CN107426501A - 监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于岸边集装箱桥式起重机监控设备技术领域，具体涉及监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统，包含生成吊具所处高度值与吊具在该高度值处时吊具摄像机PTZ值之间的对应的映射函数的映射函数和参数设置模块、依据映射函数和参数设置模块的数据生成摄像机PTZ值调整量的摄像机控制参数计算模块、以及依据摄像机PTZ值调整量对吊具摄像机PTZ值进行调整的摄像机控制模块，随吊具起升中，自动调整对吊具监控的摄像机的PTZ，实现对吊具的监控视频画面中的场景比例显示合理，视频监控的效能发挥到更大，极大提高作业效率。

Description

监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统

技术领域

本发明属于岸边集装箱桥式起重机监控设备技术领域，具体涉及监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统。

背景技术

岸边集装箱桥式起重机简称为岸桥，主要应用在集装箱码头中，进行集装箱的装卸。集装箱装卸设备岸桥的吊具上方的小车架上需要安装视频监控摄像机，用来观察吊具的起升作业情况，以辅助安全生产。吊具在起升过程中，所处的空间高度不同，由于摄像机的安装位置固定，监控到的吊具起吊情况的画面不同。例如，在吊具到达低点时，吊具的画面在显示器中变得很小，摄像机拍摄角度大，分辨率很低，操作人员想要看到更多的吊具信息(开闭锁的状态、吊具距离集装箱距离、吊具的角度是否合适，确保锁头能够放进集装箱的锁孔等)比较困难。因此，要在吊具的起升过程中，通过合理的改变云台的状态和摄像机的焦距，使得吊具的视频画面在显示器中始终保持一致，让视频监控的效能发挥到更大，对操作人员的帮助更大，使得作业效率得到有效提升。

当前集装箱岸桥的观看吊具的摄像机视频监控调整，采用的手段是操作人员通过控制摇杆手工调整摄像机云台的水平角、垂直角、和摄像机镜头的焦距，观看适合工作场景的目的，很大程度上影响了工作效率，而且，人工手动控制的准确度有赖于操作人员的熟练程度，工调整的视频画面的变焦不连续，有卡顿感，监控视频的场景比例变化让人观看起来不舒服，另外，操作人员持续低头观察吊具位置，长时间工作给操作人员身体造成极大伤害，容易造成职业病，危害操作人员的身体健康。

随着集装箱装卸技术的发展，岸桥的远程操控已经在自动化和半自动化的集装箱码头中得到应用，而且越来越广泛。远程操控过程中视频监控系统辅助必不可少，根据岸桥吊具高度的工作状态能够自动改变监控摄像机的观看位置及范围，将为岸桥作业的远程控制带来良好的辅助，极大的提升生产效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述缺陷，提供监控摄像机自动控制器及吊具用自动追焦监控摄像机系统，随吊具起升中，自动调整对吊具监控的摄像机的PTZ，实现对吊具的监控视频画面中的场景比例显示合理，视频监控的效能发挥到更大，极大提高作业效率。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

监控摄像机自动控制器，包含生成吊具所处高度值与吊具在该高度值处时吊具摄像机PTZ值之间的对应的映射函数的映射函数和参数设置模块、依据映射函数和参数设置模块的数据生成摄像机PTZ值调整量的摄像机控制参数计算模块、以及依据摄像机PTZ值调整量对吊具摄像机PTZ值进行调整的摄像机控制模块。吊具摄像机对吊具监控的合理PTZ值与吊具的空间位置存在对应映射关系，依据该对应映射关系，根据由岸桥的PLC控制系统提供的吊具的空间位置，可得吊具摄像机在该位置处对吊具监控的合理PTZ值，本系统采用映射函数的方法，对吊具摄像机的PTZ值进行调整，对吊具的监控效果好，吊具在监控视频画面中的场景比例最佳范围，映射函数独立生成运算、摄像机PTZ值调整量独立运算、再由单独控制模块控制，功能划分清晰，促使运算逻辑清晰可靠，促使调节的准确度高。

