CN103348673A - 变焦因子计算 - Google Patents

Abstract

公开了的用于确定在扫视、倾斜和变焦（PTZ）摄像机跟踪系统中的摄像机的变焦因子以使摄像机能够使对象在摄像机的观察区域内保持恒定的大小而不考虑对象离摄像机的距离的变化的系统、方法和设备。这提供对于摄像机对移动对象的扫视和倾斜跟踪的补充。例如，确定要跟踪的对象的PTZ摄像机跟踪系统利用关于感兴趣对象的图像的信息来确定在PTZ摄像机跟踪系统中的摄像机的变焦因子（或其它变焦值）。该信息包括变量，例如一个或多个摄像机的倾斜角和参考变焦因子。

Description

变焦因子计算

背景

监视系统常常用于监控安全区域的活动。例如，视频摄像机和其它设备可以提供视觉、音频、运动、热和可以允许保安人员确定安全区域是否正在被破坏的其它信息。这些系统可以部分地或完全自动化以提供安全区域的有效的监控。

现代处理器和其它计算设备具有使在摄像机的观察区域内的移动对象的跟踪自动化的处理能力。这些系统运行确定对象正在移动的算法，并调整摄像机的扫视和倾斜来试图确保该对象没有离开摄像机的观察区域。当对象到摄像机的距离变化时，可以调整摄像机的变焦因子。

概述

计算变焦因子的方法的实例包括：从图像源接收感兴趣对象的第一图像的第一图像信息。第一图像信息对应于图像源的第一倾斜角。该方法还包括从图像源接收感兴趣对象的第二图像的第二图像信息。第二图像信息指示图像源的第二倾斜角。该方法还包括确定对应于第一图像的第一变焦值和使用第一倾斜角、第一变焦值和第二倾斜角来计算第二变焦值。最后，该方法包括将指示第二变焦值的变焦信息发送到图像源。

这样的方法的实现方式可以包括一个或多个下列特点。当感兴趣对象在特定位置的时候，以图像源的第一摄像机使用第一倾斜角捕获第一图像；以及当感兴趣对象实质上在特定位置的时候，以图像源的与第一摄像机分离的第二摄像机使用第二倾斜角捕获第二图像。计算第二变焦值还使用第一摄像机相对于地面的高度或第二摄像机相对于地面的高度中的至少一个。控制第二摄像机对感兴趣对象的跟踪。至少部分地基于感兴趣对象相对于第一摄像机的观察区域的大小来确定第一变焦值。确定第一变焦值至少部分地基于由感兴趣对象占据的第一摄像机的观察区域的部分的高度和宽度中的较大者。其中，图像源包括摄像机，该方法还包括：当感兴趣对象在与摄像机相距第一距离处的时候捕获第一图像；以及当感兴趣对象在与摄像机相距第二距离处的时候捕获第二图像。从物理地位于摄像机的壳体内的处理器产生并发送第一图像信息和第二图像信息。至少部分地基于感兴趣对象相对于摄像机的观察区域的大小来确定第一变焦值。确定第一倾斜角或第二倾斜角中的至少一个。

根据本公开的非临时机器可读存储介质的实例包括体现在其上的指令，所述指令在由至少一个机器执行时使至少一个机器从由图像源提供的第一图像信息确定对应于感兴趣对象的第一图像的第一变焦值，其中，第一图像信息对应于图像源的第一倾斜角；从由图像源提供的第二图像信息中确定对应于感兴趣对象的第二图像的第二倾斜角；通过使用第一倾斜角、第一变焦值和第二倾斜角来计算第二变焦值；以及向图像源发送指示第二变焦值的变焦信息。

这样的方法的实现方式可以包括一个或多个下列特点。使至少一个机器计算第二变焦值的指令使至少一个机器使用第一摄像机相对于地面的高度或第二摄像机相对于地面的高度中的至少一个。所述指令在由至少一个机器执行时使至少一个机器控制第二摄像机对感兴趣对象的跟踪。第一变焦值至少部分地基于感兴趣对象相对于第一摄像机的观察区域的大小。第一变焦值至少部分地基于感兴趣对象相对于摄像机的观察区域的大小。所述指令在由至少一个机器执行时还使至少一个机器确定第一倾斜角或第二倾斜角中的至少一个。

根据本公开的用于计算变焦因子的系统的实例包括第一摄像机，该第一摄像机具有第一倾斜角和观察区域，该第一倾斜角是固定的。第一摄像机被配置为当感兴趣对象在特定位置的时候捕获感兴趣对象的第一图像；以及输出关于第一图像的数据。该系统还包括第二摄像机，该第二摄像机具有使第二摄像机能够跟踪感兴趣对象的可调整的倾斜角。第二摄像机被配置为当感兴趣对象实质上在特定位置的时候使用第二倾斜角来捕获感兴趣对象的第二图像；以及输出关于第二倾斜角的数据。该系统还包括与第一摄像机和第二摄像机通信地连接的处理器。该处理器被配置为确定第一摄像机的第一变焦值；使用第一倾斜角、第一变焦值和第二倾斜角来计算第二变焦值；并发送信息以使第二摄像机的变焦值根据第二变焦值而变化。

