CN103905797A - 一种具有测距功能的监控设备及测距方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种具有测距功能的监控设备，包括主控模块、摄像机和载重云台，特征在于：主控模块通过摄像机距离地面的高度和俯视角，可计算出被测物体距离摄像机的水平距离。本发明的测距方法包括：a).使摄像机画面的中心点对准被测物体与地面的交点；b).获取摄像机高度；c).获取摄像机俯视角；d).求取水平距离；e).在图像中叠加上测出的距离信息。本发明的监控设备及测距方法，通过摄像机的高度和俯视角，可求出被测物体的水平距离，便于监控人员根据监控画面获取物体距离摄像机的距离大小，对监控对象的位置和距离做出合理的估算。所采用的测距方法简洁有效，降低了设备的生产成本。

Description

一种具有测距功能的监控设备及测距方法

技术领域

本发明涉及一种具有测距功能的监控设备及测距方法，更具体的说，尤其涉及一种通过摄像机距离地面的高度和其俯视角来求取物体距离摄像机水平距离的监控设备及测距方法。

背景技术

目前，视频监控、取证在安防系统中起着日益重要的作用，已广泛应用于公安、边防、银行、油田等各个行业。在监控的过程中，随时获取被监控对象与监控设备之间的距离尤为重要，以便对监控对象做出客观的评价和判断。现在的视频监控设备中的测距功能主要是通过增加激光测距机来实现的，而对于一些不需要很高精度的情况，使用激光测距机就会使成本增加，且不够便捷。

发明内容

本发明为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种具有测距功能的监控设备及测距方法。

本发明的具有测距功能的监控设备，包括主控模块、摄像机以及用于承载摄像机的载重云台，主控模块具有采集、运算和控制作用；所述载重云台上设置有与主控模块相连接的水平旋转驱动模块和俯仰驱动模块，主控模块通过水平旋转驱动模块、俯仰驱动模块可分别驱使摄像机水平旋转运动和俯仰运动；其特别之处在于：摄像机的光轴指向被测物体与地面的交点处，主控模块通过俯仰驱动模块获取摄像机当前的俯视角，主控模块根据摄像机距离地面的高度和摄像机当前的俯视角可计算出被测物体距离摄像机的水平距离。

主控模块具有运算和控制功能，摄像机设置于载重云台上。主控模块通过水平旋转驱动模块可驱使摄像机旋转运动，以实现360°转动；通过俯仰驱动模块可驱使摄像机进行俯仰运动，以实现对远近场景和物体的监控。在获取了摄像机高度和俯视角的前体条件下，根据正弦定理可计算出被测物体与摄像机之间的水平距离。

本发明的具有测距功能的监控设备，所述载重云台上还设置有用于测量摄像机距离地面高度的高度测量模块，高度测量模块与主控模块相连接；所述主控模块还连接有用于夜间补光的激光照明器。

摄像机高度的求取，可通过人工测量后标定，也可通过高度测量模块直接求出。激光照明器实现夜间的补光照明。

本发明的具有测距功能的监控设备的测距方法，其特别之处在于，包括以下步骤：a).指向被测物体，在主控模块的控制作用下，通过水平旋转驱动模块和俯仰驱动模块对载重云台的驱使，使摄像机拍摄画面的中心点对准被测物体与地面的交点处；设被测物体与地面的交点为                                                

；b).获取摄像机高度，主控模块通过人工标定或高度测量模块获取摄像机距离地面的高度

；设载重云台竖直设置，其与地面的交点为

，摄像机处于载重云台上的

点；c).获取摄像机俯视角，主控模块通过俯仰驱动模块获取摄像机的俯视角，设俯视角的大小为

；d).求取水平距离，在载重云台与地面的交点

、摄像机在载重云台上的位置和被测物体与地面的交点

所组成的

中，根据正弦定理可求取被测物体距离摄像机的水平距离

；

e).叠加距离信息，在摄像机采集的图像或视频信息中叠加上步骤d)中所求取的距离

，以直观地显示出被测物体的远近。

本发明的有益效果是：本发明的具有测距功能的监控设备及测距方法，通过人工标定或直接测量的方法获取摄像机距离地面的高度，通过俯仰驱动模块获取摄像机的俯视角，然后根据正弦定理可求出被测物体距离摄像机的水平距离。通过将被测物体的距离信息叠加到监控图像中，便于监控人员根据监控画面获取物体距离摄像机的距离大小，对监控对象的位置和距离做出合理的估算。

本发明的具有测距功能的监控设备及测距方法，在不考虑特殊地形的条件下，地面可看做是水平的，所获取的被测物体的水平距离误差在允许的范围内，由于所采用的测距方法简洁有效，降低了设备的生产成本。

附图说明

图1为本发明的具有测距功能的监控设备的原理图；

图2为本发明的监控设备的测距方法原理图；

图3为本发明的监控设备的测距方法的流程图；

图4为监控距离随云台俯视角度变化的曲线图。

图中：1主控模块，2载重云台，3摄像机，4水平旋转驱动模块，5俯仰驱动模块，6高度测量模块，7激光照明器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，给出了本发明的具有测距功能的监控设备的原理图，其包括主控模块1、摄像机3、载重云台2、水平旋转驱动模块4、俯仰驱动模块5、高度测量模块6以及激光照明器7；所示的主控模块1由微控制器构成，具有信号采集、数据运算和控制输出的作用。摄像机3设置于载重云台上，在主控模块1的控制作用下，水平旋转驱动模块4、俯仰驱动模块5可驱使摄像机3分别进行水平旋转运动和俯仰运动。同时，主控模块1通过检测俯仰驱动模块5中电机的转动角度，进而获取摄像机3的俯仰角度。

