CN107730556B - 一种枪球联动坐标定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，首先给枪机设置球机的IP地址，枪机主动连接和登陆球机，枪机连接球机后，需要向球机推送枪机的镜头参数和CMOS图像传感器的相关参数；球机一直处于指令等待状态，如果已经标定过枪球坐标系，球机收到枪球定位指令后，首先将枪机的画面的框选感兴趣区域的坐标转换成球机云台的电机坐标，然后球机执行定位动作，驱动水平垂直电机到达对应位置，最后球机根据感兴趣区域的面积大小自适应调节镜头焦距，使感兴趣区域铺满屏幕。本发明即使视频画面中只允许标定一个点，也能完成枪球定位系统的坐标系标定，而标定多个点能使得枪球定位更加精度。

Description

一种枪球联动坐标定位方法
技术领域
本发明涉及安防设备技术领域，具体涉及一种枪球联动坐标定位方法。
背景技术
枪机监控视野大，但是无法关注距离远处的图像细节；球机监控范围广，通过镜头变焦可以看到更多的细节。枪球定位系统对于用户可以看见枪机、球机两个预览画面，用户可以在枪机画面对任意感兴趣区域进行框选，球机自动对该区域进行特写。枪球联动系统结合了枪机和球机两者的优点，既能看到较广的视野，又能捕捉到远处的细节。通常在部署枪球定位系统时需要标定三个以上的点来关联枪机和球机的坐标系，实现联动定位，但是个别应用场景，视频画面中可能没有足够数量的突出景物用于标定枪球联动坐标系，此时手动标定枪球定位系统将会很难。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种枪球联动坐标定位方法，即使视频画面中只允许标定一个点也能完成枪球定位系统的坐标系标定。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特殊之处在于：所述枪球联动定位系统包括一个枪机和一个球机，枪机和球机通信通过tcp/ip实现，枪机作为客户端（client），球机作为服务器（server）；所述球机包括机芯和云台，机芯负责多媒体网络业务，云台负责控制球机的机械转动，云台包括水平电机和垂直电机；
所述坐标定位方法包括以下步骤：
（1）给枪机设置球机的IP地址，枪机主动连接和登录球机；
（2）枪机向球机推送镜头参数和CMOS图像传感器的相关参数；
（3）标定枪球坐标系，通过标定枪机画面中的至少一点得到枪机画面中心点对应的球机坐标；
（4）球机处于指令等待状态，球机受到枪球定位指令后，首先将枪机画面框选的感兴趣区域的坐标转换成球机云台的电机坐标，然后球机执行定位动作，驱动水平电机和垂直电机到达对应位置；
（5）球机根据感兴趣区域的面积大小自适应调节镜头焦距放大或缩小至对应的倍数，使感兴趣区域铺满屏幕。
作为优选方案，步骤（2）中枪机向球机推送的参数包括：枪机镜头焦距SnF；枪机CMOS传感器的像素尺寸SnPixSize；枪机预览画面视频分辨率StreamWidth×StreamHeight。
进一步的，步骤（3）中所述枪球坐标系的标定方法包括以下步骤：
a）在客户端枪机画面上选取突出景物，用鼠标放置十字花标定图标；
b）在客户端使用上下左右控制指令，控制球机画面的中心点和枪机画面十字花标定图标重合；
c）操作客户端给球机发送指令，客户端将枪机画面标定点的坐标（x，y）发送给球机；
d）球机机芯收到客户端发送的标定指令后，首先查询云台水平方向当前坐标PtzCurStepsH，垂直方向当前坐标PtzCurStepsV；并查询云台水平方向总步数PtzTotalStepsH；水平方向总角度PtzTotalAngleH；垂直方向总步数PtzTotalStepsV，垂直方向总角度PtzTotalAngleV；
e）根据枪机推送到球机的参数得到用户所见客户端视频预览画面在CMOS传感器上的对应投影长度为StreamWidth×SnPixSize，宽度为StreamHeight× SnPixSize；假设标定点在感光CMOS传感器上的对应坐标点为B (px，py)，则：
