CN103763527B - 一种摄像机预置位同步系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种摄像机预置位同步系统及方法,包括依次连接的三维坐标转换模块、预置位生成模块、预置位批量导入模块、消息封装模块、通信链接模块、显示模块、以及预置位信息查询模块。本发明利用摄像机预置位同步装置替代了原有的人工处理预置位缺失的操作,防止了预置位缺失造成的安全隐患,所以,有效解决了现有技术中现有的变电站摄像机中预置位缺失的处理方法存在操作复杂、效率较低、通用差的技术问题,进而实现了简单易操作、高效率、通用性强的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及视频监控测试领域,具体是指一种摄像机预置位同步系统及方法。
背景技术
视频监控一直是人们关注的应用技术热点之一,它以其直观方便、信息内容丰富而被广泛应用于许多场合。变电站视频监控系统能实时、形象、真实地反映被监控对象,长时间获取变电站内的实时信息,极大地提高电网公司管理效率和自动化水平。随着用电量需求的增加,变电站的数量逐年递增;同时国家电网“三集五大”体系的建立,对变电站的无人值守和集中监控提出新的要求,因此变电站视频监控的重要性和必要性日益凸显。
变电站监控系统中的网络摄像机,将变电站中需要监控的重要部位如开关刀闸、机柜等设置为预置位,通过对预置位的实时轮训,起到监控作用。然而,由于变电站环境复杂,长期运行的摄像机由于各种原因,会发生预置位缺失的情况,而且更换一台新设备后,原有的预置位信息也将不存在,从而极大地影响了变电站视频监控系统的整体功能,造成安全隐患。
针对上述问题,目前主要采用的办法是,人工控制摄像机云台旋转,当云台转到指定位置后,进行变焦操作,当目标物在监控区域呈现较好的观测效果时,进行预置位设置操作。在预置位个数很大的情况下,工作量大,操作复杂,效率极低。
在现有方法中,由于现有的变电站视频监控系统预置位缺失处理的方法采用人工控制摄像机旋转,单步设置预置位,而通常情况下,变电站预置位数量很大,人工设置预置位工作量大,设置效果不理想,现有的方法存在操作复杂、效率低下、不具备进一步通用的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摄像机预置位同步系统及方法,解决目前的变电站监控中,大批量设置预置位工作量大、操作复杂、效率低下的问题。
本发明的目的通过下述技术方案实现:
一种摄像机预置位同步系统,包括依次连接的三维坐标转换模块、预置位生成模块、预置位批量导入模块、消息封装模块、通信链接模块、显示模块、以及预置位信息查询模块,其中:
三维坐标转换模块:用于设定三维空间坐标原点,获取任意目标物体以该原点为基准的X轴、Y轴、以及Z轴方向的三维空间坐标,转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标,建立三维空间坐标与被测摄像机支持的协议坐标转换关系;
预置位生成模块:用于将目标物体经过三维坐标转换后的标准云台坐标生成为预置位信息;预置位批量导入模块:用于批量导入预置位生成模块生成的预置位信息;
消息封装模块:用于实现预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式;
通信链接模块:用于实现消息封装模块与被测摄像机IPC的通信;
显示模块:用于摄像机预置位同步效果的显示;
预置位信息查询模块:用于查询同步后的预置位信息。
三维坐标转换模块将目标物体的三维空间坐标转换为基于TCP协议的预置位同步协议标准云台坐标;预置位生成模块将经过三维坐标转换后的目标物体生成为预置位信息;预置位批量导入模块批量导入预置位生成模块生成的预置位信息;消息封装模块实现预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式;通信链接模块实现消息封装模块与被测摄像机IPC的通信;显示模块用于摄像机预置位同步效果的显示;预置位信息查询模块用于查询同步后的预置位信息,这样的摄像机预置位同步系统有效解决了现有技术中变电站摄像机中预置位缺失的处理方法中存在操作复杂、效率较低、采用系统控制来代替目前的通用差的技术问题,进而实现了简单易操作、高效率、通用性强的技术效果。
