CN109120901B - 一种摄像机间画面切换的方法 - Google Patents

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    • H04N5/268—Signal distribution or switching

Abstract

本发明公开了一种摄像机间画面切换的方法，可以通过摄像机位置预处理、全景图像呈现、标识对应摄像机的确定以及摄像机画面切换，达到在实时的场景中进行3D漫游的效果。本发明公开的方法解决了不同全景相机之间进行实时场景画面切换的技术问题，具有提升使用者监控浏览的体验效果。

Description

一种摄像机间画面切换的方法
技术领域
本发明是一种用于不同实时场景画面中进行切换的一种方法，涉及到其中的场景中的相对位置信息确定和场景切换时的动态显示效果。
背景技术
对于类似google街景、百度街景等全景地图产品，只能用于离线采集的全景图像内容，由于用户对实时场景需求较大，为了极大提高全景数据的准确性，只能加大离线图像数据的采集频次，尽可能的保证一定时间内的图像有效性。为了能够实时观看监控地点的全景画面，可以采用多个或多组全景相机对监控场景进行实时浏览。
用多个或者多组全景摄像机，对于不同场景之间的切换，一般的处理方式是直接从当前场景切换到目标场景，但是这样画面转换比较生硬，不能直观给人带来身临其境的感觉，从而影响对场景中各个角度的浏览监控体验。现有的技术提出通过使用GPS确定摄像机位置信息，从而在切换摄像机时直接切换到附件相机上，但这种操作忽视了相机之间没有视野上的关联，也同样使得切换效果生硬。
本发明提出了一种用于解决不同全景相机之间进行实时场景画面切换的方法，用于提升使用者监控浏览体验。
发明内容
本申请提供了一种在不同全景画面切换的方法，在摄像机之间进行附近关联摄像机的显示，可以实现关联摄像机视野的过渡切换，达到在实时的场景中进行3D漫游的效果，提升了大场景监控浏览的体验效果。
本申请是在进入摄像机组中某一摄像机画面后，在正常巡检状态下，需要直接切换不同摄像机实时画面，本申请提出了一种在不同全景画面切换的方法，通过以下步骤实现：
1.摄像机位置预处理，获取相邻摄像机之间的位置信息；
2.在图像显示相邻摄像机的位置标识；
3.点击标识，确定需切换至的目标摄像机；
4.摄像机画面切换，显示画面从当前摄像机过渡到目标摄像机。
附图说明
图1是摄像机画面切换流程图。
图2是径向模糊变换计算示意图。
图3是两个相机画面进行切换时画面动态变化示意图，camera1表示当前浏览的摄像机，camera2表示切换的目标摄像机，实线表示图像画面内容为实际观看的画面，虚线表示的画面内容表示在切换过程中的过渡画面。
图4是全景图像投影变换示意图。
具体实施方式
进入实时摄像机后，本发明提出了摄像机位置预处理、全景图像呈现、标识对应摄像机的确定以及摄像机画面切换，增强了大场景监控的浏览体验。其流程如图1所示有以下步骤：
S101摄像机位置预处理
为了能够正确在当前画面场景中选择其它摄像机，需要提前确定所有摄像机的位置信息。可通过提前获取摄像机安装位置信息，获取当前场景中的摄像机所在的世界坐标。以此坐标为圆心，在给定半径大小的空间区域内选取摄像机作为关联摄像机。
S102全景图像呈现
在呈现当前场景图像时，预加载在当前场景中出现的摄像机数据，但并不做显示处理，只是用于场景切换时候的无缝处理。对于每个摄像机其关联摄像机信息和标识都一一对应，标识在画面中的坐标也一并记录，并保存在数据库中。当该摄像机打开显示时，加载对应的标识信息并显示到确定的画面坐标中。
S103点击标识，确定需切换至的目标摄像机
点击场景中的某个摄像机标识，确定用户需无缝切换至的目标场景。
从全景监控角度而言，全景视角如何快速定位需要观看的摄像机位置也是监控人员遇到比较头痛的问题。因此，本发明简单的应用了在三维世界里射线与矩形面的相交判断，首先以视点所在位置(0，0，0)作为射线的起点，通过模型视图矩阵、投影矩阵、视口位置大小、固定的深度值，计算出点击的屏幕坐标点对应的世界坐标值，从而构成一条射线。以此计算出具体被拣中的摄像机在全景显示画面的位置并设置标识。当选择摄像机画面中显示的标识时，通过检索数据库关联到对应摄像机，确定要显示的目标摄像机画面。
S104摄像机画面切换
