CN104735312A - 具有深度信息确定的监视摄像机设备 - Google Patents

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Abstract

提出一种监视摄像机设备，其具有用于由摄像机装置的拍摄位置拍摄具有至少一个对象的监视区域的摄像机装置、用于改变摄像机装置的拍摄位置的促动器装置、用于控制促动器装置和摄像机装置的控制装置、用于分析处理摄像机装置的图像的分析处理装置，其中，在摄像机装置的第一拍摄位置中能够拍摄第一图像，而在摄像机装置的第二拍摄位置中能够拍摄第二图像，其中，图像示出监视区域的具有至少一个对象的至少一个相同部分区段作为共同的部分区段，其中，分析处理装置构造用于由第一和第二图像确定关于在共同的部分区段中的至少一个对象的深度信息。

Description

具有深度信息确定的监视摄像机设备
技术领域
本发明涉及一种监视摄像机设备，其具有：用于由摄像机装置的拍摄位置拍摄具有至少一个对象的监视区域的摄像机装置、用于改变摄像机装置的拍摄位置的促动器装置、用于控制促动器装置和摄像机装置的控制装置和用于分析处理摄像机装置的图像的分析处理装置，其中，在摄像机装置的第一拍摄位置中能够拍摄第一图像，而在摄像机装置的第二拍摄位置中能够拍摄第二图像，其中，图像示出所述监视区域的具有所述至少一个对象的至少一个相同部分区段作为共同的部分区段。
背景技术
监视摄像机通常构造为黑白或彩色摄像机并且分布在待监视的区域中，以便在那儿拍摄这些区域的视频序列或者单个图像并且将其例如转发到监视中心或存储用于随后审阅。通常的监视摄像机可以静止地设置也或是可运动的。已知例如所谓的摇摄倾斜缩放摄像机(PTZ摄像机)，所述摇摄倾斜缩放摄像机可以沿视向改变。这样的PTZ摄像机例如用于借助仅仅一个唯一的摄像机监视广泛的区域。
文献DE 10 2005 057 569 A1——其可能构成最接近的现有技术——例如公开了一种用于借助至少一个视频摄像机进行监视的装置。视频摄像机设置在摆动设备和/或倾斜设备上，从而其视向——在该情况下根据声学信号——可以受控地定向。
发明内容
在本发明的范围中提出一种具有权利要求1的特征的监视摄像机设备。本发明的优选或有利的实施方式由从属权利要求、以下的说明书以及附图得出。
本发明主题是一种例如可应用在视频监视设施中的监视摄像机设备。在这样的视频监视设施中可以应用多个监视摄像机设备。例如在该视频监视设施中集成多于所述监视摄像机设备中的10、30或50个。
监视摄像机设备包括摄像机装置，其构造为例如黑白摄像机或彩色摄像机并且其能够实现图像的或可选择地补充地图像序列的拍摄。摄像机装置构造用于拍摄监视区域、也即摄像机装置的周围环境中的区域的图像，其中，在所述监视区域中设有和/或可设有至少一个对象。为了拍摄监视区域，摄像机装置位于一个拍摄位置，其中，通过拍摄位置确定尤其光轴、特别是摄像机装置的视向。
监视摄像机设备还包括促动器装置，其构造用于改变摄像机装置的拍摄位置。促动器装置可以涉及一维促动器装置例如摆动装置、涉及二维促动器装置例如摆动倾斜装置或者涉及多维促动器装置。在本发明的范围中也可能的是这样的促动器装置，所述促动器装置例如按照笛卡尔轴引起拍摄位置的变化或者构造为直线轴和摆动轴的混合形式。
监视摄像机设备包括控制装置，该控制装置适合和/或构造用于一方面控制促动器装置而另一方面用于控制摄像机装置。该控制装置可以一件式或多件式地实现。该控制装置或其部分可以集中地、尤其是集成地设置在监视摄像机设备中或者分散地、尤其是与摄像机装置间隔开地定位。控制装置使得可能的是，摄像机装置能够行进到第一拍摄位置中和第二拍摄位置中并且可以在那分别拍摄一个图像——下面称为第一图像和第二图像。所述图像也可以是一个图像序列的一部分。第一和第二拍摄位置在此如此选择，使得第一和第二图像显示所述监视区域的至少一个相同部分区段作为共同的部分区段。该相同或共同的部分区段尤其构造为图像中的重叠的部分区段。在该共同的部分区段中设有至少一个对象，其中，在残留的监视区域中可以设置另外的对象。
