CN107368104B - 基于手机app和家用智能云台摄像机的任意点定位方法 - Google Patents

基于手机app和家用智能云台摄像机的任意点定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，手机APP视频预览画面等待用户的定位指令，定位指令通过手机触屏双击动作或者长按动作来触发，手机APP定位指令被触发之后，首先查询触发点的坐标（x,y），然后将触发点的坐标(x,y)以及当前视频流的通道号发送给智能摄像机，智能摄像机使用触发点的坐标（x,y）以及视频通道号计算得出水平电机需要转动的转角，以及垂直电机需要转动的转角，最后智能摄像机将转角转换成水平、垂直电机需要转动的步数，驱动电机移动到相应的位置，定位结束。本发明操作简单，定位准确，方便快捷。

Description

基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法
技术领域
本发明属于安防设备技术领域，具体涉及一种基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法。
背景技术
家用智能云台摄像机的应用越来越普及，用户可以通过手机APP在任何有网络的环境下远程实时观看家里的视频画面。智能云台摄像机一般拥有两个电机，一个控制水平方向运动，一个控制垂直方向运动。通过手机APP，用户可以控制智能摄像机垂直上下运动或水平左右运动。目前手机APP控制云台的方式有两种：（1）使用上下左右等按钮给智能摄像机发送开始停止命令控制电机运动；（2）在视频预览画面用手指左划、右划、上划、下划等滑动动作给智能摄像机发送开始停止命令控制电机运动。假如用户想要将视频画面中某一感兴趣区域移动到屏幕中间，那么用户可能需要进行多次手动操作才能完成此项动作。以上两种方式操作繁琐，当云台转速不够快时，手指滑动次数太多，用户心理可能会烦躁，另外在网络不好视频卡顿时，用户体验将更差。
发明内容
为弥补现有技术的不足，本发明提供一种简单快捷、控制精准的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：
（1）、打开手机APP视频预览画面，等待双击或长按指令；
（2）、手指在手机APP视频预览画面上发出双击或长按指令，手机APP查询到双击或长按点的位置后，将触发点坐标和视频通道发送给智能摄像机；
（3）、智能摄像机根据视频通道号得出当前用户手机连接的视频分辨率，根据用户手机的视频分辨率和智能摄像机中感光CMOS传感器的像素尺寸得出手机APP上视频画面在感光CMOS传感器上的长度和宽度，从而得到坐标点在感光CMOS传感器上的对应坐标点；
（4）、根据感光CMOS传感器上的对应坐标点和镜头焦距通过三角函数推算出智能摄像机需要在水平方向转动的角度和垂直方向转动的角度；
（5）、对步骤（4）计算出的角度进行镜头畸变校正，得到修正后的水平电机转角和垂直电机转角；
（6）、智能摄像机驱动云台电机转动相应的水平电机转角和垂直电机转角，将用户感兴趣点移动到原视频预览画面的中心点附近。
本发明的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，步骤（2）中手机APP查询到双击或长按点的位置后，在向智能摄像机发送位置之前先对触发点的坐标进行归一化处理。
进一步的，所述触发点的坐标归一化到像素-2047～2047之间。
本发明的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，步骤（3）中，假设当前用户手机连接的视频分辨率为StreamWidth × StreamHeight，智能摄像机中感光CMOS传感器的像素尺寸为PixSize，则用户所见手机APP上视频画面在感光CMOS传感器上的长度为StreamWidth × PixSize，宽度为StreamHeight × PixSize；假设坐标点在感光CMOS传感器上的对应坐标点为B (px，py)，则：
px=x × StreamWidth × PixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × PixSize/ 4095。
进一步的，假设镜头焦距为f，则水平方向转角
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，垂直方向转角为
Figure 503948DEST_PATH_IMAGE002
。
本发明的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，步骤（5）中校正镜头畸变是指修正镜头畸变引起的云台立体定位计算偏差。
进一步的，修正镜头畸变引起的云台立体定位计算偏差包括以下步骤：
（1）、使用一张A4纸大小8×8矩形均匀分布的图表，然后将8×8矩形图表置于智能摄像机前方，使图表铺满智能相机的整个视频画面，使用摄像机对图表进行抓拍，得到镜头畸变的图表；
（2）、假设畸变前正常图表中每个矩形框中心点的坐标为（xbi，ybi），图表宽度为w1，高度为h1，那么8×8个矩形中心点的坐标矩阵用w1、h1归一化后表示为PB：
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE003
（3）、智能摄像机所抓拍畸变后每个矩形框中心点的坐标为（xfi，yfi），图表宽度为w2，高度为h2，那么8x8个矩形中心点的坐标矩阵用w2、h2归一化后表示为PF：
Figure 797920DEST_PATH_IMAGE004