具体的，监控摄像机自动控制器，还包括为映射函数和参数设置模块提供吊具高度值数据的吊具高度数据模块、为摄像机控制参数计算模块提供摄像机当前PTZ值的摄像机信息输入模块、以及对映射函数和参数设置模块进行编辑设置的人机交换模块，吊具高度信息模块与岸桥PLC控制系统对接，实时获得吊具的高度信息H。

吊具用自动追焦监控摄像机系统，包括带有云台的摄像机、监控摄像机自动控制器，监控摄像机自动控制器的摄像机控制模块连接控制摄像机云台，监控摄像机自动控制器的摄像机信息输入模块连接摄像机云台，在吊具起升的过冲中，自动的修正吊具摄像机的PTZ值，使起升中的吊具的监控视频画面处于较佳的观看场景比例范围内，促使提高监控的使用效果，自动化控制，调整高效、精确。

吊具摄像机自动追焦监控方法，包括：

1)确定吊具摄像机P、T、Z值与吊具起升高度值H间的映射函数；

a.在吊具起升高度空间内选取至少三处不同位置处，在对应位置处分别将吊具摄像机的监控视频画面观看场景比例调整到最佳状态，分别读取并记录吊具摄像机在对应选定位置处的P、T、Z值：[p1，t1，z1]、[p2，t2，z2]、[p3，t3，z3]……[pn，tn，zn]，

b.依据步骤a中得出的数据，分别确定吊具摄像机P、T、Z数值与吊具起升高度值H的映射函数Fp、Ft、Fz：

[p1,p2,p3]Fp＝[H1,H2,H3]

[t1,t2,t3]Ft＝[H1,H2,H3]

[z1,z2,z3]Fz＝[H1,H2,H3]；

2)确定吊具摄像机P、T、Z值的调整条件；

按实际需求，确定吊具每起升多少高度值时调整一次吊具摄像机的P、T、Z值，以该高度值为吊具摄像机P、T、Z值的调整参数；

3)吊具摄像机P、T、Z值调整；

吊具起升中一旦满足步骤2)中的调整条件，根据吊具起升高度值通过步骤1)中的映射函数，得到对应吊具摄像机P、T、Z值，对吊具摄像机的P、T、Z值进行相应调整。

进一步的，所述的步骤1)-a中吊具起升高度空间内选取的三个位置分别为初始位置、中间位置、终端位置。

进一步的，吊具起升高度值H由集装箱岸桥PLC控制系统生成，保证吊具高度值的实时与准确。

本发明的有益效果是：采用上述方案，吊具在起升过程中，本系统可根据吊具的空间位置的不同，自动的对监控吊具的吊具摄像机的P、T、Z值进行相应调整，促使吊具在监控视频画面中的观看比例适中，提高对吊具的监控效果，在吊具起升的范围内，对吊具的监控视频画面场景调整在视觉上较为流畅，视频监控的效能发挥到更大，极大提高作业效率，同时，减少人控制操作的劳动强度，降低人工成本以及避免了人工控制所带来的误差。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其他的目的、特征和优点将变得显而易见。

图1为本发明吊具用自动追焦监控摄像机系统的结构框图。

图2为本发明吊具摄像机自动追焦监控的流程图。

其中：1为映射函数和参数设置模块，2为摄像机控制参数计算模块，3为摄像机控制模块，4为摄像机信息输入模块，5为吊具高度数据模块，6为人机交换模块，7为一体化云台摄像机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

参照图1，吊具用自动追焦监控摄像机系统，包括对吊具进行监控的一体化云台摄像机7、监控摄像机自动控制器，监控摄像机自动控制器包括映射函数和参数设置模块1、摄像机控制参数计算模块2、摄像机控制模块3、摄像机信息输入模块4、测量吊具高度的吊具高度数据模块5、人机交换模块6，吊具高度数据模块5、人机交换模块6连接映射函数和参数设置模块1，映射函数和参数设置模块1连接摄像机控制参数计算模块2，摄像机控制参数计算模块2连接摄像机控制模块3，摄像机控制模块3连接一体化云台摄像机7，摄像机信息输入模块4分别与一体化云台摄像机7、摄像机控制参数计算模块2连接。