此外监视摄像机设备包括用于分析处理摄像机装置的图像的分析处理装置。分析处理装置也可以集中地或分散地设置。分析处理装置可以例如构造为数字的数据处理装置、尤其是计算机、微控制器、DSP，其具有相应的程序。
在本发明的范围中提出，分析处理装置构造用于由第一和第二图像确定关于在所述共同的部分区段中的所述至少一个对象的深度信息。
深度信息可以限于至少一个对象的一个对象点并且因此限于摄像机装置或另一参考点与所述对象点的距离确定。对此替代地，可以对于至少一个对象的多个对象点确定深度信息，从而由该对象可以导出三维的深度确定。在本发明的扩展方案中也可以在监视区域中创建多个对象的3D模型。
在此本发明的考虑在于，通过摄像机装置的拍摄位置的变化同时产生在第一图像中的分配给所述对象点的第一图像点与在第二图像中的分配给所述对象点的第二图像点的视差。连同第一图像的图像平面和第二图像的图像平面相对于所述对象的错开，能够实现所述对象点的深度信息的确定。
通常在常规监视摄像机中传送监视区域的仅仅一个二维成像，然而没有获得关于所成像的监视情景的深度的信息。然而根据本发明提出，通过监视摄像机设备确定深度信息，其方式是，分析处理来自摄像机装置的相对于监视区域中的至少一个对象的不同拍摄位置的图像。这样的分析处理算法对于本领域技术人员而言例如以索引词“Structure from Motion：由运动恢复结构-SfM”由文献已知。
在本发明的一个优选构型中设置，第一和第二拍摄位置如此构造，使得可以给它们分配第一图像平面和与所述第一图像平面错开的第二图像平面。在此设置，对象的对象点在第一图像平面上的第一图像点与相同对象点在第二图像平面上的第二图像点具有视差。
在本发明的一个特别简单和由此稳定的优选实现中设置，在第一拍摄位置中摄像机装置的光轴相对于在第二拍摄位置中所述摄像机装置的光轴平行错开一个基本值b。在该构造中，摄像机装置在第一和第二拍摄位置中类似于人的两只眼睛那样设置并且相互错开所述基本值。正好在该实施方案中已知多种算法，从而深度信息的确定能够特别简单并且因此稳定地实现。
在本发明的一个优选的构造上的构型中，监视摄像机设备具有壳体，其中，摄像机装置和促动器装置设置在壳体中。控制装置和分析处理装置可以完全地或部分地设置在壳体中，替代地它们完全地或部分地定位在壳体之外。特别优选地，该壳体构造为圆顶壳体，其中，该圆顶壳体具有基本体和透明的穹顶(圆顶)，其中，摄像机装置通过促动器装置可运动地设置在壳体中并且光轴穿过透明的穹顶。尤其壳体连同促动器装置和摄像机装置构造为一个静止设置的单元。
特别优选的是，监视摄像机设备构造为盖式摄像机、壁式摄像机或杆式摄像机。用于监视摄像机设备的所述结构型式在那时已经建立，其中，盖式摄像机例如应用在百货商店或建筑物中，壁式摄像机尤其在高的房子壁中安装在中等高的区域中，而杆式摄像机经常在自由地带中用于根据立杆监视周围环境。
在一种可能的构型中，促动器装置具有机动化的直线轴，通过该直线轴使摄像机装置移动基本值，以便采用两个拍摄位置。直线轴的运动方向尤其垂直于光轴地定向。在该构型中可特别简单地求取所述基本值，因为所述基本值相应于直线轴的行进路径。
然而在构造上优选的是，促动器装置具有主摆动装置以及辅助摆动装置，所述主摆动装置具有主摆动轴，所述辅助摆动装置具有辅助摆动轴。主摆动装置和辅助摆动装置分别至少构造为摆动装置，然而也可以实现为旋转装置。主摆动轴和辅助摆动轴能够相互平行错开地设置或相互平行错开地设置。通过主摆动轴和辅助摆动轴能够相互平行错开地设置的方式，它们不仅可以使摄像机装置摆动，而且补充地使其自身相互平行地错开。通过平行的错开可能的是，特别大地设计一个或所述基本值，从而改善了深度分辨率并且因此改善深度信息求取的精度。