所述消息封装模块采用Web Services的形式,利用SOAP协议,在HTTP协议基础上,以XML格式封装预置位消息。
一种摄像机预置位同步方法,包括以下步骤:
(a)利用三维坐标转换模块构建三维空间实际坐标与通信协议规范坐标之间的映射关系,将目标物体的三维空间坐标转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标;
(b)预置位生成模块将步骤(a)中三维坐标转换模块转换后的预置位同步协议标准云台坐标与该预置位的名称、以及编号生成预置位完整信息并保存;
(c)预置位批量导入模块整合所有步骤(b)得到的待同步的预置位信息,消息封装模块将预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式并导入到摄像机预置位同步平台;
(d)利用通信链接模块将消息封装模块封装的摄像机预置位同步请求消息下发到被测摄像机中,实现消息封装模块与被测摄像机的通信,进行摄像机预置位同步操作。
还包括预置位信息的查询和显示步骤:显示模块用于查询摄像机预置位同步后的效果,并将预置位实时画面呈现在摄像机预置位同步平台上,查询模块用于查询已经同步到被测摄像机中的预置位信息,查询预置位数量和预置位坐标。
所述步骤(a)具体包括以下步骤:
(a1)建立被测摄像机规范的云台坐标体系,规范被测摄像机顺时针旋转和逆时针旋转的坐标符号变化规律;
(a2)测量目标物体的实际尺寸、空间三维坐标参数,测量被测摄像机的空间三维坐标参数;
(a3)通过步骤(a2)获得的目标物体的实际尺寸、三维空间坐标和步骤(a1)获得的被测摄像机的三维空间坐标的差值,计算转换为符合基于TCP的预置位同步协议的云台坐标参数。
所述的预置位完整信息包括预置位名称、预置位编号、被测摄像机云台水平坐标x、垂直坐标y、镜头变焦坐标z。
本发明与现有技术相比,具有如下的优点和有益效果:
一种摄像机预置位同步系统及方法采用三维坐标转换模块将目标物体的三维空间坐标转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标;预置位生成模块用于将经过三维坐标转换后的目标物体生成为预置位信息;预置位批量导入模块批量导入预置位生成模块生成的预置位信息;消息封装模块实现预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式;通信链接模块实现所述消息封装模块与被测摄像机IPC的通信;预置位信息的查询和显示步骤用于查询摄像机预置位同步后的效果,并将预置位实时画面呈现在摄像机预置位同步平台上,查询已经同步到被测摄像机中的预置位信息,查询预置位数量和预置位坐标,即利用摄像机预置位同步系统替代了原有的人工处理预置位缺失的操作,防止了预置位缺失造成的安全隐患,所以,有效解决了现有技术中现有的变电站摄像机中预置位缺失的处理方法存在操作复杂、效率较低、通用差的技术问题,进而实现了简单易操作、高效率、通用性强的技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定。在附图中:
图1为本发明摄像机预置位同步系统的原理框图;
图2是本发明预置位信息示意图;
图3是本发明摄像机预置位同步方法的流程图;
图4是本发明摄像机预置位同步系统运行的流程图;
图5是本发明摄像机运动坐标体系规范示意图;
图6是本发明摄像机与目标预置位空间位置关系示意图;
图7是本发明摄像机变焦坐标参数之间关系示意图;
图8是本发明实施例一中配置本地信息和摄像机信息的示意图;