一体化云台摄像机7可对摄像机监控的水平向左角度、竖直向上下角度以及摄像机焦距进行控制，自带摄像机焦距控制模块，摄像机信息输入模块4连接一体化云台摄像机7及时采集对吊具监控的左右、上下、以及焦距值，并向摄像机控制参数计算模块2进行输送，映射函数和参数设置模块1包含生成吊具起升高度值与一体化云台摄像机7对吊具监控的最佳PTZ值之间对应的映射函数关系，以及对系统进行初始设置的设置模块，一体化云台摄像机7对吊具监控的最佳PTZ值使监控视频画面观看场景比例为最佳状态，可清晰的看到吊具所处的工作状态。

吊具高度数据模块5直接与集装箱岸桥PLC控制系统连接，吊具起升高度值H由集装箱岸桥PLC控制系统在工作的过程中实时生成吊具状态的信息，其中包括吊具的高度信息H，监控摄像机自动控制器通过吊具高度数据模块5与岸桥的对接，实时的获取吊具高度信息H，吊具高度数据模块5及时的将吊具起升高度值输送给映射函数和参数设置模块1，映射函数和参数设置模块1负责计算出吊具在所处高度处对应的一体化云台摄像机7对吊具监控的最佳PTZ值数据，并将最佳的最佳PTZ值数据输送给摄像机控制参数计算模块2，摄像机控制参数计算模块2负责将最佳PTZ值数据与一体化云台摄像机7对吊具监控的当前PTZ值数据进行比对，计算出一体化云台摄像机7对吊具监控的PTZ值调整量，将PTZ值调整量输送给摄像机控制模块3，摄像机控制模块3依据PTZ值调整量对一体化云台摄像机7进行相应的调整，使一体化云台摄像机7对吊具的监控视频画面观看场景比例为最佳状态。

监控摄像机自动控制器采用嵌入式工业控制主机为硬件，包含以太网络、232/485等接口，使用以太网或232/485接口通过人机交互模块6使与岸桥的PLC控制系统、吊具的摄像机、监控视频观看端实现对接，实现数据互联互通，采用Socket或ModBus协议接收吊具的高度信息，通过网络接口采用摄像机SDK与摄像机连接，使摄像机控制模块3控制摄像机的云台和接收云台的位置信息反馈。

吊具起升中，系统实时接收吊具空间位置信息，一旦吊具空间位置满足设定的吊具摄像机PTZ值调整条件，映射函数和参数设置模块、摄像机控制参数计算模块即进行计算，并通过摄像机控制模块对摄像机进行调整，来达到实时控制摄像机视角和视野，进而实现锁定吊具在监控画面中的观看比例。起升过程中自动追踪、自动调整，使视频监控的效能发挥到更大，极大提高作业效率，不需要人工操作，节省了人工成本。

监控摄像机自动追焦控制器工作流程如下：

1)初始设置，通过人机交换模块进入映射函数和参数设置模块，将岸桥的吊具分别放置到最高、中间、最低的位置处，并且分别人工手动设置吊具摄像机的云台到适当的位置，保证监控视频画面观看场景比例为最佳状态，读取吊具的高度信息和吊具摄像机的云台位置信息，系统根据此信息生成相应的映射函数，人工设置合适的步长参数。

2)初始设置完成后，监控摄像机自动追焦控制器会根据生成的映射函数、步长参数和实时的吊具高度信息，计算出相应的摄像机云台位置信息，由摄像机控制模块传送并控制摄像机。

3)监控摄像机自动追焦控制器实时读取摄像机当前位置信息作为信息反馈，使摄像机的控制更加精确。

自动化调整控制，实现对吊具的合理的监控视角、焦距，使吊具监控画面合理显示，视频监控的效能发挥到更大，极大提高作业效率，同时，减少人控制操作的劳动强度，降低人工成本以及避免了人工控制所带来的误差。