这样的系统的实现方式可以包括一个或多个下列特点。处理器被配置为至少部分地基于由感兴趣对象占据的第一摄像机的观察区域的部分来确定第一变焦值。该处理器被配置为至少部分地基于由感兴趣对象占据的第一摄像机的观察区域的部分的高度和宽度中的较大者来确定第一变焦值。该处理器位于第一摄像机或第二摄像机的壳体内。该处理器还被配置为通过第二摄像机来控制感兴趣对象的跟踪。该处理器被配置为使用第一摄像机相对于地面的高度或第二摄像机相对于地面的高度中的至少一个来计算第二变焦值。

根据本公开的用于计算变焦因子的另一个系统的实例包括摄像机，该摄像机具有可调整的倾斜角，并被配置为跟踪感兴趣对象，该摄像机还被配置为在摄像机被设定到第一倾斜角和第一变焦值的情况下捕获感兴趣对象的第一图像；响应于感兴趣对象到摄像机的距离的变化而将摄像机的倾斜角从第一倾斜角改变到第二倾斜角；在摄像机被设定到第二倾斜角的情况下捕获感兴趣对象的第二图像；以及提供第一倾斜角、第一变焦值和第二倾斜角的指示。该系统还包括与摄像机通信地连接的处理器，该处理器被配置为使用第一倾斜角、第一变焦值和第二倾斜角来计算第二变焦值；以及向摄像机发送信息以使摄像机的变焦值从第一变焦值变化到第二变焦值。

这样的系统的实现方式可以包括一个或多个下列特点。第一变焦值至少部分地基于由感兴趣对象占据的第一摄像机的观察区域的部分。处理器位于摄像机的壳体内。该处理器还被配置为控制摄像机对感兴趣对象的跟踪。

在本文描述的物品和/或技术可以提供一个或多个下面的能力以及其它未提到的能力。可为具有小的处理能力的扫视、倾斜和变焦（PTZ）摄像机提供自动变焦控制。PTZ摄像机的变焦控制可以与手动和/或自动PTZ摄像机集成。可以提供对多摄像机视频系统的变焦控制。这些能力可以增加系统控制PTZ变焦的效率。

附图的简要说明

图1是利用主摄像机和从摄像机的视频监视系统的图示。

图2是图1的视频监视系统的方框图。

图3是包括具有扫视、倾斜和变焦控制单元的计算单元的摄像机的方框图。

图4A是图1的视频监视系统及其相应的几何结构的简化透视图。

图4B是由具有相应的几何结构的图1的主摄像机看到的图像的图示。

图5是用于确定在图1的视频监视系统中的从摄像机的变焦因子的方法的方框流程图。

图6是利用单个扫描、倾斜和变焦（PTZ）摄像机的视频监视系统的方框图。

图7是图6的视频监视系统及其相应的几何结构的简化侧视图。

图8是用于确定在图6的视频监视系统中的PTZ摄像机的变焦因子的方法的方框流程图。

详细描述

本文讨论了用于确定在扫视、倾斜和变焦（PTZ）摄像机跟踪系统中的摄像机的变焦因子以使摄像机能够使对象在摄像机的观察区域内保持实质上恒定的大小而不考虑对象离摄像机的距离的变化的技术。这提供对摄像机对移动对象的扫视和倾斜跟踪的补充。例如确定要跟踪的对象（在下文中称为“感兴趣对象”）的PTZ摄像机跟踪系统利用关于感兴趣对象的图像的信息来确定在PTZ摄像机跟踪系统中的摄像机的变焦因子（或其它变焦值）。所使用的信息包括变量，例如一个或多个摄像机的倾斜角和参考变焦因子。

用来确定变焦因子的变量可以通过不同的方式获得。例如，可以使用主摄像机和从摄像机，其中，主摄像机提供第一倾斜角和参考变焦因子。主摄像机的第一倾斜角是固定的，但参考变焦因子可以从由主摄像机捕获的图像确定。另一方面，从摄像机跟踪感兴趣对象并具有可变的倾斜角，该可变的倾斜角随着感兴趣对象离从摄像机的距离的变化而变化。当感兴趣对象在某个位置的时候，确定倾斜角和参考变焦因子。这通常要求在给定的时刻确定这些变量。

另一个实例使用跟踪感兴趣对象的单摄像机。在不同的时刻确定倾斜角和参考变焦因子。当感兴趣对象在离摄像机的第一距离处时摄像机的第一变焦因子和第一倾斜角用来确定当感兴趣对象在离摄像机的第二距离处时的第二倾斜角的第二变焦因子。