用多个或者多组摄像机，对于不同场景之间的切换，一般的处理方式是直接从当前场景切换到目标场景，但是这样画面转换比较生硬，不能直观给人带来身临其境的感觉，从而影响对场景中各个角度的浏览监控体验。因此，为了能到达在场景切换时候的无缝与冲击效果，本发明采用了图像动态径向模糊与融合处理效果，进而能更好的展示出全景漫游模拟空间移动效果。
针对实时浏览的视频流之间使用动态径向模糊和融合效果实现场景切换，主要模拟当前摄像机在向目标摄像机移动时的动态效果径向模糊操作如图2所示，M表示图像的中心，P(x,y)为图像中任意一点，在进行径向模糊时，以点P(x,y)为圆心，以预设固定值r为半径作圆，在进行径向模糊时，当线段MP长度大于或者等于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上位于该圆范围内的所有像素点对应像素值的平均值，当线段MP长度小于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上所有像素点对应像素值的平均值，持续进行上述像素值更新直到到达预定时间T，完成画面切换。
实施例一：
S104中，当摄像机全部为720度全景摄像机时，在全景摄像机之间相互切换：
使用动态径向模糊和融合效果实现场景切换，主要模拟当前摄像机在向目标摄像机移动时的动态效果，其中径向模糊变换采用以下方式，如图3所示：
Figure GDA0002736446600000021
其中r0为预设的初始半径；k表示预设的变换过程中半径变化最大比值；t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T。
实施例二：
在S104中，当在全景摄像机和普通摄像机之间切换，首先全景画面部分区域要经过投影变化来转化为平面图像。对于摄像机全景画面获取到的是720度全景画面的，一般图像数据为长宽比2：1的画面，从全景画面中截取对应俯视位置的区域，并对其进行畸变校正。一般2：1画面基本会使用等距圆柱投影变换，即将720°全景图像中点P1(x1,y1,z1)通过以下计算映射到全景立体球形图像球体坐标系中P1'(lon,lat)实现：
Figure GDA0002736446600000031
对于指定区域图像，需要采用以下变化进行投影变换，如图(图4)所示：
Figure GDA0002736446600000032
Figure GDA0002736446600000033
其中，Z＝lat+90°(lat＜0°)，lon＝δ；x、y为呈现的图像像素坐标，随D的变化而变化；ρ表示投影面上投影点的半径；D表示视点与球形图像赤道面的距离；L表示视点到投影面的距离；R表示球形图像半径由全景图像分辨率确定为固定值；lon表示球上一点经度值，lat表示纬度值。对投影具体方式中参数由下式确定：
Figure GDA0002736446600000034
Figure GDA0002736446600000035
其中，fov表示选取全景图像的视角范围；H表示全景摄像机安装高度；W表示相邻全景摄像机安装水平距离；Zmax表示全景投影区域范围限制，0°≤Z≤Zmax；Δ表示相邻全景摄像机重叠区域范围要求，一般设定为固定常值；则L可以根据目标投影图像分辨率来设定，目标投影图像分辨率设置为w×w，则
Figure GDA0002736446600000036
以此得到
Figure GDA0002736446600000037
全景画面在展示是会受到视窗视角和视点距离影响，如果全景画面与普通画面进行切换时，需要人为改变全景视角以改变全景效果最终过渡切换到普通画面；从普通画面切换到全景画面同样存在同一问题。故而在全景画面和普通画面进行切换时需要计算画面调整的比例：
当从全景画面切换到普通画面时，图像画面变换通过改变视点位置来实现，如下式表示：
Figure GDA0002736446600000041
其中D在径向模糊变换过程中动态变化；t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T。
当从普通画面切换到全景画面时，径向模糊图像画面变换使用以下形式：
Figure GDA0002736446600000042
其中，r表示经过变换后r0进行更新；t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T；径向模糊最大半径比值设定为2。

Claims (5)