吊具摄像机自动追焦监控方法，包括：

1)确定吊具摄像机P、T、Z值与吊具起升高度值H间的映射函数；

a.将吊具机起升的高度范围记为L，在起升的高度范围L内分别选取吊具起升的始位置H1、吊具起升的中间位置H2、吊具起升的终端位置H3，分别将吊具摄像机在初始位置H1、中间位置H2、终端位置H3的监控视频画面观看场景比例调整到最佳状态，分别读取并记录吊具摄像机在初始位置H1、中间位置H2、终端位置H3处时监控视频画面观看场景比例达到最佳状态时的吊具摄像机PTZ值，得到三点的P、T、Z数值：[p1，t1，z1]、[p2，t2，z2]、[p3，t3，z3]，

b.根据得到的数据，通过数学运算，分别确定吊具摄像机P、T、Z数值与吊具起升高度值H的映射函数Fp、Ft、Fz：

[p1,p2,p3]Fp＝[H1,H2,H3]

[t1,t2,t3]Ft＝[H1,H2,H3]

[z1,z2,z3]Fz＝[H1,H2,H3]；

吊具起升范围的初始位置、中间位置、终端位置为三点特殊位置，比较有代表性，通过在三点处取值算出的映射函数准确性较高算出的映射函数最为接近现实的对应关系，可促使对吊具摄像机对吊具监控的PTZ值随吊具起升高度的变化呈线性变化，使监控视频画面观看场景比例调节线性、更为流畅。

也可在起升高度范围内随机选取多处不同高度处，调整吊具摄像机控视频画面观看场景比例调整到最佳状态记录吊具摄像机的PTZ值，利用统计学原理计算出吊具摄像机P、T、Z数值与吊具摄像机所处高度H的映射函数Fp、Ft、Fz；

2)确定吊具摄像机P、T、Z值的调整条件；

按实际需求，确定吊具每起升多少高度值时调整一次吊具摄像机的P、T、Z值，以该高度值为吊具摄像机P、T、Z值的调整参数；

在岸桥的实际操作中，吊具摄像机在某一固定的P、T、Z值下，随着吊具的升高，吊具在监控视频画面中的所占比例会越来越小，在升高的一定范围内，吊具依旧可清晰的展现在监控视频的画面中。也就说，吊具摄像机的某一固定P、T、Z值对应的是吊具的升高范围值，在该段升高范围值内，吊具摄像机的P、T、Z值可不须用调整。

而集装箱岸桥实际操作中，吊具起升的速度固定，将吊具起升高度范围L等分为多个起升段，吊具在每个起升段内的起升时间相等，将起升段作为吊具起升的步长，记步长为△H。

将步长△H为判断吊具摄像机是否该调整其P、T、Z值的一个参数，根据实际情况，控制吊具起升，确定吊具起升多少个步长△H后，吊具摄像机对吊具的监控视频画面观看场景比例需要调整，也就是对吊具摄像机的P、T、Z值进行调整，以保证吊具再继续起升中，吊具在监控视频画面观看场景比例适合，依旧可清晰的观看吊具的状态。

△H与L满足关系：L＝N*(n*△H)，(N＞1，优选的N取整数)，其中n为调整一次吊具摄像机P、T、Z值所跨越的步长个数，N为在吊具起升高度范围内，吊具摄像机P、T、Z值调整的次数。

实施例1：L为60m，设定步长△H为0.2m，设定每当吊具起升跨越1个步长后调整一次吊具摄像机的P、T、Z值，即n取值为1，则N取值为300，在吊具起升高度范围60m内，吊具摄像机P、T、Z值调整次数为300次，步长值较小，每起升一个步长调整一次吊具摄像机，调整的较为频繁，促使监控视频画面观看场景比例始终保持在最佳状态，在整个起升高度范围内，监控视频画面观看场景比例的变化在视觉上比较流畅，促使提高监控的效果。

实施例2：L为60m，设定步长△H为0.1m，设定每当吊具起升跨越3个步长后调整一次吊具摄像机的P、T、Z值，即n取值为3，则N取值为200，在吊具起升高度范围60m内，吊具摄像机P、T、Z值调整次数为200次，在保证监控视频画面观看场景比例始终保持在最佳状态范围内的前提下，在吊具整个起升高度范围内，吊具摄像机P、T、Z值的调整次数较少，可减少对摄像机、摄像机云台的磨损，适当的延长摄像机、摄像机的使用寿命。

