法和系统
技术领域
本发明涉及视频监视系统，并且更具体地，涉及组装和拆卸相机摇动(pan)、倾斜(tilt)和变焦(zoom)组件。
背景技术
至少一些已知的视频监视系统包括一个或多个摄像机，其与摇动、倾斜和变焦(PTZ)组件一起安装在外壳中。该PTZ允许控制相机移动以将相机的视野与感兴趣的对象或感兴趣的位置对准。该机制的变焦部分可用于调整相机视野。外壳保护相机不受安装相机和PTZ组件的位置的环境影响。
至少一些已知的摄像机组件装备有“预置”控制(例如，伺服机制)来将相机定位到内部存储的摇动、倾斜、变焦、焦距和光圈位置。使用位置数据，每个相机的多个“预置”视图被存储和用于指引各个相机到这些预置视图的一个或序列，以响应于操作键盘上的键、或来自自动确定期望的视图或序列的系统控制中的逻辑。
在初始安装期间并且在此后周期性地，相机和/或PTZ组件可能需要从其安装位置移除。例如，随着时间的过去，相机和/或PTZ组件可能需要维护以将受损的或用坏的相机或PTZ组件恢复到可操作状态。然而，摇动/倾斜组件的机械不精确性典型地使得在摄像机组件被替换后重新编程各预置成为必要。
发明内容
在一个实施例中，一种视频监视系统包括：包括底座(base)的摄像机组件、第一摇动/倾斜机制、以及第二摇动/倾斜机制。所述第一摇动/倾斜机制可移除地耦合到所述底座。所述第二摇动/倾斜机制配置为耦合到所述底座替代所述第一摇动/倾斜机制。该系统还包括：存储器，配置为存储摇动/倾斜机制位置校准信息；以及控制器，通信地耦合到所述第一摇动/倾斜机制，配置为接收所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息，将所述位置校准信息存储到所述存储器，当所述第一摇动/倾斜机制被移除并且用第二摇动/倾斜机制替代时，从所述存储器中检索所述位置校准信息，以及下载检索的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用。
在另一个实施例中，一种操作摄像机组件的方法包括：存储第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；用第二摇动/倾斜机制替代第一摇动/倾斜机制；以及下载检索的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用。
在另一个实施例中，一种维持摄像机组件的方法包括：确定与所述组件相关联的第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；以及存储所述位置校准信息。该方法还包括：用第二摇动/倾斜机制替代第一摇动/倾斜机制；命令所述第二摇动/倾斜机制到预置的预置地址；在预置的预置地址采集图像；处理所述图像以确定所述图像的图元几何形状；比较确定的图元几何形状和存储在位置校准信息中的图元几何形状以确定位置校准信息校正；以及将所述校正应用到与所述第二摇动/倾斜机制相关联的位置校准信息。
附图说明
图1是根据本发明实施例的示例性视频监视系统的示意图；
图2是可用于图1所示的系统的示例性摄像机摇动、倾斜和变焦(PTZ)组件的透视图；以及
图3是从操作中正移除的相机中存储和传输预置信息到替代相机的示例性方法300的流程图。
具体实施方式
如在此使用的，以单数列举的并且以词“一(a)”或“一(an)”开始的元件或步骤，应当被理解为不排除多个元件或步骤，除非这样的排除明确列举。此外，参照本发明的“一个实施例”意图不在于被解释为排除另外的也并入列举的特征的实施例的存在。
