CN103148832B - 摄像机安装倾角的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种的摄像机安装倾角的检测方法，包括以下步骤：首先将云台摄像机与待测摄像机相邻设置；然后控制云台摄像机中心对准待测摄像机或云台摄像机的垂直投影点O`并记录下此时云台摄像机的垂直转角；控制云台摄像机的中心和待测摄像机的光标对准同一远处的标定点，并分别记录下此时垂直转角和垂直像素坐标；根据待测摄像机的H和α参数以及公式计算得出待测摄像机的安装倾角。本发明的安装倾角方法使用一台可水平和垂直精确控制角度的云台摄像机，将云台摄像机固定在待测摄像机旁边，通过对云台摄像机和待测摄像机的对应点进行标定，记录下标定点对应的云台摄像机垂直转角和待测摄像机图像上对应的垂直像素坐标，即可实现安装倾角的计算。

Description

摄像机安装倾角的检测方法

技术领域

本发明涉及视频监控技术领域，特别是涉及一种摄像机安装倾角的检测方法。

背景技术

在视频监控领域，广泛利用摄像机小孔成像和空间投影关系建立成像模型以计算图像坐标与空间位置关系，通过计算利用视频监控对监控目标的自动定位、自动跟踪及报警等，拓展了视频监控设备的应用。

如中国专利201210357740公开了一种多方向监控区域预警定位自动跟踪监控装置，该监控装置即使在低照度情况下仍能监控范围较大的全景区域，该监控装置包括预警定位机构和跟踪示警机构，其中预警定位机构内设有预警定位模块，跟踪示警机构内设有跟踪示警模块。该监控装置通过对多个方向进行预警视频采集，直接检测多个预警视频图像内的动态，从而确定所监控运动目标的位置信息，进而对运动目标进行跟踪视频采集、音频采集、光照示警和声音示警，同时，还在相应视频图像中添加报警信号，并通过回传指令控制主控设备产生报警动作，最终将多个预警视频和跟踪视频进行存储并传输至显示设备。

但是在上述设备设计、安装使用时，摄像机的俯仰角为一个重要的参数，尤其是俯仰角的准确度极大地影响空间定位的准确性。但是对于安装固定的摄像机，虽然安装的底面固定，但安装过程中会引入很多误差，即实际的安装倾角即俯仰角会导致与设计值有较大偏差，尽管结构方面努力地减少安装过程中的误差，但螺钉的松紧都会导致角度产生了偏差，所以就需要一种能判定摄像机安装倾角的方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种能有效保证摄像机俯仰角精度的摄像机安装倾角的检测方法。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种的摄像机安装倾角的检测方法，包括以下步骤：

首先将云台摄像机与待测摄像机相邻固定设置；

然后控制云台摄像机中心对准待测摄像机或云台摄像机的垂直投影点O`并记录下此时云台摄像机的垂直转角tilt_o；

控制云台摄像机的中心和待测摄像机的光标对准同一远处的标定点，并分别记录下该标定点对应的云台摄像机的垂直转角tilt_p和待测摄像机图像上该光标对应的垂直像素坐标y_p；

根据待测摄像机的H和α参数以及公式计算得出待测摄像机的安装倾角；

以像素为单位，图像的高度为H；

γ为安装倾角，为摄像机的光轴与竖直平面之间的夹角；

摄像机的垂直视野角为2α。。

还包括控制云台摄像机和待测摄像机进行多次远目标标定以取平均之步骤。

所述的云台摄像机和待测摄像机位置相距20cm以内，所述的标定点是指50m以外的参照点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的安装倾角方法使用一台可水平和垂直精确控制角度的云台摄像机，将云台摄像机固定在待测摄像机旁边，通过对云台摄像机和待测摄像机的对应点进行标定，记录下标定点对应的云台摄像机垂直转角和待测摄像机图像上对应的垂直像素坐标，即可实现安装倾角的计算。其可应用在多摄像机视频监控装置上,尤其应用于云台和左右两侧定焦镜头之间的位置校正。同时，还可通过对云台摄像机和待测摄像机进行多次远目标标定以减小测量误差，将该安装倾角作为修正参数即可优化定位的精准度。

说明书附图

图1为待测摄像机的竖直方向投影模型；

图2为竖直投影面各点在图像上的位置示意图；

图3为云台摄像机和待测摄像机空间关系图；

图4为待测摄像机的安装倾角测试模型。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，根据小孔成像原理建立待测摄像机竖直方向投影模型，假设O点为摄像机镜头中心点，OC为摄像机光轴，C`为光轴与地面的交点，过摄像机光轴作与地平面相垂直的平面，记为O`OB`，其中O`为O点在地平面上的垂直投影，A`B`为像平面AB对应的地面投影，MN为OC`的垂线，A、B分别对应像平面垂直方向的两个端点。图2为根据像平面得到的数字图像，A、B、C、P点在图像上的位置如图所示，以像素为单位，图像的高度为H，以C点为坐标原点，则P点对应的像素坐标为(x_p,y_p)。

假设摄像机的垂直视野角为2α，摄像机的光轴与竖直平面之间的夹角即俯仰角为γ，令O’B’为Y轴，X轴与Y轴垂直，建立水平坐标系，在像平面上取任意一点P，过O作延长线可得到其地面投影点P’，根据几何关系可知：

∠POC＝∠P`OC`    (1)

由于AB与CC’垂直，所以 $\frac{\mathrm{PC}}{\mathrm{CO}}=\tan (\∠\mathrm{POC}),\frac{\mathrm{BC}}{\mathrm{CO}}=\tan (\∠\mathrm{BOC}),$ 则