图9是本发明实施例一中摄像机通信配置示意图;
图10是本发明实施例一中选取的测试环境和测试对象;
图11是本发明施例一中预置位同步参数设置截图;
图12是本发明施例一中生成的预置位信息;
图13是本发明施例一中摄像头中的实际监控位置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白,下面结合实施例和附图,对本发明作进一步的详细说明,本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明,并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1至7所示,本发明一种摄像机预置位同步系统,包括依次连接的三维坐标转换模块、预置位生成模块、预置位批量导入模块、消息封装模块、通信链接模块、显示模块、以及预置位信息查询模块,其中三维坐标转换模块:用于设定三维空间坐标原点,获取任意目标物体以该原点为基准的X轴、Y轴、以及Z轴方向的三维空间坐标,转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标,建立三维空间坐标与被测摄像机支持的协议坐标转换关系;预置位生成模块:用于将目标物体经过三维坐标转换后的标准云台坐标生成为预置位信息;预置位批量导入模块:用于批量导入预置位生成模块生成的预置位信息;消息封装模块:采用Web Services的形式,利用SOAP协议,在HTTP协议基础上,以XML格式封装预置位消息,用于实现预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式;通信链接模块:用于实现消息封装模块与被测摄像机(IPC)的通信;显示模块:用于摄像机预置位同步效果的显示;预置位信息查询模块:用于查询同步后的预置位信息。
三维坐标转换模块用于设定三维空间坐标原点,获取任意目标物体以该原点为基准的东西方向、南北方向和垂直方向的三维空间坐标,即以三维空间坐标原点为基准的X轴、Y轴、以及Z轴方向的三维空间坐标建立三维空间坐标与被测摄像机支持的协议坐标转换关系,具体方法如下:根据预置位同步协议对云台绝对移动坐标接口的描述,约定云台参数x、y的取值范围为(-1,1),镜头变倍参数z取值范围为(0,1),由空间物理坐标向预置位同步协议绝对位置移动坐标转换过程如下:
由于研究的被测摄像机为网络摄像机,球机具备云台旋转功能,云台移动分为水平方向和垂直方向,通常情况下,球机的水平移动角度为360°,而垂直方向俯仰角即机体坐标系X轴与水平面的夹角,根据球机的型号与应用场合各有不同,本实施例中设置俯仰角为γ;摄像机空间运动坐标参考系为:X方向水平俯视旋转,以顺时针方向为正方向,逆时针为负方向;Y方向平视旋转,以地平线为基准,向上为正方向;如图5所示,,由于每个摄像机初始都有一个绝对位置的坐标原点,记坐标原点与南北轴线方向夹角为θ,θ沿逆时针方向为正值,沿逆时针方向为负值;将俯视图圆形区域分为四个部分,按照逆时针方向依次划分为四个象限,并且将东西、南北两轴线和圆形的交点设为V1、V2、V3、V4四个点,实际测量得出摄像机的空间物理坐标为(L1,X1,H1),其中L1表示以空间某一固定参考点为基准(该点空间坐标定为(0,0,0)),南北方向的坐标;X1为东西方向坐标;H1为垂直方向的坐标值,其中L1、X1、H1都只取正值,同理可设目标物体空间坐标为(L2,X2,H2)。
三维空间坐标与协议坐标可以根据单位移动距离与数值对应的办法确定:设摄像头启动时原点的绝对位置水平角度为θ,根据象限约定,θ取值范围依次可划分为(-180,-90)、(-90,0)、(0,90)、(90,180),约定V1点的值为0,V2点的θ值为90,V3点的θ值为±180,V4点的θ值为-90;由于预置位同步协议规定绝对坐标X值范围为-1到1之间,而球机水平旋转角度为0°到360°,由此可以确定单位角度X参数的变化值为2/360°,记与四个交点的预置位同步协议X坐标差值为△x,可得:
即:
可以求得:
1、当θ∈(0,90)时,有
2、当θ∈(90,180)时,有
3、当θ∈(-90,0)时,有
4、当θ∈(-180,-90)时,有
摄像机与预置位的位置关系如图6所示,垂直与水平方向的夹角分别记为α和β;
根据上述可以得出以下结论:
1、当目标预置位落在第I象限时,有x=V2+△x,即
2、当目标预置位落在第II象限时,有x=V2-△x,即
3、当目标预置位落在第III象限时,有x=V4+△x,即
4、当目标预置位落在第IV象限时,有x=V4-△x,即
由此可见,要求得协议的绝对坐标x,必须先确定角度β,摄像机与预置位的位置关系如图6所示,可求得β=arctan(△L/△X),其中△L和△X分别为摄像机与预置位南北和东西方向的空间坐标差值。
综上所述,通过摄像机和预置位的三维空间坐标,得出在预置位同步协议下预置位的绝对标准x为:
计算y之前,需要约定,摄像机镜头竖直向下时,对应于预置位同步协议绝对位置y=-1。则,根据上文所述,有△L/△X)
y=-1+2α/γ
由上图可得,故求得
由此计算出预置位同步协议体系下的预置位绝对坐标x和y。
预置位同步协议中对变焦参数z的取值范围规定为[0,1],z描述了摄像机变焦的范围和幅度。以单位面积(如1x1cm2)的物体为研究对象,假设摄像机的图像分辨率为RL*RH,当摄像机对目标物体定位时,设该物体出现在监控区域的中心位置,所占像素为ROL*ROH,为了保证物体在监控区域的位置不至于出现越界,需要满足以下关系:
1、当ROL/ROH>=RL/RH时,有ROL=k*RL,(0<k<100%)
2、当ROL/ROH<RL/RH时,有ROL=k*RL,(0<k<100%),其中k表示目标物体占屏幕水平或垂直区域的像素比,通常取k=80%,满足物体成像的尺寸。
满足上述条件的情况下,目标物体与摄像机镜头之间的距离L与摄像机的变倍系数kc之间存在某种对应关系,随着L的增大,要保持目标物体在屏幕中的像素比,需要增大变倍系数kc。不妨假定,在满足上述条件的情况下,单位面积的物体和摄像机镜头之间的距离L与摄像机变倍系数kc之间的关系表示为:
kc=f(L)
而变焦坐标z与摄像机变倍系数kc之间存在对应关系,假定摄像机支持的总变倍数为kt,坐标z对应的变焦步长为p,则有
由上述两式可得到:
对于非单位面积的物体,保持像素比不变的情况下,需要在上述公式中引入影响因子λ,得到:
其中λ与物体的平面尺寸OL和OH有关。由此可知,某尺寸的物体在视频监控区域保持一定的像素比例时,决定绝对坐标z的因素有物体尺寸、物体与摄像机镜头的距离、摄像机支持的总变倍系数。在确定了f(L)后,就可以求出参数z。
由于距离L与变倍系数kc之间存在上述关系,因而坐标数z与L之间变化变化趋势比较清晰,即随着距离L的增大,z也随之增大,并且越来越趋于极值1。L与z的关系如图10所示。图10比较接近反正切函数的曲线,经过实际测量和比对效果测试,发现在L在较小的情况下(小于临界值Lt),用反正切函数拟合误差较大,而与直线函数比较接近,因此z与L的关系近似情况下可确立为:
其中参数a和b为拟合直线的参数,可通过实际测量取点近似确定,由此确定了云台协议坐标体系规范后的x、y、z坐标。
消息封装模块采用Web Services的形式,利用SOAP协议,在HTTP协议基础上,以XML格式封装预置位消息,每个预置位都以一个节点的形式整合到消息体中;通信连接模块通过TCP网络通信实现所述消息封装模块与所述被测摄像机的通信连接;预置位信息包括预置位名称、预置位编号、所述被测摄像机云台水平坐标x、垂直坐标y、镜头变焦坐标z。在实际应用中,预置位名称和预置位编号可进行设置,云台坐标x、y、z由所述三维坐标转换模块转换生成;三维坐标转换模块中的所述目标物体的三维空间坐标与预置位同步协议标准云台坐标转换具体包括:建立被测摄像机规范的云台坐标体系,规范所述被测摄像机顺时针旋转和逆时针旋转的坐标符号变化;测量所述目标物体的实际尺寸、空间三维坐标参数;测量所述被测摄像机的空间三维坐标参数;通过目标物体的实际尺寸、三维空间坐标和所述被测摄像机的三维空间坐标的差值,计算转换为符合预置位同步协议的云台坐标参数;云台水平方向坐标换算单元,云台水平方向坐标换算单元用于将空间三维坐标转换为云台水平旋转坐标分量x;云台垂直方向坐标换算单元用于将空间三维坐标转换为云台水平旋转坐标分量y;摄像机变焦换算单元用于将空间三维坐标转换为变焦坐标分量z。