术语“变焦因子”和“变焦值”一般在本文被使用且不限制本公开的范围。多个值可用于“变焦因子”或“变焦值”，包括与变焦成反比的值，例如焦距。最终，可以用作摄像机的变焦水平的指示的任何适当的值可以在对本文详述的等式有适当的修改的情况下被使用。

图1示出了利用主摄像机120和从摄像机140的监视系统100-1。主摄像机120可以包括多种摄像机中的任何一种，包括固定的和可调整的摄像机。例如，PTZ摄像机例如由加拿大Clovis的制造的

HD可以是合适的主摄像机120。主摄像机120位于已知的高度处并提供固定的观察区域130，其允许主摄像机通过使用基于背景相减的算法来容易地检测感兴趣对象110。从主摄像机120中获得的感兴趣对象110的位置被转换成从摄像机140的扫视角和倾斜角以及变焦因子。

从摄像机140也位于已知的高度处，该高度可以不同于主摄像机120的高度，并且可以根据监视系统100-1的期望功能而变化。从摄像机140是PTZ摄像机，并且当感兴趣对象110移动时，从摄像机140通过相应地调整倾斜角和扫视角来跟踪感兴趣对象110的移动，将感兴趣对象110保持在从摄像机的观察区域150内。如本文详述的，使用主摄像机120的参考变焦因子以及主摄像机120和从摄像机140的倾斜角来调整从摄像机140的变焦因子。

当感兴趣对象出现在主摄像机的观察区域130中时，基于感兴趣对象110的大小来确定参考因子。例如，可以使用来自主摄像机120和/或从摄像机140的信息来调整摄像机140的变焦，使得感兴趣对象110最初占据从摄像机的观察区域150的大约80％（即，由从摄像机140提供的图像/屏幕的80％）。此后，当感兴趣对象110移动且从摄像机扫视和/或倾斜以确保感兴趣对象110保持在从摄像机的观察区域150内时，从摄像机140的变焦因子被计算并且随后被调整，使得感兴趣对象110继续占据从摄像机的观察区域150的大约80％。感兴趣对象110可以最初占据从摄像机的观察区域150的更大或更小部分，例如90％或更多，或50％或更小，取决于期望的功能。另外地或可选地，如下面所讨论的计算所示，可以通过感兴趣对象相对于主摄像机120或从摄像机140的观察区域130、150的高度或宽度中的较大者来确定参考变焦因子。

图2是示出视频监视系统100-1的设备级布局的方框图。该方框图仅作为例子被提供，而非限制性的。可通过例如包括多个主摄像机120和/或从摄像机140并使设备被添加、移除或重新排列和/或组合来改变视频监视系统100-1。

网络155实现组件之间的通信。这里的网络155是以太网网络，尽管网络155可以包括使用诸如WiFi、光学、同轴、和/或卫星的技术的有线和无线网络的任何组合。来自主摄像机120和/或从摄像机140的图像通过网络155被传送到存储图像信息的记录设备160，例如磁带录像机（VCR）或数字视频记录器（DVR）。来自主摄像机120和/或从摄像机140的图像也被传送到观察设备170，例如电视机或计算机监视器，允许保安人员和/或其他个人监控在图像中显示的区域。

计算单元220构成主摄像机120（例如，位于主摄像机120的壳体内）的部分。可选地，计算单元220可以被集成到视频监视系统100-1中的另一个组件例如从摄像机140中，或者可以是独立设备，例如计算机（未示出）。如下面更详细地描述的，计算单元220收集来自主摄像机120和从摄像机140的信息以计算从摄像机140的变焦值。计算单元220通过网络155传送信息，使从摄像机140根据所计算出的变焦值改变其变焦因子。

图3是示出主摄像机120的组件的方框图，主摄像机120可根据期望的功能而改变以包括更多或更少的组件。组件包括摄像机光学器件310，其通常包括透镜和通信地与图像捕获单元330连接的其它光学组件。图像捕获单元330利用电荷耦合设备（CCD）和/或其它技术来将光学图像转换成传输到计算单元220的电信息。也与计算单元220连接的是通信接口340，信息通过该通信接口340发送到网络155和从网络155发送。通信接口340可以例如接收来自从摄像机140的图像信息、并将变焦信息发送到从摄像机140。

计算单元220使用各种组件来处理图像信息。中央处理单元（CPU）或数字-信号处理器（DSP）322优选地是智能设备，例如个人计算机中央处理单元（CPU）例如由

公司或

制造的那些CPU、微控制器、专用集成电路（ASIC）等。也可使用DSP，例如由Texas制造的DM6446。CPU/DSP322与包括随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）的存储器330耦合。存储器330是非临时的，而且优选地存储包含指令的机器可读、机器可执行软件代码335，所述指令被配置为当被执行时使CPU/DSP322执行在本文所描述的各种功能。可选地，软件335可以不由处理器CPU/DSP322直接执行，而是被配置为例如当被编译和被执行时使处理器CPU/DSP322执行所述的功能。