可人工标定出摄像机3距离地面的高度，主控模块1还可通过高度测量模块6获取摄像机3的高度。激光照明器7与主控模块1相连接，用于实现夜间的补充照明。在测量的过程中，将摄像机3的光轴对准被测物体与地面的交点处，主控模块1在获取了摄像机距离地面的高度和俯视角之后，根据正弦定理，可计算出被测物体距离摄像机的水平距离。

如图2和图3所示，分别给出了本发明的监控设备的测距方法的原理图和流程图，其通过以下步骤来实现：

a).指向被测物体，在主控模块1的控制作用下，通过水平旋转驱动模块4和俯仰驱动模块5对载重云台2的驱使，使摄像机3拍摄画面的中心点对准被测物体与地面的交点处；设被测物体与地面的交点为；

该步骤中，摄像机3拍摄画面的中心点与被测物体与地面的交点处对准，即摄像机3的光轴线与被测物体与地面的交点处对准。

b).获取摄像机高度，主控模块1通过人工标定或高度测量模块6获取摄像机距离地面的高度；设载重云台竖直设置，其与地面的交点为

，摄像机处于载重云台上的

点；

人工标定即人工测得摄像机距离地面的高度后，手动输入至主控模块1中。

c).获取摄像机俯视角，主控模块通过俯仰驱动模块获取摄像机的俯视角，设俯视角的大小为

；

d).求取水平距离，在载重云台与地面的交点

、摄像机在载重云台上的位置

和被测物体与地面的交点

所组成的中，根据正弦定理可求取被测物体距离摄像机的水平距离

；

OB为摄像机3的光轴线，指向物体BD与地面的交点B处。OC为水平线，为摄像机的俯视角。在

中：A0、AB为直角边，OB为斜边，γ=90°-，在已知AO的高度和俯视角

的大小后，即可求取AB的大小。

e).叠加距离信息，在摄像机采集的图像或视频信息中叠加上步骤d)中所求取的距离

，以直观地显示出被测物体的远近。

下面用数据图表来分析本发明的具有测距功能的监控设备适用的测距范围。

如表1所示，给出了监控设备高度分别为5米和10米时，不同距离对应的俯视角。通过云台俯仰驱动模块或使用角度仪测出的角度精度可以达到0.0001。从表中可以看出监控设备的高度为5米时的俯视角度变化幅度比高度为10米时的俯视角度变化幅度更小，俯视角度也更小。由此可知，监控设备的高度相对越高，越有利于计算距离。

表1

如图4所示，给出了监控距离随云台角度变化曲线图，从图中能够更直观的看到角度变化趋势。从某个数值开始角度变换趋势越来越小，不利于计算被测物体的距离。当距离大于400米时俯视角度区分不大，误差会相对变大，影响距离计算结果。综上所述，本发明的具有测距功能的监控设备所提供能的方法适合对短距离的监控400米以内的目标进行测距，当测得的俯视角度精度较高时，相应的测距精度就越高。

Claims (3)

1.一种具有测距功能的监控设备，包括主控模块（1）、摄像机（3）以及用于承载摄像机的载重云台（2），主控模块具有采集、运算和控制作用；所述载重云台上设置有与主控模块相连接的水平旋转驱动模块（4）和俯仰驱动模块（5），主控模块通过水平旋转驱动模块、俯仰驱动模块可分别驱使摄像机水平旋转运动和俯仰运动；其特征在于：摄像机的光轴指向被测物体与地面的交点处，主控模块通过俯仰驱动模块获取摄像机当前的俯视角，主控模块根据摄像机距离地面的高度和摄像机当前的俯视角可计算出被测物体距离摄像机的水平距离。

2.根据权利要求1所述的具有测距功能的监控设备及测距方法，其特征在于：所述载重云台（2）上还设置有用于测量摄像机距离地面高度的高度测量模块（6），高度测量模块与主控模块（1）相连接；所述主控模块还连接有用于夜间补光的激光照明器（7）。

3.一种基于权利要求1所述的具有测距功能的监控设备的测距方法，其特征在于，包括以下步骤：

a).指向被测物体，在主控模块（1）的控制作用下，通过水平旋转驱动模块（4）和俯仰驱动模块（5）对载重云台的驱使，使摄像机（3）拍摄画面的中心点对准被测物体与地面的交点处；设被测物体与地面的交点为                                               

；

b).获取摄像机高度，主控模块通过人工标定或高度测量模块（6）获取摄像机距离地面的高度

；设载重云台竖直设置，其与地面的交点为

，摄像机处于载重云台上的

点；

c).获取摄像机俯视角，主控模块通过俯仰驱动模块获取摄像机的俯视角，设俯视角的大小为；

d).求取水平距离，在载重云台与地面的交点

、摄像机在载重云台上的位置

和被测物体与地面的交点

所组成的中，根据正弦定理可求取被测物体距离摄像机的水平距离

；

e).叠加距离信息，在摄像机采集的图像或视频信息中叠加上步骤d)中所求取的距离

，以直观地显示出被测物体的远近。

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