CN110290327B - 一种电梯监控摄像去抖方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电梯监控摄像去抖方法及系统，包括：S1、建立空间坐标系；在轿厢静止状态下，轿厢内水平面取X轴、Y轴，垂直方向为Z轴；S2、获取轿厢内帧图像信息和轿厢的空间运动状态信息；S3、轿厢运动状态判断，静止状态下不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值；运动状态下，根据原始值和抖动后的偏差值进行去抖处理。本发明所述的电梯监控摄像去抖方法能够有效地降低电梯运行时抖动因素对录像质量的负面影响；通过算法设计，可以对抖动后的图像准确的切割和填充，在去抖的情况下保证了录像的高质量运行。

Description

一种电梯监控摄像去抖方法及系统
技术领域
本发明属于电梯监控设备技术领域，尤其是涉及一种电梯监控摄像去抖方法及系统。
背景技术
随着中国城市化进程，中国城市人口从12.84％增加到49.68％。拥挤的城市人口，催生出高层建筑。垂直电梯作为大厦与高楼层的主要交通工具。数量繁多的电梯品牌，定然催生出不同品质。电梯监控在电梯运行中，由传统安防监控功能，到现在智能电梯时代可视化对讲，人脸识别等新增的高科技内涵。
然而电梯运行环境的复杂情，定然会影响视频采集质量。主要物理干扰因素是电梯运行抖动。电梯运行中的抖动现象主要表现为以下几种情况：电梯左右晃动；上下垂直方向的跳动；常常带有嗡嗡响声的共振等。产生原因可由电梯产品本身质量、电梯安装不良、电梯调试不当等种因素造成。大多数情况下这些问题无法解决。传统电梯监控摄像头由于安装在轿厢壁或者轿厢顶部，这些抖动影响最终会传递给摄像工作的镜头。导致采集回来的连续帧图像伴随电梯抖动而摆动。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种电梯监控摄像去抖方法及系统，以解决现有的电梯监控采集的图像经常出现抖动、摆动的情况。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种电梯监控摄像去抖方法，包括：
S1、建立空间坐标系；在轿厢静止状态下，轿厢内水平面取X轴、Y轴，垂直方向为Z轴；
S2、获取轿厢内帧图像信息和轿厢的空间运动状态信息；
S3、轿厢运动状态判断，静止状态下不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值；运动状态下，根据原始值和抖动后的偏差值进行去抖处理。
进一步的，所述步骤S2中，通过模拟摄像头获取轿厢内的图像信息，通过六轴陀螺仪加速度传感器获取轿厢的空间运动状态信息。
进一步的，模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器都连接视频信息终端机，由视频信息终端机进行图形处理；
六轴陀螺仪加速度传感器内置在视频信息终端机的主板上，或者独立安装在轿厢上。
进一步的，模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器安装时要保证空间运动状态的一致性。
进一步的，所述步骤S2中获取的图像信息为CVBS格式的视频数据，通过格式转换模块转换为像素点1280x720的连续帧图数据，每秒24帧。
进一步的，所述步骤S3的具体方法如下：根据获取的轿厢空间运动状态信息判断轿厢的状态；
静止状态下，不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值，图像平面垂直中心轴L落在X、Z轴组成的平面上，图像平面垂直中心轴L与X轴和Z轴的夹角都为45°，图像平面垂直中心轴L垂直于Y轴；
运动状态下，轿厢出现抖动时，抖动后的X轴为X’,Z轴为Z’，图像平面垂直中心轴L为L’,根据X轴与X’的偏角，推算出图像平面垂直中心轴L与L’产生角度差r,静止下拍摄的图像平面为A，抖动时，后一帧的图像平面为A’，根据焦距M、以及几何公式，推算出平面A与图像平面垂直中心轴L的垂直交点S和后一帧图像平面A’与图像平面垂直中心轴L’的垂直交点S’之间距离SS’；
几何公式为，在△ABC中,a2＝b2+c2-2bc×cosA，代入值得到；
Figure BDA0002114240450000031
SS’值按比例换算出在帧图上的像素距离；轿厢抖动时，两个图像平面之间的垂直中心轴偏移产生，最大抖动范围出现在图像四角，越往中间，偏移值越小；两个图像平面之间Y轴产生的偏差角与SS’等比例像素距离，在一帧图的边角上进行切割，这些边角像素块数据往后一帧图像四角进行像素对比，将有误差的部分进行填充，再进行720P尺寸切图，排入帧序中，后面的帧图以此类推。
一种电梯监控摄像去抖系统，其特征在于：包括模拟摄像头、视频信息终端机；所述模拟摄像头用于采集轿厢内视频信息，所述视频信息终端机包括CPU，以及CPU分别连接的视频格式转换芯片、六轴陀螺仪加速度传感器、通讯接口，所述视频格式转换芯片还连接视频设备接口；
所述CPU通过通讯接口连接上位机；所述六轴陀螺仪加速度传感器用于采集轿厢的空间运动状态信息；所述视频设备接口用于连接模拟摄像头。
