CN105092883A - 一种测量云台转速的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测量云台转速的方法及其装置，在摄像机的视频画面上设置坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐，在测量时，启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像，再对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数，根据帧数换算出转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点连线的垂直距离，计算出云台的转速。本发明同时公开了对应于该方法的测量装置，包括标定模块、采集模块、计数模块和运算模块。本发明的方法和装置，能准确换算出转动过程中所使用的时间，极大的提高了测量精度。

Description

一种测量云台转速的方法及其装置

技术领域

本发明涉及工程测量技术领域，具体涉及一种测量云台转速的方法及其装置。

背景技术

云台是安装、固定摄像机的支撑设备，它分为固定和电动云台两种。固定云台适用于监视范围不大的情况，在固定云台上安装好摄像机后可调整摄像机的水平和俯仰的角度，达到最好的工作姿态后只要锁定调整机构就可以了。电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自控制器的信号精确地运行定位。在控制信号的作用下，云台上的摄像机既可自动扫描监视区域，也可在监控中心值班人员的操纵下跟踪监视对象。

云台的转动速度是衡量云台档次高低的重要指标，云台水平和垂直方向是由两个不同的电机驱动的，因此云台的转动速度也分为水平转速和垂直转速。由于载重的原因，垂直电机在启动和运行保持时的扭矩大于水平方向的扭矩，在加上实际监控时对水平转速的要求要高于垂直转速，因此一般来说云台的垂直转速要低于水平转速。转速已经作为一个云台或球机的标配规格，但是在实际的工程验收或者测试过程中，很难通过一种有效的方法测试云台的转动速度，尤其一些高速云台，用传统的手动测试方法，误差非常大，有的甚至可能达到100％。因此，需要有一种好的云台测试方法，能够使测试的结果尽可能的精确，误差保持在一个可控的范围内。

现有技术中，对云台转速的测量，都是使用手动测试的方法，开启云台转动的同时，按下秒表，等待云台转动一定角度后，停止秒表，然后根据计算，转速＝转动的角度/秒表记录的时间。当测试水平转速时，可以增加转动的圈数来降低测试误差率。由于云台是360度转动，可以让云台多转动几圈，比如转动10圈，则总的转动角度是3600度，然后根据秒表记录的时间，比如为t，则云台水平转速＝3600/t。但是当测试云台垂直转速时，由于垂直转速的转动范围一般只有90度，无法做到连读转动，因此无法通过测试水平转速的方法一样，通过增加转动的圈数来降低误差率。

虽然云台的水平转速可以通过增加转动的圈数来降低误差率，但是通过手动控制的方法，一方面，云台开始转动的时间点和云台结束转动的时间点与操作人员按下秒表和松开秒表的时间很难做到完全同步，另一方面，云台转动的圈数通过人肉眼判断，很难做到恰到好处。有些云台由于本身电机实现的原因，无法支持多圈数的连续转动或者在转动过程中会出现停顿的情况，以上三者的综合势必会给云台转速的测试带来较大的误差。况且，当测试垂直转速时，由于最大只能转动90度，无法做到连续转动，况且，90度的转动时间一般在几百毫秒内完成，要通过手动操作，肉眼来判断，带来的误差难以预计。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明提供一种测量云台转速的方法及其装置，通过借助视频监控本身的技术以及工程应用的测量方法，有效的克服了手动测试云台转速的缺点，极大地提高了测试的精度。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

一种测量云台转速的方法，用于测量摄像机云台的转速，在摄像机的视频画面上设置有坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐，所述方法包括步骤：

S1：启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

S2：对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

S3：根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

进一步的，在摄像机的视频画面上设置坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐，具体包括步骤：

在摄像机视频画面内设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点；

调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。

进一步的，所述步骤S1中的测量终点为预置的测量终点，所述步骤S2和步骤S3中的测量终点为根据如下步骤确定的实际终点：

在所述预置的测量终点的位置附近的视频画面中，取出视频画面清晰的一帧视频画面，并将该画面中坐标点所对应的位置作为实际终点。为了避免了由于云台转动造成的视频画面模糊不清，难以准确地得到测量终点位置，本发明采用本步骤确定的实际终点作为测量终点，能够更加准确地确认测量起点到测量终点间的距离，便于后续计算得到准确的云台转速。

无论哪种方法确定的测量终点，所述云台转速的计算通过如下公式：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{x_1}{y}+\arctan \frac{x_2}{y};---\left(1\right)$

t＝n/f；(2)

p＝θ/t；(3)