本发明实施例还提供了一种摄像机预置位同步方法,包括:
(a1)实际测量(或导入源文件)目标预置位三维空间坐标和被测摄像机三维空间坐标;
(a2)所述三维坐标转换模块读取目标物体坐标信息,生成云台坐标参数;
(a3)所述预置位生成模块将云台坐标x、y和变焦坐标z结合预置位名称和编号生成预置位信息;
(b)预置位生成模块将步骤(a)中三维坐标转换模块转换后的预置位同步协议标准云台坐标与该预置位的名称、以及编号生成预置位完整信息并保存;
(c)预置位批量导入模块整合所有步骤(b)得到的待同步的预置位信息,消息封装模块将预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式并导入到摄像机预置位同步平台;
(d)利用通信链接模块将消息封装模块封装的摄像机预置位同步请求消息下发到被测摄像机中,实现消息封装模块与被测摄像机的通信,进行摄像机预置位同步操作;
预置位信息的查询和显示步骤:显示模块用于查询摄像机预置位同步后的效果,并将预置位实时画面呈现在摄像机预置位同步平台上,查询模块用于查询已经同步到被测摄像机中的预置位信息,查询预置位数量和预置位坐标;
其中,预置位批量导入模块中的模拟摄像机实现环境告警信息与视频监控联动的结果校验;预置位信息查询模块查询同步的预置位信息,并为后续同步提供数据源;预置位信息包括预置位名称、预置位编号、摄像机云台水平坐标x、垂直坐标y、镜头变焦坐标z;三维坐标转换模块具体用于设定三维空间坐标原点,获取任意目标物体以该原点为基准的东西方向、南北方向和垂直方向的三维空间坐标,建立三维空间坐标与被测摄像机支持的协议坐标转换关系;利用通信链接模块将所述消息封装模块与所述被测摄像机之间建立数据连接具体为:所述通信连接模块通过TCP网络通信实现所述消息封装模块与所述被测摄像机的通信连接,进一步将预置位信息同步到所述被测摄像机中。
结合图5,对采用本发明实施例中的摄像机预置位同步方法的流程做具体的介绍:首先测量与获取目标预置位三维坐标信息,如果已经有预置位信息源文件,则可以导入源文件,然后将预置位三维坐标转换为云台坐标参数,然后生成预置位信息,判断是否还需要继续进行预置位生成操作,如果是,则继续返回测量与获取三维空间坐标,如果否,则批量导入已经生成的预置位信息,同时,将预置位批量存储起来,以便后续同步预置位时可作为源文件,然后将预置位信息封装成预置位同步协议消息体标准格式,然后发送封装的请求消息到摄像机,流程结束。
以某型号的摄像机预置位同步测试为例,测试过程如下:
1.配置本地通信信息和被测摄像机通信信息,包括本地IP地址和端口、摄像机IP地址、通信端口、视频流传输端口,配置信息,如附图8所示;配置摄像机通信信息,包括摄像机端口、摄像机IP、媒体服务URL,云台服务URL、摄像机码流编号;配置操作见附图9所示;
2.选取测试环境和测试对象,见附图11,选取环境中的某一参考点作为三维坐标原点本例中选取靠门墙角为原点,其次,需要用测量工具卷尺测量水桶的平面尺寸,测得实际水平尺寸和垂直尺寸分别为20厘米和30厘米;然后,测量摄像机中心点和水桶中心点距离原点的三维坐标参数,经过实际测量,得出摄像机的三维坐标为(3.02m,0.28m,1.25m),水桶的三维坐标为(0.32m,1.88m,1.2m)其中前两个坐标参数的实际意义如图10中三角形中两条直角边所示,实际测得摄像机原点差值角为-27°,俯仰差值角为90°,将上述参数输入预置位同步参数界面中,此时水桶位置应处于摄像机的第二现象,预置位同步参数设置如图11所示;