实施例3：以步长△H为判断吊具摄像机是否该调整其P、T、Z值的一个参数，在吊具起升中跨越设定的步长后随即对吊具摄像机的P、T、Z值进行调整，为促使监控视频画面观看场景比例在吊具起升中始终保持最佳的状态，监控视频画面观看场景比例的变化在视觉上比较流畅，将该参数进行线性设置，吊具摄像机第一次调节其P、T、Z值对应跨越一个步长，第二次调节其P、T、Z值对应跨越两个步长，第三次调节其P、T、Z值对应跨越三个步长，吊具摄像机P、T、Z值调节所参照的参数步长按线性进行设置。

L为60m，设定步长△H为0.1m，n依次取值为1、2、3……35，且n为整数，n按等差数列进行取值，通过数学计算，在吊具整个起升高度范围内，吊具摄像机P、T、Z值的调整次数为35次，即N取值为35，调整次数较少，既保证了最佳的监控视频观看效果，又延长了摄像机、摄像机云台的使用寿命，吊具摄像机P、T、Z值的调整参数线性设置使监控视频画面观看场景比例的变化在视觉上更为流畅。

进一步的，吊具摄像机的监控视频画面观看场景比例由最佳状态到不得不做出调整时吊具的高度变化值为△h，△h为定值，△h与△H的关系为：△h＝X*△H(X≥1)，其中X取值为整数，若△h小于△H，则在一个步长内，吊具摄像机P、T、Z值的调整次数至少为一次，则在整个起升高度范围内，吊具摄像机P、T、Z值调整次数过多，加速摄像机、摄像机云台的劳损，促使其使用寿命的锐减，因此，△h应不小于△H，与现实中的实际情况相对，因为，及时在吊具摄像机处于较低的位置处吊具依然可以在监控视频中完整显示，若△h应小于△H，则吊具摄像机P、T、Z值调整的效果将大大降低。

在△h的范围内，吊具摄像机可以跨域不小于一个监控段后对吊具摄像机的PTZ值进行调整，对吊具摄像机P、T、Z值调整的参数进行进一步的细化，更加使吊具摄像机P、T、Z值调整的实际恰到好处，进一步使监控视频画面观看场景比例始终保持在最佳状态，在整个起升高度范围内，监控视频画面观看场景比例的变化在视觉上更为流畅。

步长△H的取值由以△h值为参数进行确定，△h相对于起升高度范围L较小，而且在L范围内，△h呈周期性变化，因此在△h范围内，确定步长△H的取值比较合理、准确，可促使提高吊具摄像机P、T、Z值调整时机的准确性，促使提高吊具摄像机P、T、Z值的准确性，使在监控区间内，控视频画面观看场景比例的变化在视觉上更为流畅，画面比较清晰。

控制吊具起升，在△h值范围内，通过控视频画面观看场景比例的变化，监控视频画面在视觉上变化是否稳定，选择最合理的△H值，△H值确定后，控制吊具在整个监控范围L内起升，再次根据控视频画面观看场景比例的变化，在视觉上的流畅性，选择最合理的n值，确定每当跨越几个步长后对吊具摄像机P、T、Z值进行调整。

实施例4：L为60m，△h为1m，通上述方法，得出在△h范围内的前1/20区间，控视频画面观看场景比例的变化小，监控画面较为稳定，在L内控制吊具起升，吊具摄像机固定，随着吊具的起升，吊具与吊具摄像机间的距离逐渐减小，根据监控视频画面观看场景比例的变化在视觉上的流畅性对n值进行取值，吊具每跨越3个步长△H后，吊具摄像机P、T、Z值进行调整，即△H为0.15m，n为3，则N为400，在吊具整个起升高度范围60m内，吊具摄像机P、T、Z值调整400次，使吊具字在控视频画面观看场景比例保持在最佳状态范围内，使吊具起升中，控视频画面观看在视觉上较为流畅，提高监控的效果。