（4）、设COL为畸变矩阵PF坐标转换到平面矩阵PB的坐标映射矩阵，那么，COL可以表示为：COL=PB×PF-1，通过手动计算和测量PB、PF矩阵的坐标获得畸变图像到正常图像的8x8坐标映射矩阵；
（5）、智能摄像机收到定位指令后，根据目标位置坐标（x，y），通过查询坐标所在位置矩形框的畸变映射矩阵而获得畸变修正因子（colx，coly）=COL（x，y）；
（6）、修正后的智能摄像机水平方向转角为：
Figure DEST_PATH_IMAGE005
；修正后的垂直方向转角为：
Figure 806417DEST_PATH_IMAGE006
。
本发明的有益效果是：通过本发明的方法，用户对视频画面中任意感兴趣区域用手长按或者连续点击两次，智能摄像机自动控制水平电机和垂直电机转动，将画面的中心点移动到此感兴趣区域，用户不需要多次点击控制按钮，也不需要多次滑动手机屏幕，进而实现“心到、点到、已到”，实现快捷简单的控制方式，避免频繁操作和卡顿现象。
附图说明
附图1是本发明的流程示意图；
附图2是实施例1的目标坐标点在智能摄像机上的投影关系示意图；
附图3是实施例1镜头畸变之前的8×8矩形图表；
附图4是实施例1镜头畸变之后的8×8矩形图表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，本发明的保护范围包括但不限于以下实施例，在不偏离本申请的精神和范围的前提下任何对本发明的技术方案的细节和形式所做出的修改均落入本发明的保护范围内。
实施例1
打开手机APP视频预览画面等待用户的定位指令，定位指令通过手机屏双击动作或长按动作来触发。
手机APP定位指令被触发后，首先查询触发点的坐标（x，y），然后将触发点的坐标（x，y）以及当前视频流的通道号发送给智能云台摄像机。由于各种手机屏尺寸不同，同时不同智能手机的视频分辨率也不相同，为了兼容性，需要对触发点的坐标进行归一化，手机APP查询到双击或长按点的位置后，首先对坐标进行归一化动作，将触发点坐标（x，y）归一化到-2047～2047之间。
手机APP将归一化后的坐标（x，y）和视频流通信号发送给智能云台摄像机；通常智能云台摄像机能对外提供多个通道的视频流，一般对应高清、标清、流畅等不同的解析度，智能云台摄像机根据通道号能得到当前用户手机连接的视频分辨率为：StreamWidth ×StreamHeight。
智能云台摄像机中感光CMOS传感器的像素为已知，假设为：PixSize；那么用户所见手机上视频画面在CMOS传感器上的长度为StreamWidth × PixSize，宽度为：StreamHeight × PixSize。
如附图2所示，假设矩形区域为感光CMOS传感器上用户所看到的区域，长度=StreamWidth × PixSize，宽度= StreamHeight × PixSize。已知B点为用户感兴趣的点，它在感光CMOS传感器上坐标对应为B（px，py），则：
px=x × StreamWidth × PixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × PixSize/ 4095
附图2中，A点为凸透镜成像的焦点，所以A点和中心点的距离为镜头焦距f，手机APP触发定位指令后，智能相机需要在水平方向转动角度α，垂直方向转动β，通过三角函数可以推算出：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
本实施例的智能云台摄像机在家庭室内使用，所选用的镜头焦距一般比较短，视场角比室外安防相机大很多，以常用焦距2.8mm、3.6mm、4mm的镜头来看，都存在明显的视频畸变，所以智能云台摄像机从手机APP传递参数换算来的感兴趣点（px，py）的位置有一定的偏差，而偏差大小同畸变程度成正比。
镜头畸变的种类很多，有横向畸变、径向畸变等，本实施例旨在修正镜头畸变引起的云台立体定位计算偏差，并不需要对视频图像一直进行畸变校正，因此没有必要使用复杂和计算量偏大的畸变校正方法。由于智能摄像机的畸变主要由镜头决定，因此，本实施例对智能摄像机引入一种手动修正转角的计算偏差的方法。本实施例使用一张A4纸大小8×8矩形均匀分布的图表，如附图3所示；然后将8×8矩形图表置于智能摄像机前方，使图表铺满智能相机的整个视频画面，使用摄像机对图表进行抓拍，畸变的图表如附图4所示。
假设畸变前正常图表中每个矩形框中心点的坐标为（xbi，ybi），图表宽度为w1，高度为h1，那么8×8个矩形中心点的坐标矩阵用w1、h1归一化后表示为PB：
Figure 201626DEST_PATH_IMAGE008
智能摄像机所抓拍畸变后每个矩形框中心点的坐标为（xfi，yfi），图表宽度为w2，高度为h2，那么8x8个矩形中心点的坐标矩阵用w2、h2归一化后表示为PF：
Figure DEST_PATH_IMAGE009
设COL为畸变矩阵PF坐标转换到平面矩阵PB的坐标映射矩阵。那么，COL可以表示为：COL=PB×PF-1。因此可以通过手动计算和测量PB、PF矩阵的坐标而获得畸变图像到正常图像的8x8坐标映射矩阵。
智能摄像机收到定位指令后，根据目标位置坐标（x，y），通过查询坐标所在位置矩形框的畸变映射矩阵而获得畸变修正因子：（colx，coly）=COL（x，y）。
因此，修正后的智能摄像机水平方向转角计算公式为：
Figure 891365DEST_PATH_IMAGE010
修正后的垂直方向转角计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE011
通过以上修正后的水平转角α，垂直转角β，智能摄像机通过云台转动相应角度将用户感兴趣点移动到原视频预览画面的中心点附近，使用修正后的转角计算公式，智能相机任意点定位的精度更加准确。