计算单元220至少部分地控制对感兴趣对象110的跟踪。计算单元220使用来自图像捕获单元330的图像信息来检测在主摄像机的观察区域130中的感兴趣对象110。计算单元220还从通信接口340接收来自从摄像机140的图像信息，该通信接口340连接到网络155。使用来自主摄像机120和从摄像机140的信息，CPU/DSP322可分别使用扫视控制单元324、倾斜控制单元326和变焦控制单元328来控制从摄像机140的扫视、倾斜和变焦。可选地，计算单元220可以控制从摄像机140的变焦，如下详述的，从摄像机140的扫视和倾斜在其它地方被控制。

图4A是双摄像机视频监视系统的简化的几何表示，这便于讨论变焦因子是如何得到的。使用以在主摄像机120下方的地面为中心的正交坐标系，主摄像机120和从摄像机140的世界坐标分别是（0，0，hm）和（x_s，y_s，h_s）。图4B示出了对应于主摄像机的观察区域130的由主摄像机120看到的图像410。在图4A-4B示出并在下面的计算中使用的变量被定义如下：

θ_m是主摄像机120的倾斜角；

φ_s是从摄像机140的倾斜角；

φ’_m是主摄像机120在主摄像机的中央视点E_m（投影在xy平面上）处的点和感兴趣对象的中心C之间的角；

φ_s是从摄像机140在从摄像机的中央视点E_s（投影在xy平面上）处的点和感兴趣对象的中心C之间的角；

α是主摄像机120的水平视场的一半（以度或弧度为单位）；

β是主摄像机120的垂直视场的一半（以度或弧度为单位）；

I_w是主摄像机120的图像宽度（以像素为单位）；以及

I_h是主摄像机120的图像高度（以像素为单位）。

这种几何设置便于定义在世界坐标和图像坐标之间建立的关系，图像坐标是对应于主摄像机的观察区域130的图像的坐标。这种图像坐标可以用像素来表示。例如，让在图像坐标中的感兴趣对象110（未示出）的中心C为（u，v），相应的世界坐标在（x，y，0）处。在图像坐标中的点B（0，v）于是具有在世界坐标系中的相应的点B（0，y，0）。如图4A所示，角q是主摄像机120在点B和点C之间的角，并且角t是主摄像机在点B和主摄像机的中央视点E_m之间的角。

参考在图4B中示出的图像坐标，为感兴趣对象110建立边界框420。边界框420表示围绕感兴趣对象110的矩形，如在与主摄像机的观察区域130相对应的图像中示出的。因此，边界框420的尺寸B_wxB_h可以以像素为单位来测量，其中B_w和B_h分别是边界框420的相应的宽度和高度。边界框420的宽度和高度通常表示在图像坐标中的感兴趣对象的最大宽度和最大高度。

投影到xy平面上的C的世界坐标可以被计算如下：

$x=\frac{h_m\·\tan \left(p\right)}{\sin ({\mathrm{\θ}}_m+t)\·\sqrt{{\tan }^2\left(t\right)+1}},---\left(1\right)$

$y=\frac{h_m}{\tan ({\mathrm{\θ}}_m+t)},---\left(2\right)$

z＝0；       （3）

其中，中间变量p和t被计算为：

$p={\tan }^{-1}(\frac{2\·\tan \mathrm{\α}}{I_w}\·u)$ 和      （4）

$t={\tan }^{-1}(\frac{2\·\tan \mathrm{\β}}{I_h}\·v).---\left(5\right)$

当对象110位于主摄像机的观察区域130的中央时，对应于主摄像机120的伪参考变焦因子M₁可以被计算如下：

$M_1=\min (\frac{I_w}{B_w},\frac{I_h}{B_h}).---\left(6\right)$

由于感兴趣对象110可以不位于主摄像机的观察区域130的中央，对应于主摄像机120的实际参考变焦因子M₁′是：

$M_1^{\′}{=M}_1\·\frac{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m)}{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m^{\′})},---\left(7\right)$

其中θ’_m是变焦因子M₁′的相应的倾斜角。

主摄像机120的变焦因子不改变。主摄像机120的变焦因子是用于计算从摄像机140的变焦因子M₂的参考变焦因子，如下：

$M_2=M_1^{\′}\·\frac{\left|\right|\stackrel{\‾}{A_{S}C}\left|\right|/\cos \left({\mathrm{\θ}}_s\right)}{\left|\right|\stackrel{\‾}{A_{m}C}\left|\right|/\cos \left({\mathrm{\θ}}_m^{\′}\right)}=M_1^{\′}\·\frac{\cos \left({\mathrm{\θ}}_m^{\′}\right)}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_s\right)}\·\frac{\sqrt{{(x-x_s)}^2+{(y-y_s)}^2+h_s^2}}{h_m/\sin {\mathrm{\θ}}_m^{\′}},$ 或   （8）