进一步的，所述通讯接口为WiFi、以太网、4G中的一种。
进一步的，所述视频设备接口为CVBS接口；
所述视频格式转换芯片用于将CVBS格式的视频数据转换为像素点为1280x720的连续帧图数据。
进一步的，所述视频信息终端机安装在轿厢顶板上方，所述模拟摄像头安装在轿厢顶板下方，固定在同一块板上，用于保持两者空间运行状态的一致性。
相对于现有技术，本发明所述的电梯监控摄像去抖方法具有以下优势：
本发明所述的电梯监控摄像去抖方法及系统能够有效地降低电梯运行时抖动因素对录像质量的负面影响；通过算法设计，可以对抖动后的图像准确的切割和填充，在去抖的情况下保证了录像的高质量运行。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例所述的视频采集终端机原理框图；
图2为本发明实施例所述的视频采集终端机与摄像头安装结构图；
图3为本发明实施例所述的摄像机录像角度示意图；
图4为本发明实施例所述的图像平面垂直中心轴L示意图；
图5为本发明实施例所述的两个图像平面在XZ面的抖动垂直变化图；
图6为本发明实施例所述的前后两帧图像平面误差示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种电梯监控摄像去抖方法，包括：
S1、建立空间坐标系；在轿厢静止状态下，轿厢内水平面取X轴、Y轴，垂直方向为Z轴；
S2、获取轿厢内帧图像信息和轿厢的空间运动状态信息；
S3、轿厢运动状态判断，静止状态下不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值；运动状态下，根据原始值和抖动后的偏差值进行去抖处理。
其中，所述步骤S2中，通过模拟摄像头获取轿厢内的图像信息，通过六轴陀螺仪加速度传感器获取轿厢的空间运动状态信息。
其中，模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器都连接视频信息终端机，由视频信息终端机进行图形处理；
六轴陀螺仪加速度传感器内置在视频信息终端机的主板上，或者独立安装在轿厢上。
其中，模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器安装时要保证空间运动状态的一致性。
其中，所述步骤S2中获取的图像信息为CVBS格式的视频数据，通过格式转换模块转换为像素点1280x720的连续帧图数据，每秒24帧。
其中，所述步骤S3的具体方法如下：根据获取的轿厢空间运动状态信息判断轿厢的状态，主要是通过六轴陀螺仪加速度传感器采集的Z轴数据信息判断电梯状态；
如图3，图4所示，当电梯静止时帧图平面也是静止的。无需进行去抖操作，只需要读出X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值。图像平台垂直中心轴L,在面XZ上，与Y轴垂直。由于图像平面在轿厢运行时会产生变化，如图5所示，在面ZX上，图像中心轴产生角度差r,根据焦距M，由X与X’推算出r在平面XZ上的角度大小。可以推算出平面A与图像中心轴L的垂直交点S和后一帧图像平面A’与图像中心轴L’的垂直交点S’之间距离SS’。
由几何公式，在△ABC中,a2＝b2+c2-2bc×cosA推算，代入值得。
Figure BDA0002114240450000061
SS’值按比例换算出在帧图上的像素距离。轿厢抖动时，两帧图之间中心轴偏移产生。如图6所示，最大抖动范围出现在图像四角。越往中间，偏移值越小。两帧图之间Y轴产生的偏差角与SS’等比例像素距离，在一帧图的边角上进行切割，这些边角像素块数据往后一帧图像四角进行像素对比，将有误差的部分进行填充，再进行720P尺寸切图，排入帧序中，后面的帧图以此类推。
如图1，图2所示，一种电梯监控摄像去抖系统，包括模拟摄像头、视频信息终端机；所述模拟摄像头用于采集轿厢内视频信息，所述视频信息终端机包括CPU，以及CPU分别连接的视频格式转换芯片、六轴陀螺仪加速度传感器、通讯接口，所述视频格式转换芯片还连接视频设备接口；
所述CPU通过通讯接口连接上位机；所述六轴陀螺仪加速度传感器用于采集轿厢的空间运动状态信息；所述视频设备接口用于连接模拟摄像头。
视频信息终端机采用高通210平台，搭载android操作系统。通过I2C方式与陀螺仪芯片通讯，操作系统对芯片驱动有较好的支持，应用开发时调用系统原生陀螺仪操作接口即可。
六轴陀螺仪加速度传感器可以采用外置也可以内置，本技术方案的实施例是采用的内置，本实施例的六轴陀螺仪加速度传感器采用MPU-6050芯片，其集成了3轴MEMS陀螺仪，3轴MEMS加速度计，以及一个可扩展的数字运动处理器DMP(DigitalMotionProcessor)。并且可以数字输出6轴或9轴的旋转矩阵、四元数、欧拉角格式的融合演算数据。具有131LSBs/°/sec敏感度与全格感测范围为±250、±500、±1000与±2000°/sec的3轴角速度感测器(陀螺仪)。程式控制范围为±2g、±4g、±8g和±16g的3轴加速器。数字运动处理(DMP)引擎可减少复杂的融合演算数据、感测器同步化、姿势感应等的负荷。运动处理数据库支持Android、Linux与Windows内建之运作时间偏差与磁力感测器校正演算技术，免除了另外进行校正的需求。