图1是根据本发明实施例的示例性视频监视系统100的示意图。视频监视系统100包括：控制面板102、显示监视器104、以及摇动、倾斜和变焦(PTZ)组件105。典型地，相机106容纳在具有拱顶110的罩108中，用于保护相机106不受其中放置相机106的环境的影响。在一个实施例中，拱顶110被染色以允许相机106采集罩108外部的环境的图像，并且同时防止由相机106观察的环境中的个人确定相机106的朝向。在各种替代实施例中，拱顶110没有被染色。在示例性实施例中，相机106包括围绕垂直轴112摇动、围绕水平轴114倾斜、以及控制透镜组件116以使得相机106变焦的能力。例如，PTZ组件105包括摇动马达和编码器113以及倾斜马达和编码器115。该编码器确定摇动和倾斜马达的角度位置，并且产生与变焦设置一起使用的位置信号来确定视野中的区域。相机106的摇动移动由箭头118表示，相机106的倾斜运动由箭头120表示，而相机106的透镜组件116的聚焦长度的改变(即，变焦)由箭头122表示。如参照坐标系124显示的，摇动运动可以跟踪沿着x轴的运动，倾斜运动可以跟踪沿着y轴的运动，而聚焦长度调整可用于跟踪沿着z轴的运动。表示控制这样的能力的命令的信号从控制面板102通过控制数据线126传输。图像数据信号通过视频数据线130从相机106传输到显示监视器104和存储设备128。
透镜组件116观察位置132的区域，其可以远离控制面板102并且在视野134中以及沿着透镜组件116的观察轴136。位置132的图像可以由相机106转换为电视频信号，其被传输到显示监视器104。
在示例性实施例中，控制面板102包括X-Y控制操纵杆140，其用于产生摇动和倾斜命令。多个摇杆型开关142被用于控制透镜组件116的变焦144、焦距146和光圈148。在替代实施例中，操纵杆140包括用于控制相机106的变焦的扭转作用(actuation)。操纵杆140还可以并入扳机和/或按钮来便利操作与系统100相关联的各种控制。控制面板102还可以包括用于输入数字和值的数字键盘150。在替代实施例中，控制面板102可以包括用于输入文本以及数字的字母或字母数字键盘(未显示)。控制面板102还包括多个预置开关152，其可以被编程来执行自动控制相机106和/或透镜组件116的动作的宏(macro)。多个按钮154可用于例如预定的控制功能和/或用户定义的功能，例如在多相机视频监视系统中的相机选择。显示器156可用于显示视频监视系统100的状态或可用于显示与选择的相机相关联的各参数。
处理器158从软件、固件接收编程的指令以及从存储器160接收数据，并且使用该数据和指令执行各种操作。处理器158可以包括执行算术和逻辑操作的算术逻辑单元(ALU)以及控制单元，该控制单元从存储器160提取指令并且解码和执行它们，在必要时调用ALU。存储器160通常包括随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)，然而，可以存在其他类型的存储器，如可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)以及电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)。此外，存储器160可以包括操作系统，其在处理器158上执行。操作系统执行基本任务，该基本任务包括识别输入、发送输出到输出设备、保持跟踪文件和目录、以及控制各种外围设备。
如在此使用的，术语处理器指中央处理单元、微处理器、微控制器、精简指令集电路(RISC)、专用集成电路(ASIC)、逻辑电路、以及能够执行在此描述的功能的任何其他电路或处理器。存储器160可以包括用于预置的宏指令的存储位置，该预置的宏指令可以使用多个预置开关142之一访问。
如在此使用的，术语“软件”和“固件”可互换，并且包括存储在存储器中用于由处理器158执行的任何计算机程序，存储器包括RAM存储器、ROM存储器、EPROM存储器、EEPROM存储器和非易失性RAM(NVRAM)存储器。上面的存储器类型仅仅是示例性的，并且因此不限制为可用于计算机程序存储的存储器的类型。
在各种实施例中，处理器158和存储器160位于相机106外部，如在控制面板102或PC或其他能够执行在此描述的功能的单机或大型机计算机系统中。