$M_2=\frac{M_1^{\′}\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_m^{\′}\right)\·\sin \left({\mathrm{\θ}}_m^{\′}\right)\·\sqrt{{(x-x_s)}^2+{(y-y_s)}^2+h_s^2}}{\cos \left({\mathrm{\θ}}_s\right)\·h_m}.---\left(9\right)$

感兴趣对象110到从摄像机140的距离可以由下式计算：

$\left|\right|\stackrel{\‾}{A_{s}C}\left|\right|=\sqrt{{(x-x_s)}^2+{(y-y_s)}^2+h_s^2}=\frac{h_s}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_s\right)}.---\left(10\right)$

因此，因为从摄像机140的倾斜角是已知的，对于从摄像机140的变焦因子的公式可以被修改成更简单的形式，如下：

$M_2=M_1^{\′}\·\frac{h_s\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m^{\′})}{h_m\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_s)}=M_1\·\frac{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m)}{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m^{\′})}\·\frac{h_s\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m^{\′})}{h_m\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_s)}=M_1\·\frac{h_s\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_m)}{h_m\·\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_s)}.---\left(11\right)$

参考图5，进一步参考图1至图4，示出了利用主摄像机120和从摄像机140来确定在视频监视系统中的从摄像机140的变焦因子的过程500。然而，过程500仅是示例性的而非限制性的。可以通过例如使步骤增加、去除、重新排列、组合和/或同时被执行来改变过程500。

在步骤510处，接收来自主摄像机120的第一图像信息。第一图像信息提供足够的信息来传送与第一图像相关的第一变焦因子或类似的变焦值。例如，图像信息可以包括第一变焦因子或变量例如边界框420的高度B_H和宽度B_W以及感兴趣对象110的位置的其它坐标或指示。可选地，该信息可以包括其它信息，例如原始图像数据，这些或其它变量可以从原始图像数据确定。在步骤520处，使用第一图像信息和等式6确定对应于第一图像信息的第一变焦值。

在步骤530处，接收来自从摄像机140的第二图像信息。在这里，所接收的信息指示从摄像机140的倾斜角，包括该倾斜角度本身或传感器读数或测量结果，倾斜角从传感器读数或测量结果得到。该倾斜角对应于由从摄像机140捕获的图像。

当感兴趣对象110实质上在同一位置的时候，第二图像信息和第一图像信息对应于所捕获的图像。参考图4A，例如，这意味着当第一和第二图像分别由主摄像机130和从摄像机140捕获时，感兴趣对象110在位置C（x，y，0）处。第一和第二图像可以在不同的时间被捕获，并且从第一图像被捕获的时间到第二图像被捕获的时间，从摄像机140的倾斜角优选地改变了不超过几度，如果有改变的话。这有助于确保所计算的变焦因子的准确性。

再次参考图5，第二变焦值在步骤540处被计算出。使用主摄像机120和从摄像机140的倾斜角以及第一变焦值，对应于从摄像机140的变焦值的第二变焦值可以使用几何方法例如从上述方程式11计算出。在步骤550处，指示第二变焦值的变焦信息从主摄像机的变焦控制单元328中被发送。变焦信息可以被直接发送到从摄像机140或发送到监视系统100-1中其它地方的设备，该设备被配置为接收变焦信息和根据第二变焦值来调整从摄像机140的变焦值。

可以使用其它配置。例如，可以使用单摄像机来代替主摄像机和从摄像机。图6是示出视频监视系统100-2的方框图，该视频监视系统100-2使用具有与图3示出的组件类似的组件的单PTZ摄像机610。如同在图2中示出的系统100-1一样，系统100-2仅作为例子被提供，而非限制性的。可以添加、省略、组合、或分离设备。例如，配置可以提供具有计算单元620和/或一个或多个独立计算单元620的多个摄像机。另外，如同在图2中示出的系统100-1的计算单元220一样，计算单元620将包括硬件和/或软件功能以执行本文描述的功能。

对于系统110-1，使用PTZ摄像机610的初始倾斜角和变焦因子，而不是使用主摄像机的倾斜角和参考变焦因子。当感兴趣对象110移动到离PTZ摄像机610的不同距离处且PTZ摄像机的倾斜角被相应地调整时，PTZ摄像机610的新的变焦因子被计算出。

因为在单摄像机系统中涉及的变量不同于具有主摄像机120和从摄像机140的系统，所以用于确定所期望的变焦因子的数学方法也是不同的。例如，参考在图7中示出的单摄像机的实施方式的几何表示，为了保持感兴趣对象110的大小相对于PTZ摄像机610的观察区域不变，变焦因子与摄像机到感兴趣对象110的距离成比例，如下：