在此特别优选的是，辅助摆动装置、主摆动装置和摄像机装置形成一个运动学上的链，其中，辅助摆动装置设置在主摆动装置上而摄像机装置设置在辅助摆动装置上。因此，在主摆动装置旋转时辅助摆动装置连同摄像机装置一起摆动。相反，在辅助摆动装置摆动时仅仅摄像机装置摆动，然而主摆动装置不运动。在该构型中可能的是，首先通过主摆动装置使摄像位置行进到中间位置中，并且随后通过辅助摆动装置使摄像机位置行进到第二拍摄位置中，其中，第一和第二拍摄位置的光轴相互平行地设置。
在本发明的一种可能的构造上的构型中，主摆动轴对于摄像机装置偏心地设置，尤其是对于摄像机装置的物镜的主平面和/或摄像机装置的图像传感器的传感器平面偏心地设置。相反，辅助摆动轴优选设置在摄像机装置内。通过这种方式可能的是，通过主摆动轴使摄像机装置处于离心摆动运动并且随后借助于辅助摆动装置纠正光轴的定向。
在本发明的一种可能的构造上的构型中，主摆动装置包括底座板，可以通过主摆动装置使该底座板绕主摆动轴摆动。辅助摆动装置连同摄像机装置离心地设置在底座板上，从而辅助摆动轴与主摆动轴平行错开地定位。
在本发明的一个特别成本有利的实施方式中，主摆动装置和辅助摆动装置通过一个共同的电机相互运行和/或通过传动装置相互约束引导，其中，约束引导如此构造，使得在第一位置中和在第二位置中光轴的定向相互平行。替代地采用两个不同的驱动装置、尤其电机。
在本发明的一个特别优选的实现中，主摆动轴和/或辅助摆动轴构造为摇摄摆动轴和/或垂直于监视摄像机设备和/或壳体的底板或装配板。通过这种方式实现了光轴沿水平方向错开基本值，该基本值能够作为横向视差通过图像处理算法特别简单地处理。
在本发明的一个优选构型中，分析处理装置通过程序技术和/或电路技术构造用于基于三角测量方法以及基于第一和第二图像以及基于图像平面之间的基本值的认识确定深度信息。可选地附加地可以设置，通过光流的方法检测对象的图像点的或对象的对象点的对应关系。
附图说明
本发明另外的特征、优点和作用产生于本发明的优选实施例以及附图的以下说明。其中：
图1：作为本发明的一个实施例在一个监视区域中监视摄像机设备的示意图；
图2a、b：用于阐明深度信息确定的功能方式的图1中的监视摄像机设备的示意图。
具体实施方式
图1作为本发明的一个实施例示出了监视摄像机设备1的强示意性示图。监视摄像机设备1具有摄像机装置2以及促动器装置3，它们共同设置在壳体4中。监视摄像机设备1例如构造为所谓的圆顶摄像机，其固定在盖上。促动器装置3使得可能的是，使摄像机装置2在拍摄位置中相对于壳体4和/或相对于周围环境U运动。例如促动器装置3可以实现摆动和/或倾斜功能(摇摄倾斜)，其中，摄像机装置2可以根据箭头5在一个平行于固定平面——例如壳体4的壁或盖——的平面中摆动，或者根据箭头6与之垂直摆动地倾斜。也可能的是，可以无尽地实施摆动，从而涉及旋转。
监视摄像机设备1、尤其是摄像机装置2指向监视区域7，在所述监视区域中设有多个对象8，例如柜、桌、汽车等。在第一摄像机位置中I以摄像机装置2检测监视区域7并且由摄像机装置输出第一图像9。
监视摄像机设备1包括控制装置10，其用于控制促动器装置3和摄像机装置2。控制装置10控制促动器装置3，以便从第一拍摄位置I出发行进到第二拍摄位置II中并且在第二拍摄位置II中拍摄第二图像11。
第一和第二拍摄位置I、II如此选择，使得摄像机装置2的光轴AI、AII相互平行错开一基本值b地设置。通过平行错开基本值b实现了：通过监视摄像机设备1能够实现立体视觉并且由第一图像9和第二图像11在共同的分析处理中可以导出关于对象8的深度信息。深度信息的导出基于三角测量，其中，按照已知的公式根据基本值b并且根据对象8'在图像9、11中的图像点的位置相互的偏差可以确定深度信息。