px=x × StreamWidth × SnPixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × SnPixSize/ 4095
f）假设镜头焦距为f，则枪机中心点和标定点之间的水平方向夹角为
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，垂直方向夹角为
Figure 404307DEST_PATH_IMAGE002
；将球机云台水平方向旋转角度α，垂直方向旋转角度β，球机画面和枪机画面的中心点重合；
g）假设枪机画面中心点对应的球机坐标为（Ox，Oy），则：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
根据上述计算得到枪机画面中心点对应的球机坐标为（Ox，Oy），标定完毕。
作为优选方案，通过标定枪机画面中多个点得到枪机画面中心点对应的球机坐标（Ox，Oy）可以使枪球定位更加准确，假设枪机画面多个标定点的坐标集合矩阵为
Figure 413327DEST_PATH_IMAGE004
，对枪机画面中标定点矩阵进行标定，得到枪机画面中心点的球机坐标矩阵为
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，枪球定位时根据枪机当前坐标筛选出标定点矩阵P中距离最近的两个标定点对应的球机中心点，然后取平均值，得到对应的球机中心点坐标为
Figure 82205DEST_PATH_IMAGE006
。
其中，步骤c）中所述客户端在发送枪机画面标定点的坐标（x，y）之前先将坐标归一化到像素-2047～2047之间。
作为优选方案，本发明的枪球联动定位系统的坐标定位方法，步骤（4）中所述枪球定位过程具体包括以下步骤：
客户端向球机发送感兴趣区域坐标为（Cx，Cy），感兴趣区域大小为（Cw，Ch）；
使用球机中心点计算出定位目标点的球机坐标（DsTx，DsTy）：
Figure DEST_PATH_IMAGE007
球机驱动水平电机和垂直电机到达坐标（DsTx，DsTy），完成水平垂直方位定位。
进一步的，客户端向球机发送感兴趣区域坐标（Cx，Cy）时需要将坐标归一化到像素-2047～2047之间。
本发明的有益效果是：本发明的枪球联动定位系统的坐标定位方法简单，在标定坐标时，通过标定视频画面中一个点，即可完成枪球定位系统的坐标系标定，而标定多个点能使得枪球定位更加精度。
附图说明
附图1是本发明的坐标定位步骤示意图；
附图2是本发明的坐标标定步骤示意图；
附图3是本发明的坐标标定步骤示意图；
附图4是实施例中枪机画面标定点的归一化坐标示意图；
附图5是实施例中标定点在CMOS图像传感器上的坐标示意图；
附图6是实施例中客户端向球机传递的感兴趣区域的归一化坐标示意图。
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。
本实施例的枪球联动定位系统，包括一个枪机和一个球机；枪机和球机通信通过tcp/ip来实现，枪机为client、球机为server；球机包括机芯和云台，机芯负责多媒体网络业务，云台负责控制球机的机械转动，云台设有水平电机和垂直电机。
本实施例的枪球联动系统的坐标定位步骤如附图1所示，首先给枪机设置球机的IP地址，枪机主动连接和登陆球机。枪机连接球机后，需要向球机推送枪机的镜头参数和CMOS图像传感器的相关参数。推送的参数包括：枪机镜头焦距SnF；枪机CMOS传感器的像素尺寸SnPixSize；枪机预览画面视频分辨率StreamWidth×StreamHeight。
球机一直处于指令等待状态，如果已经标定过枪球坐标系，球机收到枪球定位指令后，首先将枪机画面框选的感兴趣区域的坐标转换成球机云台的电机坐标，然后球机执行定位动作，驱动水平电机和垂直电机到达对应位置；球机根据感兴趣区域的面积大小自适应调节镜头焦距放大或缩小至对应的倍数，使感兴趣区域铺满屏幕。
本实施例中枪球坐标系的标定方法如附图2、3所示，包括以下步骤：
a）在客户端枪机画面上选取突出景物，用鼠标放置十字花标定图标；