其中，y表示从云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离；x₁、x₂表示云台到测量起点与测量终点连线的垂足分别与测量起点、测量终点的距离；θ为从测量起点到测量终点转过的角度，f为摄像机帧率，n为从测量起点到测量终点的视频帧数，t为云台从测量起点转到测量终点的时间；p为云台的转速。

进一步的，所述启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像的过程中，云台转动的圈数为m圈，则所述云台的转速为：

p＝(θ+360°*m)/t。

通过转动多圈测量得出的云台转速更加准确，减少了误差。

本发明还提供了一种测量云台转速的装置，用于测量摄像机云台的转速，所述装置包括：

标定模块，用于在摄像机的视频画面上设置坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐；

采集模块，用于启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

计数模块，用于对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

运算模块，根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

进一步的，所述标定模块在设置坐标点时，执行如下步骤：

在摄像机视频画面内设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点；

调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。

进一步的，所述采集模块记录包括从测量起点到测量终点的视频录像，其中所述测量终点为预置的测量终点，所述计数模块和计算模块中所采用的测量终点为实际终点，所述计数模块执行如下步骤来确定实际终点：

在所述预置的测量终点的位置附近的视频画面中，取出视频画面清晰的一帧视频画面，并将该画面中坐标点所对应的位置作为实际终点。

本发明提出的一种测量云台转速的方法及装置，在启动云台转动过程中，对其进行录像，通过对录像进行单帧回放的方式，能准确得出从测量起点到测量终点所用的时间，并结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。有效的克服了手动测试云台转速时，计量时间不准确的缺点，极大地提高了测试的精度。

附图说明

图1为本发明测量云台转速的方法流程图；

图2为本发明测量方法水平测试原理图；

图3为本发明测量方法垂直测试原理图；

图4为本发明测量云台转速的装置测试连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明技术方案做进一步详细说明，以下实施例不构成对本发明的限定。

本发明的总体思路是通过摄像机记录在云台转动过程中的视频录像，计算得到云台转动时间，并结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

在进行测量前，需要对摄像机的视频画面进行标定，即在摄像机的视频画面上设置有坐标点,在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。即在视频画面中设置一个坐标点，通过坐标点，能准确地得出云台在转动过程中，视频画面所移动的距离。例如先将该坐标点与测量起点对齐，在云台转动后，当该坐标点与测量终点对齐时，为一个测量过程，这时摄像机记录了从测量起点到测量终点过程中的视频录像。

本实施例对坐标点的设置，可以在视频画面中设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点，调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。例如可以选择OSD窗口的矩形左上角或左下角来作为坐标点，或者任意设定一个坐标点，或者一条直线，在视频画面中标示出来，用来对准测量起点或测量终点。关于设定坐标点的方法，本发明不做特别的限定，这里不再赘述。

如图1所示，本实施例中测量云台转速的方法，包括步骤：

S1：启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

S2：对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

S3：根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

本实施例所测量的云台，可以是单独的云台，也可以是带有云台的云台摄像机。对于单独的云台，要在该云台上安装辅助测量的摄像机，单独的云台在安装辅助测量的摄像机时，摄像机固定安装在云台上，且随云台转动。为了便于描述，以下以云台摄像机为例进行说明。

在测量前的准备工作中，要将被测云台摄像机固定安装一个支架上面，云台摄像机对面是刻有长度刻度的一面墙或者能够方便测量距离的平面物体，并且在上面设置好测量起点和测量终点。选择刻有长度刻度的平面物体是方便得到测量起点和测量终点，以及两者之间的距离。该支架可以根据需要自由伸缩高度，以便调整摄像机镜头的高度与对面测距的刻度保持在同一水平面上。

测量开始后，启动云台转动，同时开启摄像机，采集视频录像。在云台转动过程中，摄像机能持续的进行摄像，并且存储所采集到的视频录像。采集的视频录像要包含从测量起点到测量终点的视频录像。

本实施例先设置预置的测量终点，在采集视频录像时需要越过该预置的测量终点，记录包含从测量起点到测量终点的视频录像。如果视频画面够清洗，则以预置的测量终点为后续计算的实际终点。需要注意的是，本发明的视频录像是在云台转动过程中拍摄得到的，因此，可能会使得到的画面在某一帧时出现模糊的情况。为了提高测量的准确性，在预置的测量终点位置附近的视频画面中，取出其中画面清晰的一帧视频画面，并将该视频画面中坐标点所对应的位置作为后续实际计算的实际终点，即以该实际终点作为测量终点。再根据从测量起点视频录像开始至该帧视频画面的视频录像，进行单帧回放，来确定出最终的耗时。跳过模糊的画面，选择清晰的一帧画面对应的位置作为实际终点，能更加准确的得出测量终点的位置点，进一步加强测量精度。当然也可以采用重新测量的方式来规避测量终点视频画面模糊的情况。