在示例性实施例中，视频监视系统100是单个相机应用，然而，本发明的各种实施例可在具有另外的相机的更大监视系统内使用，该相机可以是固定的或可移动的相机或它们的一些组合，以提供更大或更复杂监视区域的覆盖。在替代实施例中，一个或多个录像机(未示出)连接到控制面板32，以提供由系统100中的相机13和其他相机所捕获的视频图像的记录。
图2是可用于(图1所示的)系统100的示例性摄像机摇动、倾斜和变焦(PTZ)组件200的透视图。PTZ组件200包括耦合到外壳里面部分的上托架或底座202。外壳被配置为固定地耦合到如天花板、支柱、柱或能够支持PTZ组件200的重量的其他适合安装，并且是稳定的平台来便利减少抖动。由于PTZ组件200的振动或摇动，在相机图像中抖动可能是明显的。
底座202包括一个或多个定位圆形物(round)204，其与可移除单元210的较低托架208中的定位插槽206互补。定位圆形物和定位插槽206用于在将可移除单元210耦合到底座202之前，将可移除单元210和底座对齐。底座202也可以包括一个或多个导杆(guide)212，其配置为接收耦合到可移除单元210上的环锁216的棘爪(pawl)214。在示例性实施例中，第二棘爪(未示出)类似地朝向棘爪214，并且与棘爪214间隔大约180°。在替代实施例中，使用了不同数量的棘爪。导杆212的远端218包括相对于PTZ组件200的纵轴222、以径向从导杆212延伸出的销(pin)220。棘爪214和销220被配置为接合以将可移除单元210的重量传送到底座202以便支持可移除单元210。在本发明的各种实施例中，销220被配置为可旋转的轮。
环锁216可旋转地耦合到较低的托架208。环锁216能够旋转的量受多个停止(stop)223和互补凹槽224限制，停止223和互补凹槽224接合来限制环锁216相对于较低托架208的旋转行进。摇动马达226的固定部分228固定地耦合到较低托架208。当摇动马达226旋转时，可移除单元210与可旋转部分相对于底座202旋转。滑动环230允许可移除单元210在第一旋转方向232或第二相对方向234上连续旋转。
可移除单元210包括可滑动地耦合到底盘237的罩236。罩236被配置为维持松开的位置(图1所示)和接合的位置。在接合的位置中，围绕罩236的外周圆周240排列、以及轴向延伸朝向环锁216的多个齿238，被配置为与围绕环锁216的外周圆周244排列、以及轴向延伸朝向齿238的多个齿242啮合。通过施加向上轴向力到罩236的底侧246，罩236从松开位置转变到接合位置。与从松开位置到接合位置定位罩236相关联的运动压缩或拉紧在罩236和底盘237之间耦合的多个偏置部分248。多个行进限制器247限制环锁216相对于较低托架208的向上运动。偏置部分248被配置为在施加到罩236的轴向力移除后将罩236返回到松开位置。
环锁216被配置为至少部分地围绕轴222旋转，而罩236被配置为与底盘237和摇动马达228的可旋转部分一起自由地围绕轴222旋转。因此，在齿238和242由施加到罩236的轴向力接合的情况下，另外的旋转力可以施加到罩236以使得环锁旋转。棘爪214与环锁216一起旋转朝向或远离销220。如果棘爪214旋转远离销220，则可移除单元210的重量将不再由棘爪214和销220的接合支持，并且可移除单元210将从底座202松开其自己的重量。在替代实施例中，一个或多个弹射弹簧被配置为施加偏置(bias)力到可移除单元210，以帮助将可移除单元200从底座202脱离。
图3是从操作中正移除的相机中存储和传输预置信息到替代相机的示例性方法300的流程图。方法300包括存储302与预置参照图像相关联的图元(primitive)几何图形。该图元几何图形从与各个预置地址或多个地址相关联的参照图像中提取。例如，预置可以能够使用单个地址寻址，或在相机能够摇动180°或更大的情况下，预置位置可以使用超过一个地址来寻址。如在此使用的，图元几何图形描述相对简单的形状和从是图像的特性的各图像中提取的形状的组合，并且能够用于将该图像从相机能够采集的其他图像中区分。该组图元几何图形典型地比完整图像占据更少的存储器资源。预置地址、各个图元几何形状、以及相关联的编码器位置信息存储在与相机相关联的底座中的存储器中，以便便利维护预置准确性。