$M_2=M_1\·\frac{D_2}{D_1},---\left(12\right)$

其中，D₁和D₂分别为摄像机610离感兴趣对象110的第一和第二距离，并且其中M₁和M₂分别是距离D₁和D₂的相应的变焦因子。

PTZ摄像机610具有如下定义的变量：

H是摄像机的高度；

θ是摄像机的倾斜角；以及

D是摄像机到感兴趣对象110位于地面之处的距离。

因此，H、D和θ之间的关系为：

$\sin \left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{H}{D},$ 或            (13)

$D=\frac{H}{\sin \left(\mathrm{\θ}\right)},---\left(14\right)$

且第一变焦因子M₁和第二变焦因子M₂之间的关系变为：

$M_2=M_1\·\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)},---\left(15\right)$

其中，对于距离D₁和D₂，θ₁和θ₂分别是PTZ摄像机610的第一和第二倾斜角。因此，对于在距离D₁处的已知的变焦因子M₁和倾斜角θ₁，如果倾斜角θ₂是已知的，则可以确定变焦因子M₂。

上述导出的公式假定感兴趣对象110是在地面上，并且其高度与其宽度或长度相比是可忽略的，或者该对象距离摄像机非常远（即，θ是非常小）。考虑高度，在感兴趣对象110的高度和由PTZ摄像机610看到的高度之间的关系根据下式来确定：

S=S₀·cos(θ),                    (16)其中，S₀是感兴趣对象110的高度，且S是由PTZ摄像机610看到的高度。因为cos（θ）小于1，S可以与如果到感兴趣对象110的距离增加了1/cos（θ）倍相同地被计算出。

由于这种关系，上述的变焦因子等式被修改以产生：

$M_2=M_1\·\frac{D_2/\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}{D_1/\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}=M_1\·\frac{D_2\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{D_2\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}=M_1\·\frac{\sin \left({\mathrm{\θ}}_1\right)\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_1\right)}{\sin \left({\mathrm{\θ}}_2\right)\·\cos \left({\mathrm{\θ}}_2\right)}.---\left(17\right)$

这个等式可以简化如下：

$M_2=M_1\·\frac{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_1)}{\sin (2\·{\mathrm{\θ}}_2)}.---\left(18\right)$

当与等式15相比时，将感兴趣对象110的高度计算在内导致使θ₁和θ₂乘以倍数2。因此，如果感兴趣对象110的高度被忽略，则倍数2可以从等式18中去除（得到等式15）。类似地，关于等式11，如果在图2的双摄像机系统100-1中的感兴趣对象110的高度被忽略，则乘以θ_S和θ_M的倍数2可以被去除。

参考图8，进一步参考图6至图7，示出了确定PTZ摄像机610的变焦因子的过程800。然而，过程800仅是例子而非限制性的。可以通过例如使步骤增加、去除、重新排列、组合和/或同时被执行来改变过程800。

在步骤810处，接收来自PTZ摄像机610的第一图像信息，并且在步骤820处，确定第一变焦值和第一倾斜角。这包括例如通过在PTZ摄像机610中的计算单元620接收来自PTZ摄像机610内的另一组件和/或来自计算单元620内的第一图像信息。如同过程500一样，第一图像信息指示第一变焦值和第一倾斜角。然而，在步骤810处，第一图像信息对应于PTZ摄像机610的图像。第一变焦值和第一倾斜角可以显式或隐式地包括在第一图像信息中。

第一图像信息优选地在PTZ摄像机610对感兴趣对象110被校准之后被提供。换句话说，一旦PTZ摄像机610适当地跟踪感兴趣对象110（例如，被扫视/倾斜以确保感兴趣对象110在观察区域的期望部分中）和被调整到理想变焦因子，第一图像信息就会被提供和确定。例如，PTZ摄像机610可以被配置为扫视、倾斜和变焦以帮助确保在第一位置处的感兴趣对象110在观察区域的中央，以及它占据观察区域的大约80％（或另一个导出量）。在感兴趣对象110移动到第二位置后，PTZ摄像机610继续跟踪感兴趣对象110，酌情调整倾斜角。

在步骤830处，接收来自PTZ摄像机610的第二图像信息，并且在步骤840处，确定第二倾斜角。步骤830和840类似于步骤810和820，且因此第二图像信息可以包括与第一图像信息相同类型的信息。这包括显式或隐式地传送该第二倾斜角。在步骤850处，等式18用于使用第一变焦值、第一倾斜角和第二倾斜角来计算第二变焦因子。

在步骤860处，指示第二变焦值的变焦信息被发送。例如，可以将变焦信息从计算单元220发送到PTZ摄像机610的另一组件，该另一组件被配置为接收变焦信息和根据第二变焦值来调整PTZ摄像机610的变焦值。