在认识摄像机装置2的基本值b和摄像机参数的情况下能够求取摄像机装置2与对象8的对象点之间的距离作为深度信息，对象8的对象点属于所成像的对象8'的图像点。然而，在由拍摄位置I到拍摄位置II的转变中必须将监视区域7的至少一个部分区段作为两个图像9、11上的共同的部分区段(T)显示，因为否则不能够建立图像9、11之间的对应关系。可能的是，图像点相互的对应关系以光流的方法计算，而且其他已知的用于解决对应关系问题的方法也是可能的。在分析处理装置12中实现深度信息的基于三角测量的计算。在分析处理装置12中可以计算深度信息、尤其是与一个单个的对象点的间距。这可以有利地用于使例如摄像机装置2聚焦到对象点上或对象点周围的深度区域上。对此替代地，分析处理装置12可以构建监视区域7的3D模型。这可以有利地用于简化尤其是用于视频内容分析的图像处理算法的质量或者用于对于用户而言简化位置图的建立。
在构造上看来，控制装置10和分析处理装置12也可以设置在壳体4中，从而该壳体能够作为一个具有功能能力的结构单元例如集成在建筑物中。对此替代地，控制装置10和分析处理装置12也可以分散地设置。混合形式也是可能的，从而例如控制装置10设置在壳体4中并且分析处理装置12分散地设置。
在图1中的监视摄像机设备中例如可能的是，促动器装置3构造用于使摄像机装置2绕摆动轴摆动，该摆动轴垂直于图像平面。在第一拍摄位置I与第二拍摄位置II之间视向的平行错开可以例如通过作为促动器装置3的部分的直线轴实现，该直线轴垂直于光轴定向。
图2a、b以一个由上方的示意俯视图示出了具有另一促动器装置3的监视摄像机设备1，其中，示出摄像机装置2连同其视野S和光轴AI和AII(图2b)。
摄像机装置2设置在促动器装置3上，该促动器装置在该实施例中具有可摆动的底座板13作为主摆动装置14，其可以绕主摆动轴15摆动。在图2b中绕主摆动轴15摆动的摄像机装置2以虚线表示，其中，首先摄像机装置2由第一拍摄位置I通过绕主摆动轴15的摆动转变到中间拍摄位置Z中。此外，促动器装置3具有辅助摆动装置16，该辅助摆动装置能够实现摄像机装置2绕辅助摆动轴17的摆动。在摄像机装置2绕辅助摆动轴17的附加的摆动中使摄像机装置2转变到拍摄位置II中，其中，光轴AII以基本值b平行于光轴AI。辅助摆动轴17穿过摄像机装置2。相反，摄像机装置2与主摆动轴15偏心或离心地设置。
在构造上的实现中可能的是，通过一个共同的电机使主摆动装置14和辅助摆动装置16运动，或者辅助摆动装置16构造为步进电机或者构造为适合的可耦合的传动装置，该传动装置将主摆动装置14、尤其是底座板13的摆动传递到摄像机装置。
1       监视摄像机设备
2       摄像机装置
3       促动器装置
4       壳体
5       箭头
6       箭头
7       监视区域
8       对象
9       第一图像
10      控制装置
11      第二图像
12      分析处理装置
13      底座板
14      主摆动装置
15      主摆动轴
16      辅助摆动装置
17      辅助摆动轴
I       第一摄像机位置/拍摄位置
II      第二拍摄位置
b       基本值
S       视野
U       周围环境
Z       中间拍摄位置

Claims (12)

1.一种监视摄像机设备(1)，其具有：
用于由摄像机装置(2)的拍摄位置(I、II)拍摄具有至少一个对象(8)的监视区域(7)的摄像机装置(2)、
用于改变所述摄像机装置(2)的拍摄位置(I、II)的促动器装置(3)、
用于控制所述促动器装置(3)和所述摄像机装置(2)的控制装置(10)、