由于云台转动过快会使录像过程中取得的画面模糊不清，尤其是在测量终点附近的画面，靠近测量终点的视频画面不清晰时，会影响对测量终点位置的确定。因此，为了提高测得的时间的精度，可以提高摄像机的帧率，当帧率提高时，在同一时间内能拍摄出更多的画面，即在测量终点附近，有更多的视频画面可以进行选择。并且根据时间的计算公式，当帧率的数值变大时，两幅帧数画面之间的时间间隔变小，换算出来的时间精度能更高，加强测量精度。

随后对采集并储存的视频录像进行单帧回放，计算出坐标点位置从测量起点到测量终点这一段的视频录像中视频画面的帧数，结合摄像机采集视频录像时的帧率，换算出云台转动的时间，再结合测量起点到测量终点的距离以及云台到测量起点和测量终点连线之间的距离，换算出云台的转速。

本实施例测量装置工作原理如图2和图3所示，包括水平方向的测量和垂直方向的测量。A点为测量起点，B点为测量终点，云台的位置为C点，云台在AB之间连线上的垂足为D点。根据各点之间的距离，得出计算所需的尺寸。假设AD的距离为x₁，BD的距离为x₂，CD的距离为y，则根据三角函数的计算公式，可以得出云台转过的角度θ：

$\mathrm{\θ}={\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2=\arctan \frac{x_1}{y}+\arctan \frac{x_2}{y}.$

其中θ₁为∠ACD，θ₂为∠BCD。

在本发明中，对于转动的时间，通过对视频画面的帧数来进行换算得出的。在换算时间时，将采集得到的视频录像进行单帧回放，然后计数出云台从测量起点转动到测量终点过程中所产生的帧数n，在根据帧率f，能计算出测量所耗的时间t：

t＝n/f。

现有的计时方式，是通过人手动按秒表来进行计时，由于云台转速较快，且人在按动秒表时，存在一定的反应时间，会使真正的运转时间与手动测量得到的时间存在较大的误差，影响计算的准确性。而通过单帧回放的形式，由于摄像机的初始位置是视频画面中的坐标点与墙体上的测量起点对齐设置，且摄像机的拍摄与云台的转动，同步启动，确保了起始时时间与位置的同步性；同时测量终点是根据视频录像中某一帧画面上，坐标点所对应的墙体上位置来确定的，能精确定位测量终点对应的视频画面。时间的换算采用单帧回放，来计数出帧数的方法，能使测量的时间精确的计算出，有效的提高了测量的准确性。

在计算出时间与该时间内，云台转动过的角度后，就可以换算出云台的转动速度p，即：

p＝θ/t。

需要说明的时，在测量过程中，由于设备本身的问题，会导致测量时出现较大偏差的情况，因此，本发明中，为了避免设备本身的误差导致测量结果与真实数据相差较大，采用加权取平均数的方式，对同一个云台的转速进行多次测量，取出掉其中算出数据波动较大的值后，再对剩余的多个数值进行求平均数，进一步的降低测量的误差。

对于加权取平均数的方法，需要多次重复该测量方法，得到多组的测量数据后，换算出多个测量结果。但是每次测量时，都需要进行标定，操作麻烦，效率低下。因此为了提高多次测量时的效率，可以在测量的位置上设置预置点A₁和预置点B₁，并制定一个预置位转动的轮询计划，当云台在转动过程中，每当坐标点经过预置点A₁时，摄像机开始录像，经过预置点B₁时，摄像机停止录像。则在云台的转动过程中，能始终保持对相同的预置点A₁、B₁进行测量，不必要每次都进行标定校准，更方便对云台转动进行多次测量，再对其进行加权取平均值的方式得出精确的转动速度。

进一步的，本发明在对云台转速进行测量时，还可以使云台连续转动多圈，计算出测量起点开始，到最后一圈测量终点结束的转动时间t，然后根据下式计算云台转动的速度：

p＝(θ₁+θ₂+360°*m)/t。

其中，m为转过的圈数，t为整个过程中，所消耗的时间，即从测量起点录像开始，经过多圈转动，最终录像的视频画面停止在测量终点位置的过程中，所消耗的时间，计算方式同样采用对视频录像单帧回放来换算出时间。与多次测量的效果一样，能提高测试的准确率。

本实施例基于上述方法，还提出了一种测量云台转速的装置。如图4所示，该测量云台转速的装置(测量装置)连接被测云台，控制云台摄像机转动并采集视频录像，计算得到云台转动时间，并结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。该测量装置包括如下模块：