b）在客户端使用上下左右控制指令，控制球机画面的中心点和枪机画面十字花标定图标重合；
c）操作客户端给球机发送指令，客户端将枪机画面标定点的坐标（x，y）发送给球机；为了兼容性，需要对客户端发送给球机的坐标进行归一化，枪机标定点(x，y)的坐标点归一化到像素-2047～2047之间，如附图4所示；
d）球机机芯收到客户端发送的标定指令后，首先查询云台水平方向当前坐标PtzCurStepsH，垂直方向当前坐标PtzCurStepsV；并查询云台水平方向总步数PtzTotalStepsH；水平方向总角度PtzTotalAngleH；垂直方向总步数PtzTotalStepsV，垂直方向总角度PtzTotalAngleV；
e）根据枪机推送到球机的参数得到用户所见客户端视频预览画面在CMOS传感器上的对应投影长度为StreamWidth×SnPixSize，宽度为StreamHeight× SnPixSize；假设标定点在感光CMOS传感器上的对应坐标点为B (px，py)，则：
px=x × StreamWidth × SnPixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × SnPixSize/ 4095
f）如附图5所示，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，用户标定点B点对应的球机云台坐标已知，则由三角函数得枪机中心点和标定点之间的水平方向夹角为：
Figure 137886DEST_PATH_IMAGE001
，垂直方向夹角为
Figure 705265DEST_PATH_IMAGE002
；将球机云台水平方向旋转角度α，垂直方向旋转角度β，球机画面和枪机画面的中心点重合；
g）假设枪机画面中心点对应的球机坐标为（Ox，Oy），则：
Figure 442277DEST_PATH_IMAGE003
通过本实施例最少标定一点即可得到枪机画面中线点对应的球机坐标为（Ox，Oy），当然也可以多标定几个点使得枪球定位更加准确。设枪机画面多个标定点的坐标集合矩阵为
Figure 965662DEST_PATH_IMAGE004
。对枪机画面中标定点矩阵P点进行标定，得到枪机画面中心点的球机坐标矩阵为
Figure 457823DEST_PATH_IMAGE005
。枪球定位时根据枪机的当前坐标筛选出标定点矩阵P中距离最近的两个标定点对应的球机中心点，然后取平均值，得到对应的球机中心点坐标为：
Figure 699449DEST_PATH_IMAGE006
。至此枪球标定工作实施完毕。
本实施例的枪球联动系统在坐标定位时，客户端会向球机传递感兴趣区域的坐标（Cx，Cy）以及感兴趣区域大小（Cw，Ch），相应的坐标也需要归一化到像素-2047～2047之间，如附图6所示。
通过跟本实施例坐标标定类似的计算方案可以使用球机的中心点计算出定位目标点球机的水平垂直坐标（DsTx，DsTy）：
Figure 974572DEST_PATH_IMAGE008
球机驱动水平垂直电机到达坐标，完成水平垂直方位角定位。球机根据（Cw，Ch）和整个画面的比值，自适应控制镜头放大缩小至对应的倍数结束枪球定位全部动作。

Claims (5)

1.一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特征在于：所述枪球联动定位系统包括一个枪机和一个球机，枪机和球机通信通过tcp/ip实现，枪机作为客户端，球机作为服务器；所述球机包括机芯和云台，机芯负责多媒体网络业务，云台负责控制球机的机械转动，云台包括水平电机和垂直电机；
所述坐标定位方法包括以下步骤：
（1）给枪机设置球机的IP地址，枪机主动连接和登录球机；
（2）枪机向球机推送镜头参数和CMOS图像传感器的相关参数；
（3）标定枪球坐标系，通过标定枪机画面中的至少一点得到枪机画面中心点对应的球机坐标；
（4）球机处于指令等待状态，球机收到枪球定位指令后，首先将枪机画面框选的感兴趣区域的坐标转换成球机云台的电机坐标，然后球机执行定位动作，驱动水平电机和垂直电机到达对应位置；