所述通讯接口为WiFi、以太网、4G中的一种。
所述视频设备接口为CVBS接口；
所述视频格式转换芯片用于将CVBS格式的视频数据转换为像素点为1280x720的连续帧图数据。
CPU通过视频格式转换芯把电梯原有模拟摄像头视频数据(CVBS格式)采集回720P(像素点1280x720)连续帧图数据，每秒24帧。当前电梯使用的摄像系统多为模拟摄像机(CVBS信号)，CPU通过CVBS接口接入数据，能够在不破坏原来电梯监控系统的情况下采集到视频数据，形成两系统共生模式。节省成本便于加装。
所述视频信息终端机安装在轿厢顶板上方，所述模拟摄像头安装在轿厢顶板下方，固定在同一块板上，用于保持两者空间运行状态的一致性。视频信息终端机安装在轿厢顶部，模拟监控摄像头一般安装在轿厢天花或者位置较高的墙面。在空间垂直线上两机器能够保持一致。且两机器是固定安装的关系，两者的三维座标变化可以无限近似一致。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电梯监控摄像去抖方法，其特征在于，包括：
S1、建立空间坐标系；在轿厢静止状态下，轿厢内水平面取X轴、Y轴，垂直方向为Z轴；
S2、获取轿厢内帧图像信息和轿厢的空间运动状态信息；
S3、轿厢运动状态判断，静止状态下不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值；运动状态下，根据原始值和抖动后的偏差值进行去抖处理；
所述步骤S3的具体方法如下：根据获取的轿厢空间运动状态信息判断轿厢的状态；
静止状态下，不进行去抖操作，只读取X、Y、Z轴角度数据作为角度偏差计算原始值，图像平面垂直中心轴L落在X、Z轴组成的平面上，图像平面垂直中心轴L与X轴和Z轴的夹角都为45°，图像平面垂直中心轴L垂直于Y轴；
运动状态下，轿厢出现抖动时，抖动后的X轴为X’,Z轴为Z’，图像平面垂直中心轴L为L’,根据X轴与X’的偏角，推算出图像平面垂直中心轴L与L’产生角度差r,静止下拍摄的图像平面为A，抖动时，后一帧的图像平面为A’，根据焦距M、以及几何公式，推算出平面A与图像平面垂直中心轴L的垂直交点S和后一帧图像平面A’与图像平面垂直中心轴L’的垂直交点S’之间距离SS’；
几何公式为，在△ABC中,a2＝b2+c2-2bc×cosA，代入值得到；
Figure FDA0002681605820000011
SS’值按比例换算出在帧图上的像素距离；轿厢抖动时，两个图像平面之间的垂直中心轴偏移产生，最大抖动范围出现在图像四角，越往中间，偏移值越小；依据两个图像平面之间Y轴产生的偏差角与SS’等比例像素距离，在一帧图的边角上进行切割，这些边角像素块数据往后一帧图像四角进行像素对比，将有误差的部分进行填充，再进行720P尺寸切图，排入帧序中，后面的帧图以此类推。
2.根据权利要求1所述的电梯监控摄像去抖方法，其特征在于：所述步骤S2中，通过模拟摄像头获取轿厢内的图像信息，通过六轴陀螺仪加速度传感器获取轿厢的空间运动状态信息。
3.根据权利要求2所述的电梯监控摄像去抖方法，其特征在于：模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器都连接视频信息终端机，由视频信息终端机进行图形处理；
六轴陀螺仪加速度传感器内置在视频信息终端机的主板上，或者独立安装在轿厢上。
4.根据权利要求2所述的电梯监控摄像去抖方法，其特征在于：模拟摄像头和六轴陀螺仪加速度传感器安装时要保证空间运动状态的一致性。
5.根据权利要求1所述的电梯监控摄像去抖方法，其特征在于：所述步骤S2中获取的图像信息为CVBS格式的视频数据，通过格式转换模块转换为像素点1280x720的连续帧图数据，每秒24帧。
6.一种基于权利要求1所述的电梯监控摄像去抖方法的去抖系统，其特征在于：包括模拟摄像头、视频信息终端机；所述模拟摄像头用于采集轿厢内视频信息，所述视频信息终端机包括CPU，以及CPU分别连接的视频格式转换芯片、六轴陀螺仪加速度传感器、通讯接口，所述视频格式转换芯片还连接视频设备接口；
所述CPU通过通讯接口连接上位机；所述六轴陀螺仪加速度传感器用于采集轿厢的空间运动状态信息；所述视频设备接口用于连接模拟摄像头。
7.根据权利要求6所述的电梯监控摄像去抖系统，其特征在于：所述通讯接口为WiFi、以太网、4G中的一种。
8.根据权利要求6所述的电梯监控摄像去抖系统，其特征在于：所述视频设备接口为CVBS接口；
所述视频格式转换芯片用于将CVBS格式的视频数据转换为像素点为1280x720的连续帧图数据。
9.根据权利要求6所述的电梯监控摄像去抖系统，其特征在于：所述视频信息终端机安装在轿厢顶板上方，所述模拟摄像头安装在轿厢顶板下方，固定在同一块板上，用于保持两者空间运行状态的一致性。
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