上面讨论的方法、系统和设备是例子而非限制性的。各种配置可以酌情省略、替代或添加各种过程或组件。例如，可以在各种其他配置中组合关于某些配置描述的特征。例如，图2的主摄像机120可以包括在图6的系统100-2中，允许图6的系统100-2在两种模式下运行：PTZ摄像机610在主-从配置中作为从摄像机运行的第一种模式和PTZ摄像机610提供在单摄像机配置中描述的功能的第二种模式。在上文被描述为分离的或在不同配置中的不同的方面和元件可以组合。另外，虽然本文描述的配置在视频监视系统的背景中，以上讨论的方法、系统和设备在其他背景中适用，其中摄像机系统跟踪（或可以跟踪）感兴趣对象，例如体育赛事、视频会议和运动捕获系统等。

在说明书中给出特定细节以提供对示例性配置和实现的透彻理解。其它实例可以使用或可以不使用这些特定细节。例如，示出了公知的电路、过程、算法、结构和技术而没有不必要的细节，以避免使描述模糊不清。

上面在顺序的过程中描述的操作可以以不同的顺序被执行，并且操作可以被省略或添加到所描述的过程，和/或可以被同时执行。此外，以上所述的过程可以由硬件、处理器所执行的软件、固件、中间件、微代码、硬件描述语言或其任何组合来实现。当在软件、固件、中间件或微代码中实现时，用来执行操作的程序代码或代码段可以存储在诸如存储介质的非临时计算机可读介质内。一个或多个处理器可执行软件以执行适当的任务。

可以使用各种修改、可选的构造和等同物而不偏离本公开的精神。例如，上文描述的元件可以是更大系统的组件，其中其他规则可能优先于该描述或以另外方式修改该描述。此外，在考虑上述元件之前、期间或之后可以进行许多步骤。因此，上述描述并非限制本公开，并且不限定权利要求的界限。

其它实例和实现在本公开和所附权利要求的精神和范围内。实现功能的部件可以物理地位于在不同的位置处，包括被分布，使得功能的部分在不同的物理位置处实现。

而且，如在本文中——包括在权利要求书中的——使用的，如在以“至少一个”开始的项目列表中使用的“或”指示分离性列表，使得例如“A、B或C中的至少一个”的列表包括A或B或C或AB或AC或BC或ABC（即，A和B和C）、或具有多于一个特征的组合（即，AA、AAB、ABBC，等）。

此外，可以公开多于一个发明。

Claims (26)

1.一种用于确定图像源的变焦值的方法，所述方法包括：

从所述图像源接收感兴趣对象的第一图像的第一图像信息，其中所述第一图像信息对应于所述图像源的第一倾斜角；

从所述图像源接收所述感兴趣对象的第二图像的第二图像信息，其中所述第二图像信息指示所述图像源的第二倾斜角；

确定对应于所述第一图像的第一变焦值；

使用所述第一倾斜角、所述第一变焦值和所述第二倾斜角来计算第二变焦值；以及

向所述图像源发送指示所述第二变焦值的变焦信息。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当所述感兴趣对象在特定位置的时候，以所述图像源的第一摄像机使用所述第一倾斜角捕获所述第一图像；以及

当所述感兴趣对象实质上在所述特定位置的时候，以所述图像源的与所述第一摄像机分离的第二摄像机使用所述第二倾斜角捕获所述第二图像。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，计算所述第二变焦值还使用下列项中的至少一个：

所述第一摄像机相对于地面的高度，或

所述第二摄像机相对于地面的高度。

4.根据权利要求2所述的方法，还包括控制所述第二摄像机对所述感兴趣对象的跟踪。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，至少部分地基于所述感兴趣对象相对于所述第一摄像机的观察区域的大小来确定所述第一变焦值。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，确定所述第一变焦值至少部分地基于下列项中的较小者：

所述第一摄像机的观察区域的高度与所述第一摄像机的观察区域中由所述感兴趣对象占据的部分的高度之比，以及

所述第一摄像机的观察区域的宽度与所述第一摄像机的观察区域中由所述感兴趣对象占据的部分的宽度之比。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述图像源包括摄像机，并且所述方法还包括：

当所述感兴趣对象在与所述摄像机相距第一距离处的时候捕获所述第一图像；以及

当所述感兴趣对象在与所述摄像机相距第二距离处的时候捕获所述第二图像。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括从物理地位于所述摄像机的壳体内的处理器产生并发送所述第一图像信息和所述第二图像信息。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，至少部分地基于所述感兴趣对象相对于所述摄像机的观察区域的大小来确定所述第一变焦值。