（5）球机根据感兴趣区域的面积大小自适应调节镜头焦距放大或缩小至对应的倍数，使感兴趣区域铺满屏幕；
步骤（2）中枪机向球机推送的参数包括：枪机镜头焦距SnF；枪机CMOS传感器的像素尺寸SnPixSize；枪机预览画面视频分辨率StreamWidth×StreamHeight；
步骤（3）中所述枪球坐标系的标定方法包括以下步骤：
a）在客户端枪机画面上选取突出景物，用鼠标放置十字花标定图标；
b）在客户端使用上下左右控制指令，控制球机画面的中心点和枪机画面十字花标定图标重合；
c）操作客户端给球机发送指令，客户端将枪机画面标定点的坐标（x，y）发送给球机；
d）球机机芯收到客户端发送的标定指令后，首先查询云台水平方向当前坐标PtzCurStepsH，垂直方向当前坐标PtzCurStepsV；并查询云台水平方向总步数PtzTotalStepsH；水平方向总角度PtzTotalAngleH；垂直方向总步数PtzTotalStepsV，垂直方向总角度PtzTotalAngleV；
e）根据枪机推送到球机的参数得到用户所见客户端视频预览画面在CMOS传感器上的对应投影长度为StreamWidth×SnPixSize，宽度为StreamHeight× SnPixSize；假设标定点在感光CMOS传感器上的对应坐标点为B (px，py)，则：
px=x × StreamWidth × SnPixSize/ 4095
py=y × StreamHeight × SnPixSize/ 4095
f）假设镜头焦距为f，则枪机中心点和标定点之间的水平方向夹角为：
Figure 171058DEST_PATH_IMAGE001
，垂直方向夹角为
Figure 387275DEST_PATH_IMAGE002
；将球机云台水平方向旋转角度α，垂直方向旋转角度β，球机画面和枪机画面的中心点重合；
g）假设枪机画面中心点对应的球机坐标为（Ox，Oy），则：
Figure 161458DEST_PATH_IMAGE003
根据上述计算得到枪机画面中心点对应的球机坐标为（Ox，Oy），标定完毕。
2.根据权利要求1所述的一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特征在于：
通过标定枪机画面中多个点得到枪机画面中心点对应的球机坐标（Ox，Oy）时，设枪机画面多个标定点的坐标集合矩阵为
Figure 779522DEST_PATH_IMAGE004
，对枪机画面中标定点矩阵进行标定，得到枪机画面中心点的球机坐标矩阵为
Figure 987649DEST_PATH_IMAGE005
，枪球定位时根据枪机当前坐标筛选出标定点矩阵P中距离最近的两个标定点对应的球机中心点，然后取平均值，得到对应的球机中心点坐标为
Figure 691163DEST_PATH_IMAGE006
。
3.根据权利要求1所述的一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特征在于：步骤c）中所述客户端在发送枪机画面标定点的坐标（x，y）之前先将坐标归一化到像素-2047～2047之间。
4.根据权利要求1或2所述的一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特征在于：步骤（4）中所述枪球定位过程具体包括以下步骤：
客户端向球机发送感兴趣区域坐标为（Cx，Cy），感兴趣区域大小为（Cw，Ch）；
使用球机中心点计算出定位目标点的球机坐标（DsTx，DsTy）：
Figure 252725DEST_PATH_IMAGE007
球机驱动水平电机和垂直电机到达坐标（DsTx，DsTy），完成水平垂直方位定位。
5.根据权利要求4所述的一种枪球联动定位系统的坐标定位方法，其特征在于：客户端向球机发送感兴趣区域坐标（Cx，Cy）时需要将坐标归一化到像素-2047～2047之间。
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