以吊具摄像机起升高度步长为参数控制其PTZ值的调整，这样的方式可根据实际情况，灵活的做出调整，适用性较强，使吊具摄像机控视频画面观看场景比例调整的更为线性、流畅，同时，更好的掌握调整PTZ值的时机，可对吊具摄像机PTZ值调整的频率进行掌控，避免调整频率过多，对吊具摄像机、或控制吊具摄像机的云台是寿命造成伤害，促使提高对吊具的实时监控效果，及时掌握吊具状态信息。

3)吊具摄像机P、T、Z值调整；

参照图2，吊具起升中，及时的测量吊具的起升高度，判断吊具起升高度值是满足步骤2)中所设定的吊具摄像机P、T、Z值调整条件，若满足调节，则将吊具高度值输入步骤1)的映射函数中，得到在该高度吊具摄像机应该对应的P、T、Z值，随即按照该对应的P、T、Z值对吊具摄像机进行调整。

更进一步的，吊具起升高度值H由集装箱岸桥PLC控制系统在工作的过程中实时生成吊具状态的信息，其中包括吊具的高度信息H。

本方法灵活性强，适用性较强，吊具起升中，吊具摄像机对吊具的监控处于动态调整中，使吊具在监控视频画面观看场景比例保持在最佳范围内，在吊具的起升中，监控视频画面观看场景比例的调整在视觉上更为流畅，极大的提高对吊具的监控效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质上对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.监控摄像机自动控制器，其特征在于：包含生成吊具所处高度值与吊具在该高度值处时吊具摄像机PTZ值之间的对应的映射函数的映射函数和参数设置模块、依据映射函数和参数设置模块的数据生成摄像机PTZ值调整量的摄像机控制参数计算模块、以及依据摄像机PTZ值调整量对吊具摄像机PTZ值进行调整的摄像机控制模块。

2.根据权利要求1所述的监控摄像机自动控制器，其特征在于：还包括为映射函数和参数设置模块提供吊具高度值数据的吊具高度数据模块、为摄像机控制参数计算模块提供摄像机当前PTZ值的摄像机信息输入模块、以及对映射函数和参数设置模块进行编辑设置的人机交换模块。

3.吊具用自动追焦监控摄像机系统，其特征在于：包括带有云台的摄像机、监控摄像机自动控制器，监控摄像机自动控制器的摄像机控制模块连接控制摄像机云台，监控摄像机自动控制器的摄像机信息输入模块连接摄像机云台。

4.吊具摄像机自动追焦监控方法，其特征在于，包括：

1)确定吊具摄像机P、T、Z值与吊具起升高度值H间的映射函数；

a.在吊具起升高度空间内选取至少三处不同位置处，在对应位置处分别将吊具摄像机的监控视频画面观看场景比例调整到最佳状态，分别读取并记录吊具摄像机在对应选定位置处的P、T、Z值：[p1，t1，z1]、[p2，t2，z2]、[p3，t3，z3]……[pn，tn，zn]，

b.依据步骤a中得出的数据，分别确定吊具摄像机P、T、Z数值与吊具起升高度值H的映射函数Fp、Ft、Fz：

[p1,p2,p3]Fp＝[H1,H2,H3]

[t1,t2,t3]Ft＝[H1,H2,H3]

[z1,z2,z3]Fz＝[H1,H2,H3]；

2)确定吊具摄像机P、T、Z值的调整条件；

按实际需求，确定吊具每起升多少高度值时调整一次吊具摄像机的P、T、Z值，以该高度值为吊具摄像机P、T、Z值的调整参数；

3)吊具摄像机P、T、Z值调整；

吊具起升中一旦满足步骤2)中的调整条件，根据吊具起升高度值通过步骤1)中的映射函数，得到对应吊具摄像机P、T、Z值，对吊具摄像机的P、T、Z值进行相应调整。

5.根据权利要求4所述的吊具摄像机自动追焦监控方法，其特征在于：所述的步骤1)-a中吊具起升高度空间内选取的三个位置分别为初始位置、中间位置、终端位置。

6.根据权利要求4所述的吊具摄像机自动追焦监控方法，其特征在于：所述的吊具起升高度值H由集装箱岸桥PLC控制系统生成。