$\frac{\mathrm{PC}}{\mathrm{BC}}=\frac{\tan (\∠\mathrm{POC})}{\tan (\∠\mathrm{BOC})}---\left(2\right)$

非广角摄像机的视场角一般都不超过60度，因此可以对上式进行近似处理，可得：

$\frac{\mathrm{PC}}{\mathrm{BC}}=\frac{\tan (\∠\mathrm{POC})}{\tan (\∠\mathrm{BOC})}\≈\frac{\∠\mathrm{POC}}{\∠\mathrm{BOC}}---\left(3\right)$

已知∠BOC＝∠BOA/2＝α，且像平面尺寸与显示图像的像素坐标成正比关系，即：因为像平面是通过镜头成像的光学图像，通过数字化器件对光学图像进行采样和量化形成以像素为单位的数字图像。由于CCD对图像的水平和垂直方向使用等间距采样，因此像平面上任一单位尺寸对应的像素点数一样，即像平面尺寸与显示的数字图像的像素坐标成线性关系。由于像平面尺寸不易测量，因此在使用成像模型计算空间位置关系时，都是将其转换到图像像素空间进行计算。

式(3)可表示为：

$\∠P`\mathrm{OC}`=\∠\mathrm{POC}=\frac{2\×\left|y_p\right|}{H}\·\mathrm{\α}=\frac{\±2\×y_p}{H}\·\mathrm{\α}---\left(4\right)$

根据图1可知，当P点位于BC之间时(对应数字图像上方)，当P点位于AC之间时(对应数字图像下方)时， $\∠P`\mathrm{OC}`=\frac{2\×y_p}{H}\·\mathrm{\α}.$

另外，当P点位于BC之间时，即对应数字图像上方，

∠O`OC`＝∠P`OO`-∠P`OC`，当P点位于AC之间时，即对应数字图像下方时，∠O`OC`＝∠P`OO`+∠P`OC`，从而可得俯仰角γ：

由于参数H、α对于一个产品是已知参数，利用公式(5)，只需求得角∠P`OO`和目标在图像上的坐标y_p就可快速求出待测摄像机相对于竖直方向的安装角。

基于上述推论，结合图3、4所示，本发明的摄像机安装倾角的检测方法包括以下步骤，首先将云台摄像机与待测摄像机相邻固定设置，所述的云台摄像机的水平和垂直角度可精确控制，然后控制云台摄像机中心对准待测摄像机或云台摄像机的垂直投影点O`，记录下此时云台摄像机的垂直转角tilt_o，控制云台摄像机的中心和待测摄像机图像上的光标对准同一标定点，并分别记录下该标定点对应的云台摄像机垂直转角tilt_p和待测摄像机图像上光标对应的垂直像素坐标y_p。

可得：∠P`OO`＝|tilt_p-tilt_o|      (6)

代入式(5)，可得俯仰角

根据小孔成像原理，可认为观测范围内，地面水平方向上的一条直线在图像上仍然呈一水平直线，即这些目标点对应的图像垂直坐标一致，而云台摄像机扫过该直线任意点时垂直转角的变化很小，可忽略影响，因此上述公式可以推广到待测摄像机画面上的任意点。

该方法可应用在多摄像机视频监控装置上,尤其应用于云台和左右两侧定焦镜头之间的位置校正。同时，还可通过对云台摄像机和待测摄像机进行多次远目标标定以取平均，减小测量误差，就可实现摄像机安装倾角测定。

其中，需要指出的是，当云台摄像机和待测摄像机位置相距不是很大，如图3所示，O点为待测摄像机中心，W为云台摄像机中心，E、F为观测标定点，其余点定义同图1，可以发现，当两者对同一个目标进行观测时，随着目标点远离摄像机，标定点到两台摄像机的光线夹角将越来越小，因此当观测目标足够远时，可以认为目标到两台摄像机的光线重合，即两台摄像机共心。所以一般控制云台摄像机和待测摄像机位置相距在20cm以内，较佳控制在17cm以内，标定点可以选择50m左右或50m以外的目标，以50-80m处为宜。

综上所述，本发明通过设置一台水平和垂直角度可精确控制的云台摄像机，将云台摄像机固定在待测摄像机旁边，通过对云台摄像机和待测摄像机的对应标定点的监控，记录下标定点对应的云台摄像机垂直转角和待测摄像机图像上对应的垂直像素坐标，即可实现安装倾角的计算。该算法应用在多摄像机视频监控装置上,尤其应用于云台和左右两侧定焦镜头之间的位置校正。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种摄像机安装倾角的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

首先将云台摄像机与待测摄像机相邻固定设置；

然后控制云台摄像机中心对准待测摄像机或云台摄像机的垂直投影点O`并记录下此时云台摄像机的垂直转角tilt_o；

控制云台摄像机的中心和待测摄像机的光标对准同一远处的标定点，并分别记录下该标定点对应的云台摄像机的垂直转角tilt_p和待测摄像机图像上光标对应的垂直像素坐标y_p；

根据待测摄像机的H和α参数以及公式计算得出待测摄像机的安装倾角；其中，

以像素为单位，图像的高度为H；

γ为安装倾角，为摄像机的光轴与竖直平面之间的夹角；

摄像机的垂直视野角为2α。

2.如权利要求1所述的摄像机安装倾角的检测方法，其特征在于，还包括控制云台摄像机和待测摄像机进行多次远目标标定以取平均之步骤。

3.如权利要求1或2所述的摄像机安装倾角的检测方法，其特征在于，所述的云台摄像机和待测摄像机位置相距20cm以内，所述的标定点是指50m以外的参照点。