1.一种摄像机间画面切换的方法，其特征在于：
S101摄像机位置预处理,获取当前场景中的所有摄像机所在的物理坐标系坐标；
S102呈现当前摄像机画面，在当前摄像机画面中标识相邻摄像机，并预加载所标识的相邻摄像机数据；
S103点击标识，根据该标识与摄像机的对应关系，确定访问的目标摄像机；
S104进行画面切换，其中在图像切换过程使用径向模糊处理来模拟摄像机画面移动的视觉效果；
其中所述摄像机均为全景摄像机；在S104中，使用动态径向模糊和融合效果实现场景切换，模拟当前摄像机在向目标摄像机移动时的动态径向模糊操作，M表示图像的中心，P(x,y)为图像中任意一点，在进行径向模糊时，以点P(x,y)为圆心，以预设固定值r为半径作圆，在进行径向模糊时，当线段MP长度大于或者等于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上位于该圆范围内的所有像素点对应像素值的平均值，当线段MP长度小于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上所有像素点对应像素值的平均值，持续进行上述像素值更新直到到达预定时间T，完成画面切换。
2.一种摄像机间画面切换的方法，其特征在于：
S101摄像机位置预处理,获取当前场景中的所有摄像机所在的物理坐标系坐标；
S102呈现当前摄像机画面，在当前摄像机画面中标识相邻摄像机，并预加载所标识的相邻摄像机数据；
S103点击标识，根据该标识与摄像机的对应关系，确定访问的目标摄像机；
S104进行画面切换，其中在图像切换过程使用径向模糊处理来模拟摄像机画面移动的视觉效果；
其中所述摄像机包括全景摄像机和普通摄像机；在S104中，使用动态径向模糊和融合效果实现场景切换，模拟当前摄像机在向目标摄像机移动时的动态径向模糊操作，M表示图像的中心，P(x,y)为图像中任意一点，在进行径向模糊时，以点P(x,y)为圆心，以预设固定值r为半径作圆，在进行径向模糊时，当线段MP长度大于或者等于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上位于该圆范围内的所有像素点对应像素值的平均值，当线段MP长度小于r，将点P(x,y)像素值更新为线段MP上所有像素点对应像素值的平均值，持续进行上述像素值更新直到到达预定时间T，完成画面切换。
3.根据权利要求1所述的摄像机间画面切换的方法，其特征在于
在全景摄像机之间切换过程使用以下变换方式进行：
Figure FDA0002736446590000011
其中r0为预设的初始半径；k表示预设的变换过程中半径变化最大比值；t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T。
4.根据权利要求2所述的摄像机间画面切换的方法，其特征在于：
S104中，在全景摄像机到普通摄像机切换时，切换过程使用以下变换方式：
Figure FDA0002736446590000021
Figure FDA0002736446590000022
Figure FDA0002736446590000023
其中，T表示径向模糊变化的总时长，t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T；x、y为呈现的图像像素坐标，随D的变化而变化；ρ表示投影面上投影点的半径；D表示视点与球形图像赤道面的距离，在径向模糊变换过程中动态变化；Z＝lat+90°(lat＜0°)，lon＝δ；L表示视点到投影面的距离；R表示球形图像半径由全景图像分辨率确定为固定值；lon表示球上一点经度值，lat表示纬度值；
对投影具体方式中参数由下式确定：
Figure FDA0002736446590000024
Figure FDA0002736446590000025
其中，fov表示选取全景图像的视角范围；H表示全景摄像机安装高度；W表示相邻全景摄像机安装水平距离；Zmax表示全景投影区域范围限制，0°≤Z≤Zmax；Δ表示相邻全景摄像机重叠区域范围要求，一般设定为固定常值；则L可以根据目标投影图像分辨率来设定，目标投影图像分辨率设置为w×w，则
Figure FDA0002736446590000026
以此得到
Figure FDA0002736446590000027
。
5.根据权利要求2所述的摄像机间画面切换的方法，其特征在于：
S104中，在普通摄像机到全景摄像机切换时，图像径向模糊变换过程使用以下公式：
Figure FDA0002736446590000028
其中，r0为预设的初始半径；t表示实时变换进行的时刻，0≤t≤T；径向模糊最大半径比值设定为2。
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