当相机被替换时，包括例如预置地址、各个图元几何形状、以及相关联的编码器位置信息的位置校准数据被自动地下载到与相机相关联的存储器中。准确性和可重复性受两个因素限制：一，当前相机校准；以及二，相机和相机托架的机械安装容限。由于各相机之间的校准变化，移除和重新安装替代相机还会导致漂移，特别是对高度变焦预置，该替代相机继承由之前相机确定的预置。当替代相机首次安装时，为了准确性测试各预置。
使用位置校准数据命令304替代相机到预置地址。在示例性实施例中，替代相机自动初始化和执行脚本、宏、或程序以命令该替代相机指向由下载的编码器位置信息寻址的视图。然后在由下载的编码器位置信息指示的预置地址采集306图像。采集的图像以与图元几何图形从预置参照图像中提取的方式相同的方式被精简308到图元几何图形。从采集的图像中提取的图元几何图形与从之前为该预置存储的参照图像中提取的图元几何图形比较310。从该比较中，摇动、倾斜和/或变焦校正被确定312，然后对于该替代相机施加314校正到预置地址和它们的共轭。替代相机可以选择性地对与该替代相机相关联的所有预置执行相同校准，或者可以只对少于所有预置的可选择数量的预置执行校准。当使用在此描述的方法校准少于所有预置时，对于未校准预置的校正从执行的校准推断。例如，对未校准相机的校准可以是执行的校准的简单插值。在替代实施例中，校正因子通过搜索校准的预置的系统漂移来确定。确定的校正因子将是经过校准设置最小化预置误差的值。使用该技术的精度移除了系统中的两个主要不确定性，即编码器校准变化和相机到安装托架中的机械耦合。
视频监视系统的上述实施例提供了一种经济的和可靠的装置，用于使得操作者能够将预置信息从一个相机传送到替代相机，而没有预置数据的精度的实质损失。
上面详细描述了视频监视系统和装置的示例性实施例。图示的视频监视系统组件不限于在此描述的特定实施例，而是，每个系统的组件可以独立使用和与在此描述的其它组件分开地使用。例如，上面描述的视频监视系统组件还可以结合不同的视频监视系统组件使用。
在此描述的系统和方法的各种实施例的技术效果包括：通过将预置信息从一个相机传送到另一个而没有预置数据的精度的实质损失，以便利最少时间的相机组件的替换，便利了视频监视系统的操作。
尽管已经根据各种特定实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将意识到，本发明能够用权利要求的精神和范围内的修改来实践。

Claims (18)

1.一种视频监视系统，包括：
摄像机组件，包括：
底座：
第一摇动/倾斜机制，可移除地耦合到所述底座，所述第一摇动/倾斜机制包括位置编码器和摄像机，所述第一摇动/倾斜机制配置为将摄像机围绕摇动轴和倾斜轴的至少一个，旋转到至少一个预置地址；以及
第二摇动/倾斜机制，配置来耦合到所述底座；
存储器，配置为存储第一和第二摇动/倾斜机制的位置校准信息；以及
控制器，通信地耦合到所述第一摇动/倾斜机制，所述控制器配置为：
接收所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；
将所述位置校准信息存储到所述存储器；
当所述第一摇动/倾斜机制被移除并且用第二摇动/倾斜机制替代时，从所述存储器中检索所述位置校准信息；以及
下载检索的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用；其中所述控制器还配置为：
命令所述第二摇动/倾斜机制到包括在位置校准信息中的预定的预置地址；
确定在预定的预置地址采集的图像的图元几何形状；
使用确定的图元几何形状和包括在位置校准信息中的图元几何形状确定位置校准信息校正；以及
将所述校正应用到与所述第二摇动/倾斜机制相关联的位置校准信息。
2.如权利要求1所述的视频监视系统，其中所述存储器位于所述底座中。
3.如权利要求1所述的视频监视系统，其中所述控制器位于所述底座中。