Claims (6)

1.一种基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）、打开手机APP视频预览画面，等待双击或长按指令；
（2）、手指在手机APP视频预览画面上发出双击或长按指令，手机APP查询到双击或长按点的位置后，将触发点坐标和视频通道发送给智能摄像机；
（3）、智能摄像机根据视频通道号得出当前用户手机连接的视频分辨率，根据用户手机的视频分辨率和智能摄像机中感光CMOS传感器的像素尺寸得出手机APP上视频画面在感光CMOS传感器上的长度和宽度，从而得到坐标点在感光CMOS传感器上的对应坐标点；假设当前用户手机连接的视频分辨率为StreamWidth × StreamHeight，智能摄像机中感光CMOS传感器的像素尺寸为PixSize，则用户所见手机APP上视频画面在感光CMOS传感器上的长度为StreamWidth × PixSize，宽度为StreamHeight × PixSize；假设坐标点在感光CMOS传感器上的对应坐标点为B (px，py)，则：
px=x × StreamWidth × PixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × PixSize/ 4095；
（4）、根据感光CMOS传感器上的对应坐标点和镜头焦距通过三角函数推算出智能摄像机需要在水平方向转动的角度和垂直方向转动的角度；
（5）、对步骤（4）计算出的角度进行镜头畸变校正，得到修正后的水平电机转角和垂直电机转角；
（6）、智能摄像机驱动云台电机转动相应的水平电机转角和垂直电机转角，将用户感兴趣点移动到原视频预览画面的中心点附近。
2.根据权利要求1所述的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：步骤（2）中手机APP查询到双击或长按点的位置后，在向智能摄像机发送位置之前先对触发点的坐标进行归一化处理。
3.根据权利要求2所述的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：所述触发点的坐标归一化到像素-2047～2047之间。
4.根据权利要求1所述的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：假设镜头焦距为f，则水平方向转角
Figure 525967DEST_PATH_IMAGE001
，垂直方向转角为。
5.根据权利要求1所述的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：步骤（5）中校正镜头畸变是指修正镜头畸变引起的云台立体定位计算偏差。
6.根据权利要求5所述的基于手机APP和家用智能云台摄像机的任意点定位方法，其特征在于：修正镜头畸变引起的云台立体定位计算偏差包括以下步骤：
（1）、使用一张A4纸大小8×8矩形均匀分布的图表，然后将8×8矩形图表置于智能摄像机前方，使图表铺满智能相机的整个视频画面，使用摄像机对图表进行抓拍，得到镜头畸变的图表；
（2）、假设畸变前正常图表中每个矩形框中心点的坐标为（xbi，ybi），图表宽度为w1，高度为h1，那么8×8个矩形中心点的坐标矩阵用w1、h1归一化后表示为PB：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
（3）、智能摄像机所抓拍畸变后每个矩形框中心点的坐标为（xfi，yfi），图表宽度为w2，高度为h2，那么8x8个矩形中心点的坐标矩阵用w2、h2归一化后表示为PF：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
（4）、设COL为畸变矩阵PF坐标转换到平面矩阵PB的坐标映射矩阵，那么，COL可以表示为：COL=PB×PF-1，通过手动计算和测量PB、PF矩阵的坐标获得畸变图像到正常图像的8x8坐标映射矩阵；
（5）、智能摄像机收到定位指令后，根据目标位置坐标（x，y），通过查询坐标所在位置矩形框的畸变映射矩阵而获得畸变修正因子（colx，coly）=COL（x，y）；
（6）、修正后的智能摄像机水平方向转角为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
；修正后的垂直方向转角为：
Figure 960884DEST_PATH_IMAGE005
。
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