CN102915043A - 一种提高云台定位精度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提高云台定位精度的方法，其主要技术特点是：包括以下步骤：⑴建立云台运动的3D数学模型；⑵根据云台运动的3D数学模型推算云台需要移动的位置相对于当前云台水平角度和垂直角度的补偿函数，并计算出云台需要移动的补偿角度；⑶由云台电机控制模块驱动云台电机执行云台补偿角度。本发明设计合理，提高了云台的3D控制精度，使云台在各种不同仰角下都能准确实现3D定位并精准执行，不仅能够适应视频监控行业的发展趋势，而且会给用户带来更好的体验，具有易于实现、控制简单和应用效果显著等特点。

Description

一种提高云台定位精度的方法

技术领域

本发明属于视频监控领域，尤其是一种提高云台定位精度的方法。

背景技术

云台是视频监控系统中最常用的前端监控设备。随着监控技术的不断发展，3D功能成为云台不可或缺的一项功能。目前，控制云台的3D控制功能只是简单地根据协议规定的图像分割方式对当前摄像机视场角进行分割，从而得到云台需要转动的角度，当云台存在仰角或俯角度时会导致3D定位精度不高并且会随着仰角（俯角）的增加而使云台误差越来越大。随着视频监控系统的发展，人们对3D定位的精度要求也不断提高，如何提高云台的3D控制精度，使云台在各种不同仰角下都能准确实现3D定位并精准执行，是目前迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、能够准确实现3D定位并精确执行功能的提高云台定位精度的方法。

本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种提高云台定位精度的方法，包括以下步骤：

⑴建立云台运动的3D数学模型；

⑵根据云台运动的3D数学模型推算云台需要移动的位置相对于当前云台水平角度和垂直角度的补偿函数，并计算出云台需要移动的补偿角度；

⑶由云台电机控制模块驱动云台电机执行云台补偿角度。

而且，所述云台垂直角度的补偿函数为:

sinβ＝cosδ·sinθ

上式中，θ为当前云台仰角，δ为目标像素对应图像中心的角度，β为目标像素对应水平位置的角度，δ通过下式计算得到：

$\mathrm{\δ}=\mathrm{\ξ}\·\frac{\mathrm{\α}}{2}$

上式中，ξ为当前点对应半屏的比值，α为当前摄像机视场角；

根据上述垂直角度的补偿函数计算出β后，通过下式计算出云台在垂直方向的补偿角度为：θ-β；

所述云台水平角度的补偿函数为:

$\sin \mathrm{\γ}=\frac{\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\β}}$

上式中，γ为云台在水平方向的补偿角度；

通过云台水平角度的补偿函数计算出云台在水平方向的补偿角度。

本发明的优点和积极效果是：

本发明根据云台运动的3D数学模型推算云台水平角度和垂直角度的补偿函数，并计算出云台需要移动的补偿角度，从而提高了云台的3D控制精度，使云台在各种不同仰角下都能准确实现3D定位并精准执行，不仅能够适应视频监控行业的发展趋势，而且会给用户带来更好的体验，具有易于实现、控制简单和应用效果显著等特点。

附图说明

图1是本发明的处理流程图；

图2是本发明的云台运动的3D数学模型示意图；

图3是从图2抽象出的一幅画面示意图；

图4是图2放置在三维立体空间模型中的示意图；

图5是图3投影到水平面后的模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。

一种提高云台定位精度的方法，如图1所示，首先，通过建立云台运动时的3D数学模型，然后，根据模型推算出云台需要移动的位置对于当前云台水平角度和垂直角度的补偿函数，其次，在对云台进行3D控制时，通过补偿函数计算出云台需要移动的角度，最后，由云台电机控制模块驱动云台电机运行到相应的位置来实现。本发明具体包括以下步骤：

步骤1：建立云台运动的3D数学模型。

本步骤以云台为球心，能够观测到的图像在空间上为一球面，因此，云台转动到任一位置时，成像范围即为以摄像机轴心在球面上的投影为中心，以摄像机当前视场角为球心角的一个弧面。该数学模型如图2所示，O点为摄像机所在位置，G点为摄像机轴心在球面上的投影点，即为成像的中心点，α为当前摄像机视场角，所以错误！未找到引用源。代表一幅画面的中心线。