标定模块，用于在摄像机的视频画面上设置坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐；

采集模块，启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

计数模块，对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

运算模块，根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

同测量方法对应地，本实施例的标定模块在标定坐标点时，在摄像机视频画面内设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点；

调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。

优选地，采集模块记录包括从测量起点到测量终点的视频录像，其中所述测量终点为预置的测量终点，而计数模块和计算模块中所采用的测量终点为实际终点，计数模块执行如下步骤来确定实际终点：

在预置的测量终点的位置附近的视频画面中，取出视频画面清晰的一帧视频画面，并将该画面中坐标点所对应的位置作为实际终点，以该实际终点作为测量终点来进行计算。

本实施例运算模块计算云台转速的公式已经在方法实施例中进行了详细说明，这里不再赘述。

本实施例的采集模块启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像时，还可以设置云台转动的圈数为m圈，进一步提高测试的准确率。

本实施例的计数模块可以通过人工来计数出单帧播放的帧数，也可以设置计数器，每播放一帧，计数器加1，统计出视频画面的帧数。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种测量云台转速的方法，用于测量摄像机云台的转速，其特征在于，在摄像机的视频画面上设置有坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐，所述方法包括步骤：

S1：启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

S2：对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

S3：根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在摄像机的视频画面上设置有坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐，具体包括步骤：

在摄像机视频画面内设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点；

调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中的测量终点为预置的测量终点，所述步骤S2和步骤S3中的测量终点为根据如下步骤确定的实际终点：

在所述预置的测量终点的位置附近的视频画面中，取出视频画面清晰的一帧视频画面，并将该画面中坐标点所对应的位置作为实际终点。

4.根据权利要求1或3所述的方法，其特征在于，所述步骤S3中的云台转速的计算通过如下公式：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{x_1}{y}+\arctan \frac{x_2}{y};---\left(1\right)$

t＝n/f；(2)

p＝θ/t；(3)

其中，y表示从云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离；x₁、x₂表示云台到测量起点与测量终点之间连线的垂足分别与测量起点、测量终点的距离；θ为从测量起点到测量终点转过的角度，f为摄像机帧率，n为从测量起点到测量终点的视频帧数，t为云台从测量起点转到测量终点的时间，p为云台的转速。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像的过程中，云台转动的圈数为m圈，则所述云台的转速为：

p＝(θ+360°*m)/t。

6.一种测量云台转速的装置，用于测量摄像机云台的转速，其特征在于，所述装置包括：

标定模块，用于在摄像机的视频画面上设置坐标点，在云台转动过程中所述坐标点分别与测量起点、测量终点对齐；

采集模块，用于启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像；

计数模块，用于对视频录像进行单帧回放，根据坐标点确定从测量起点转动到测量终点的视频画面帧数；

运算模块，根据所述视频画面的帧数换算出云台转动时间，结合测量起点到测量终点的距离，以及云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离，计算出云台的转速。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述标定模块在设置坐标点时，执行如下步骤：

在摄像机视频画面内设置一个OSD窗口，将OSD窗口的矩形一个角作为坐标点；

调节OSD窗口在视频画面中的位置，使云台转动过程中，该坐标点分别与测量起点、测量终点对齐。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述采集模块记录包括从测量起点到测量终点的视频录像，其中所述测量终点为预置的测量终点，所述计数模块和计算模块中所采用的测量终点为实际终点，所述计数模块执行如下步骤来确定实际终点：

在所述预置的测量终点的位置附近的视频画面中，取出视频画面清晰的一帧视频画面，并将该画面中坐标点所对应的位置作为实际终点。

9.根据权利要求6或8所述的装置，其特征在于，所述运算模块中云台转速的计算通过如下公式：

$\mathrm{\θ}=\arctan \frac{x_1}{y}+\arctan \frac{x_2}{y};---\left(1\right)$

t＝n/f；(2)

p＝θ/t；(3)

其中，y表示从云台到测量起点与测量终点之间连线的垂直距离；x₁、x₂表示云台到测量起点与测量终点连线的垂足分别与测量起点、测量终点的距离；θ为从测量起点到测量终点转过的角度，f为摄像机帧率，n为从测量起点到测量终点的视频帧数，t为云台从测量起点转到测量终点的时间；p为云台的转速。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述采集模块启动云台转动，记录包括从测量起点到测量终点的视频录像的过程中，云台转动的圈数为m圈，则所述运算模块计算的云台的转速为：

p＝(θ+360°*m)/t。