4.如权利要求1所述的视频监视系统，其中所述编码器包括固定部分和可旋转部分，所述固定部分耦合到所述底座和所述摇动/倾斜机制的摇动部分的至少一个，所述可旋转部分耦合到所述摇动/倾斜机制的摇动部分和所述摇动/倾斜机制的倾斜部分的至少一个。
5.如权利要求1所述的视频监视系统，其中所述位置校准信息包括编码器数据、摇动/倾斜机制地址数据、以及各图元几何形状的至少一个。
6.如权利要求5所述的视频监视系统，其中所述编码器数据包括相对摇动位置数据和相对倾斜位置数据的至少一个。
7.如权利要求5所述的视频监视系统，其中所述地址数据包括所述摇动/倾斜机制的摇动部分的角度位置、摇动/倾斜机制的倾斜部分的角度位置、以及变焦设置。
8.如权利要求5所述的视频监视系统，其中所述各图元几何形状包括线、角、圆的至少一个。
9.一种操作摄像机组件的方法，所述摄像机组件包括底座和可移除地耦合到所述底座的多个可互换摇动/倾斜机制之一，所述方法包括：
存储第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；
用第二摇动/倾斜机制替代第一摇动/倾斜机制；以及
下载存储的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用；
命令所述第二摇动/倾斜机制到包括在位置校准信息中的预定的预置地址；
确定在预定的预置地址采集的图像的图元几何形状；
使用确定的图元几何形状和包括在位置校准信息中的图元几何形状确定位置校准信息校正；以及
将所述校正应用到与所述第二摇动/倾斜机制相关联的位置校准信息。
10.如权利要求9所述的方法，其中存储位置校准信息包括在位于底座中的存储器中存储位置校准信息。
11.如权利要求9所述的方法，其中摄像机组件包括控制器，其通信地耦合到耦合到所述底座的摇动/倾斜机制，并且其中存储位置校准信息包括：
接收所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；
将所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息存储到所述存储器；
当所述第一摇动/倾斜机制被移除并且用第二摇动/倾斜机制替代时，从所述存储器中检索所述第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；以及
下载检索的第一摇动/倾斜机制的位置校准信息用于由所述第二摇动/倾斜机制使用。
12.如权利要求9所述的方法，其中所述位置校准信息包括编码器数据、摇动/倾斜机制地址数据、以及各图元几何形状的至少一个。
13.如权利要求12所述的方法，其中所述编码器数据包括相对摇动位置数据和相对倾斜位置数据的至少一个。
14.如权利要求12所述的方法，其中所述地址数据包括所述摇动/倾斜机制的摇动部分的角度位置、摇动/倾斜机制的倾斜部分的角度位置、以及变焦设置。
15.如权利要求12所述的方法，其中存储位置校准信息包括：存储包括线、角、圆的至少一个的各图元几何形状。
16.一种维持摄像机组件的方法，包括：
确定与所述组件相关联的第一摇动/倾斜机制的位置校准信息；
存储所述位置校准信息；
用第二摇动/倾斜机制替代第一摇动/倾斜机制；以及
命令所述第二摇动/倾斜机制到预定的预置地址；
在预定的预置地址采集图像；
处理所述图像以确定所述图像的图元几何形状；
比较确定的图元几何形状和存储在位置校准信息中的图元几何形状以确定位置校准信息校正；以及
将所述校正应用到与所述第二摇动/倾斜机制相关联的位置校准信息。
17.如权利要求16所述的方法，其中确定位置校准信息包括：确定编码器数据、摇动/倾斜机制地址数据、以及各图元几何形状的至少一个。
18.如权利要求16所述的方法，其中存储位置校准信息包括：在第一摇动/倾斜机制外存储所述位置校准信息。
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