步骤2：根据云台运动的3D数学模型，推算云台需要移动的位置相对于当前云台水平角度和垂直角度的补偿函数，并计算出需要移动的补偿角度。

以图2所示数学模型抽象出一幅图像，该图像的画面如图3所示，在该画面中，错误！未找到引用源。为球机走一屏的路径。若要到达目标位置（Target），当前球机应从G点开始，沿错误！未找到引用源。水平运动到M点，再由M点垂直运动到目标位置（Target）。这样，在垂直方向便会存在一个错误！未找到引用源。的误差，即垂直方向的误差，该误差和水平方向走的角度有一定关系。

将图2所示的数学模型放置在一个三维立体空间模型中，如图4所示，假设当前摄像机视场角为α，云台仰角为θ。则错误！未找到引用源。为云台转动一屏所需走过的角度，此时，垂直方向的补偿，实际上是要求错误！未找到引用源。对应的步数。如图4所示，求错误！未找到引用源。等效为求出错误！未找到引用源。,β为目标像素对应水平位置的角度。

将当前视场角所在的圆(经过圆心O)投影到水平面上，可得到新的模型进行分析，如图5所示，设N点在水平面上的投影点为L'，可以知道点L'会在半径OL上，那么就有错误！未找到引用源。∠NCL′＝∠NCL＝β。设当前鼠标点击的点对应半屏的比值为ξ，则

错误！未找到引用源。

其中，δ为目标像素对应图像中心的角度。

因此，可以推导出：垂直角度的补偿函数为：

$\sin \mathrm{\β}=\frac{x}{R}=\frac{R\·\cos \mathrm{\δ}\·\sin \mathrm{\θ}}{R}=\cos \mathrm{\δ}\·\sin \mathrm{\θ}$

即：

sinβ＝cos δ·sinθ

其中，β为目标像素对应水平位置的角度，通过上式可以计算出β值。在求出β值后，即可计算出垂直补偿角度（即错误！未找到引用源。对应的角度）：θ-β。

γ为水平方向需转过角度，即水平补偿角度，由于γ＝∠OL′H，因此，

水平角度的补偿函数为：

即：

$\sin \mathrm{\γ}=\frac{\mathrm{OH}}{{\mathrm{OL}}^{\′}}=\frac{R\·\sin \mathrm{\δ}}{R\·\cos \mathrm{\β}}=\frac{\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\β}}$

$\sin \mathrm{\γ}=\frac{\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\β}}$

通过上述即可计算出水平补偿角度γ。

步骤3：云台电机执行补偿：由云台电机控制模块驱动云台电机执行云台补偿角度。

云台电机控制模块按照步骤2计算得出云台在垂直方向需要转动的角度θ-β和水平方向需要转动的角度γ执行云台补偿角度。

下面以一个实例进行说明：

当前摄像机视场角和云台仰角分别为错误！未找到引用源。，3D目标位置在画面边缘，则：

ε=1，

则有

sinβ=cosδ·sinθ=cos28°sin89°≈0.883

β=62°

γ＝90°。

因此，当云台仰角θ为89度，摄像机视场角α为56度时，选择画面中心线的最边缘位置时，云台应向下转动角度θ-β=27度（89–62），水平转动角度γ=90度。

需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (2)

1.一种提高云台定位精度的方法，其特征在于：包括以下步骤：

⑴建立云台运动的3D数学模型；

⑵根据云台运动的3D数学模型推算云台需要移动的位置相对于当前云台水平角度和垂直角度的补偿函数，并计算出云台需要移动的补偿角度；

⑶由云台电机控制模块驱动云台电机执行云台补偿角度。

2.根据权利要求1所述的一种提高云台定位精度的方法，其特征在于：所述云台垂直角度的补偿函数为:

sinβ＝cosδ·sinθ

上式中，θ为当前云台仰角，δ为目标像素对应图像中心的角度，β为目标像素对应水平位置的角度，δ通过下式计算得到：

$\mathrm{\δ}=\mathrm{\ξ}\·\frac{\mathrm{\α}}{2}$

上式中，ξ为当前点对应半屏的比值，α为当前摄像机视场角；

根据上述垂直角度的补偿函数计算出β后，通过下式计算出云台在垂直方向的补偿角度为：θ-β；

所述云台水平角度的补偿函数为:

$\sin \mathrm{\γ}=\frac{\sin \mathrm{\δ}}{\cos \mathrm{\β}}$

上式中，γ为云台在水平方向的补偿角度；

通过云台水平角度的补偿函数计算出云台在水平方向的补偿角度。

Images