3.通过预置位生成模块将上述空间坐标参数利用三维空间坐标转换方法生成预置位同步协议标准坐标参数,生成的预置位信息如图12所示;
4.通过通信链接模块建立通信连接,信息封装模块通过TCP套接字与被测摄像机建立数据连接;
5.向被测摄像机发送摄像机预置位同步信息,摄像机记录预置位;
6.利用显示模块显示预置位同步效果,实际预置位同步效果如图13所示,由图可见,预置位同步效果良好。
以上所述的具体实施方式,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施方式而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种摄像机预置位同步系统,其特征在于:包括依次连接的三维坐标转换模块、预置位生成模块、预置位批量导入模块、消息封装模块、通信链接模块、显示模块、以及预置位信息查询模块,其中:
三维坐标转换模块:用于设定三维空间坐标原点,获取任意目标物体以该原点为基准的X轴、Y轴、以及Z轴方向的三维空间坐标,转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标,建立三维空间坐标与被测摄像机支持的协议坐标转换关系;
预置位生成模块:用于将目标物体经过三维坐标转换后的标准云台坐标生成为预置位信息;
预置位批量导入模块:用于批量导入预置位生成模块生成的预置位信息;
消息封装模块:用于实现预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式;
通信链接模块:用于实现消息封装模块与被测摄像机(IPC)的通信;
显示模块:用于摄像机预置位同步效果的显示;
预置位信息查询模块:用于查询同步后的预置位信息。
2.根据权利要求1所述的一种摄像机预置位同步系统,其特征在于:所述消息封装模块采用Web Services的形式,利用SOAP协议,在HTTP协议基础上,以XML格式封装预置位消息。
3.一种摄像机预置位同步方法,其特征在于,包括以下步骤:
(a)利用三维坐标转换模块构建三维空间实际坐标与通信协议规范坐标之间的映射关系,将目标物体的三维空间坐标转换为基于TCP的预置位同步协议标准云台坐标;
(b)预置位生成模块将步骤(a)中三维坐标转换模块转换后的预置位同步协议标准云台坐标与该预置位的名称、以及编号生成预置位完整信息并保存;
(c)预置位批量导入模块整合所有步骤(b)得到的待同步的预置位信息,消息封装模块将预置位信息批量封装成基于TCP的预置位同步协议标准格式并导入到摄像机预置位同步平台;
(d)利用通信链接模块将消息封装模块封装的摄像机预置位同步请求消息下发到被测摄像机中,实现消息封装模块与被测摄像机的通信,进行摄像机预置位同步操作;
所述步骤(a)具体包括以下步骤:
(a1)建立被测摄像机规范的云台坐标体系,规范被测摄像机顺时针旋转和逆时针旋转的坐标符号变化规律;
(a2)测量目标物体的实际尺寸、空间三维坐标参数;测量被测摄像机的空间三维坐标参数;
(a3)通过步骤(a2)获得的目标物体的实际尺寸、空间三维坐标参数和步骤(a1)获得的被测摄像机顺时针旋转和逆时针旋转的坐标符号变化规律,计算转换为符合基于TCP的预置位同步协议的云台坐标参数。
4.根据权利要求3所述的一种摄像机预置位同步方法,其特征在于,还包括预置位信息的查询和显示步骤:显示模块用于查询摄像机预置位同步后的效果,并将预置位实时画面呈现在摄像机预置位同步平台上,查询模块用于查询已经同步到被测摄像机中的预置位信息,查询预置位数量和预置位坐标。
5.根据权利要求3或4所述的一种摄像机预置位同步方法,其特征在于,所述的预置位完整信息包括预置位名称、预置位编号、被测摄像机云台水平坐标x、垂直坐标y、镜头变焦坐标z。
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