用于分析处理所述摄像机装置(2)的图像(9、11)的分析处理装置(12)，
其中，在所述摄像机装置(2)的第一拍摄位置(I)中能够拍摄第一图像(9)，而在所述摄像机装置的第二拍摄位置(II)中能够拍摄第二图像(11)，其中，所述图像(9、11)示出所述监视区域的具有所述至少一个对象(8)的至少一个相同部分区段作为共同的部分区段(T)，
其特征在于，所述分析处理装置(12)构造用于由所述第一和第二图像(9、11)确定关于在所述共同的部分区段(T)中的所述至少一个对象(8)的深度信息。
2.根据权利要求1所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述第一和第二拍摄位置(I、II)构造用于对于所述至少一个对象(8)的相同的对象点产生所述对象点在分配给所述第一拍摄位置(I)的第一图像平面上和在分配给所述第二拍摄位置(II)的第二图像平面上的图像点的视差。
3.根据权利要求1或2所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，在所述第一拍摄位置(I)中所述摄像机装置(2)的光轴(AI)相对于在所述第二拍摄位置(II)中所述摄像机装置(2)的光轴(AII)平行错开一个基本值b。
4.根据以上权利要求中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于壳体(4)，其中，所述摄像机装置(2)和所述促动器装置(3)设置在所述壳体(4)中。
5.根据以上权利要求中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述监视摄像机设备(1)构造为盖式摄像机、壁式摄像机或杆式摄像机。
6.根据以上权利要求中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述促动器装置(3)具有主摆动装置(14)并且所述促动器装置(3)具有辅助摆动装置(16)，所述主摆动装置具有主摆动轴(15)，所述辅助摆动装置具有辅助摆动轴(17)，其中，所述主摆动轴(15)和所述辅助摆动轴(17)能够相互平行错开地设置。
7.根据权利要求6所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述辅助摆动装置(16)设置在所述主摆动装置(14)上，而所述摄像机装置(2)设置在所述辅助摆动装置(16)上。
8.根据权利要求6或7所述的监视摄像机设备，其特征在于，所述主摆动轴(15)对于所述摄像机装置(2)偏心地设置，而所述辅助摆动轴(17)穿过所述摄像机装置。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述主摆动装置(14)构造用于使底座板(13)绕主摆动轴(15)摆动，其中，所述辅助摆动装置(16)连同所述摄像机装置(2)与所述主摆动轴(15)离心地设置在所述底座板(13)上。
10.根据权利要求9所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述主摆动装置(14)和所述辅助摆动装置(15)通过一个共同的电机运行和/或通过传动装置相互约束引导。
11.根据权利要求6至10中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述主摆动轴(15)和/或所述辅助摆动轴(17)构造为摇摄摆动轴和/或垂直于所述监视摄像机设备(1)的底板或装配板。
12.根据以上权利要求中任一项所述的监视摄像机设备(1)，其特征在于，所述分析处理装置(12)构造用于基于三角测量方法求取深度信息。
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