10.根据权利要求1所述的方法，还包括确定所述第一倾斜角或所述第二倾斜角中的至少一个。

11.一种非临时机器可读存储介质，包括体现在其上的指令，所述指令在由至少一个机器执行时使所述至少一个机器：

从由图像源提供的第一图像信息确定对应于感兴趣对象的第一图像的第一变焦值，其中所述第一图像信息对应于所述图像源的第一倾斜角；

从由所述图像源提供的第二图像信息确定对应于感兴趣对象的第二图像的第二倾斜角；

通过使用所述第一倾斜角、所述第一变焦值和所述第二倾斜角来计算第二变焦值；以及

向所述图像源发送指示所述第二变焦值的变焦信息。

12.根据权利要求11所述的非临时机器可读存储介质，其中，使所述至少一个机器计算所述第二变焦值的指令使所述至少一个机器使用下列项中的至少一个：

第一摄像机相对于地面的高度，或

第二摄像机相对于地面的高度。

13.根据权利要求12所述的非临时机器可读存储介质，其中，体现在其上的所述指令在由所述至少一个机器执行时还使所述至少一个机器控制所述第二摄像机对所述感兴趣对象的跟踪。

14.根据权利要求12所述的非临时机器可读存储介质，其中，所述第一变焦值至少部分地基于所述感兴趣对象相对于所述第一摄像机的观察区域的大小。

15.根据权利要求11所述的非临时机器可读存储介质，其中，所述第一变焦值至少部分地基于所述感兴趣对象相对于摄像机的观察区域的大小。

16.根据权利要求11所述的非临时机器可读存储介质，其中，体现在其上的所述指令在由所述至少一个机器执行时还使所述至少一个机器确定所述第一倾斜角或所述第二倾斜角中的至少一个。

17.一种系统，包括：

第一摄像机，其具有第一倾斜角和观察区域，所述第一倾斜角是固定的，其中所述第一摄像机被配置为：

当所述感兴趣对象在特定位置的时候，捕获所述感兴趣对象的第一图像；以及

输出关于所述第一图像的数据；

第二摄像机，其具有使所述第二摄像机能够跟踪所述感兴趣对象的可调整的倾斜角，其中所述第二摄像机被配置为：

当所述感兴趣对象实质上在所述特定位置的时候，利用第二倾斜角来捕获所述感兴趣对象的第二图像；以及

输出关于所述第二倾斜角的数据；以及

处理器，其通信地与所述第一摄像机和所述第二摄像机连接，其中所述处理器被配置为：

确定所述第一摄像机的第一变焦值；

使用所述第一倾斜角、所述第一变焦值和所述第二倾斜角来计算第二变焦值；以及

发送信息以使所述第二摄像机的变焦值根据所述第二变焦值而变化。

18.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置为至少部分地基于由所述感兴趣对象占据的所述第一摄像机的观察区域的部分来确定所述第一变焦值。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述处理器被配置为至少部分地基于下列项中的较小者来确定所述第一变焦值：

所述第一摄像机的观察区域的高度与所述第一摄像机的观察区域中由所述感兴趣对象占据的部分的高度之比，以及

所述第一摄像机的观察区域的宽度与所述第一摄像机的观察区域中由所述感兴趣对象占据的部分的宽度之比。

20.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器位于所述第一摄像机或所述第二摄像机的壳体内。

21.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器还被配置为控制所述第二摄像机对所述感兴趣对象的跟踪。

22.根据权利要求17所述的系统，其中，所述处理器被配置为通过使用下列项中的至少一个来计算所述第二变焦值：

所述第一摄像机相对于地面的高度，或

所述第二摄像机相对于地面的高度。

23.一种系统，包括：

摄像机，其具有可调整的倾斜角并被配置为跟踪感兴趣对象，所述摄像机还被配置为：

在所述摄像机被设定到第一倾斜角和第一变焦值的情况下，捕获所述感兴趣对象的第一图像；

响应于所述感兴趣对象到所述摄像机的距离的变化而将所述摄像机的倾斜角从所述第一倾斜角改变到第二倾斜角；

在所述摄像机被设定到所述第二倾斜角的情况下，捕获所述感兴趣对象的第二图像；以及

提供对所述第一倾斜角、所述第一变焦值和所述第二倾斜角的指示，以及

处理器，其通信地与所述摄像机连接，并被配置为

使用所述第一倾斜角、所述第一变焦值和所述第二倾斜角来计算第二变焦值；以及

向所述摄像机发送信息以使所述摄像机的变焦值从所述第一变焦值变化到所述第二变焦值。

24.根据权利要求23所述的系统，其中，所述第一变焦值至少部分地基于由所述感兴趣对象占据的所述第一摄像机的观察区域的部分。

25.根据权利要求23所述的系统，其中，所述处理器位于所述摄像机的壳体内。

26.根据权利要求23所述的系统，其中，所述处理器还被配置为控制所述摄像机对所述感兴趣对象的跟踪。

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