CN113329181B - 一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质，涉及摄像头技术领域。其中，这种角度切换方法包含如下步骤：S1、获取拍摄目标。S2、基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。S3、获取摄像头的世界坐标系，并根据世界坐标系和参考坐标系的旋转关系，获取参考坐标对应的世界坐标。S4、基于世界坐标系，计算世界坐标的欧拉角。S5、根据欧拉角旋转摄像头，以拍摄拍摄目标。通过先获取拍摄目标相对于摄像头当前视角的的参考坐标，再将参考坐标转换到相对于地球的世界坐标，然后计算摄像头拍摄该目标所需要的欧拉角，并旋转摄像头。整个过程计算量小，且速度快。

Description

一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及摄像头技术领域，具体而言，涉及一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

为了能够完整的监控整个目标区域，越来越多的地方安装上了能够调整角度的摄像头；例如，监控户外经常使用球机，或者是室内经常使用的云台摄像头。

目前这些能够调整视角/拍摄方向的摄像头，在移动视角的时候均是通过遥控器、键盘等外部设备来输入转动方向的指令。从而手动的将摄像头旋转至想要的角度，以获得想要的画面。

通过手动调整摄像头的拍摄角度，无法定位准确的拍摄角度，从而导致想要拍摄的物体没有办法位于画面的中心位置，拍摄得到的画面不尽人意。

发明内容

本发明提供了一种摄像头的角度切换方法、装置、设备和存储介质，以改善相关技术中的手动调整摄像头的拍摄角度，无法定位准确的拍摄角度的问题。

第一方面、

本发明实施例提供了一种摄像头的角度切换方法，其包含如下步骤：

S1、获取拍摄目标；

S2、基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标；

S3、获取摄像头的世界坐标系，并根据所述世界坐标系和所述参考坐标系的旋转关系，获取所述参考坐标对应的世界坐标；

S4、基于所述世界坐标系，计算所述世界坐标的欧拉角；

S5、根据所述欧拉角旋转所述摄像头，以拍摄所述拍摄目标。

可选地，步骤S2具体包括：

S21、以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建所述参考坐标系；

S22、获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，所述镜片和拍摄目标之间的物距，以及所述感光元件的靶面大小；

S23、获取拍摄目标在所述感光元件上的成像位置，根据所述镜屏距和所述靶面大小，计算所述成像位置的在所述参考坐标系的成像坐标；

S24、根据所述成像坐标、所述镜屏距和所述物距，以获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标。

可选地，所述摄像头为变焦摄像头；则步骤S22包括：

S221、获取所述摄像头当前的焦距；

S222、根据所述焦距查表得到摄像头的感光元件和镜片之间的所述镜屏距。

可选地，所述世界坐标系为右手坐标系；

可选地，步骤S3包括：

S31、获取摄像头的世界坐标系S_-xyz；

S32、获取所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间的旋转角度；其中，所述旋转角度包括水平转动角度θ₁和竖直转动角度σ₁，所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间旋转关系为：

R_-xyz＝S_-xyz R_y R_z

S33、根据所述旋转角度，计算得到所述参考坐标对应的所述世界坐标。

可选地，所述欧拉角包括水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂；

所述水平欧拉角θ₂的计算公式为：θ₂＝arctan(y÷x)+π×N；

所述竖直欧拉角σ₂的计算公式为：

其中，N为自然数，x,y,z分别为所述世界坐标系的三维坐标。

可选地，步骤S1具体包括：获取拍摄目标点或拍摄目标框；

可选地，当获取拍摄目标框时，角度切换方法还包括如下步骤：

S6、获取显示画面框和拍摄目标框之间的比例；

S7、根据所述比例，填充所述拍摄目标框至所述显示画面框。

第二方面、

本发明实施例提供一种摄像头的角度切换装置，其包含：

拍摄目标模块，用于获取拍摄目标；

参考坐标模块，用于基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标；

世界坐标模块，用于获取摄像头的世界坐标系，并根据所述世界坐标系和所述参考坐标系的旋转关系，获取所述参考坐标对应的世界坐标；

欧拉角模块，用于基于所述世界坐标系，计算所述世界坐标的欧拉角；

旋转模块，用于根据所述欧拉角旋转所述摄像头，以拍摄所述拍摄目标。

可选地，所述参考坐标模块，包括：

参考坐标单元，用于以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建所述参考坐标系；

参数单元，用于获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，所述镜片和拍摄目标之间的物距，以及所述感光元件的靶面大小；

第一计算单元，用于获取拍摄目标在所述感光元件上的成像位置，根据所述镜屏距和所述靶面大小，计算所述成像位置的在所述参考坐标系的成像坐标；

第二计算单元，用于根据所述成像坐标、所述镜屏距和所述物距，以获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标。

可选地，所述摄像头为变焦摄像头；则参数单元包括：

焦距子单元，用于获取所述摄像头当前的焦距；

查表子单元，用于根据所述焦距查表得到摄像头的感光元件和镜片之间的所述镜屏距。

可选地，所述世界坐标系为右手坐标系；

可选地，所述世界坐标模块包括：

坐标系单元，用于获取摄像头的世界坐标系S_-xyz；

旋转角度单元，用于获取所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系S_-xyz之间的旋转角度；其中，所述旋转角度包括水平转动角度θ₁和竖直转动角度σ₁，所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间旋转关系为：

R_-xyz＝S_-xyz R_y R_z

世界坐标单元，用于根据所述旋转角度，计算得到所述参考坐标对应的所述世界坐标。

可选地，所述欧拉角包括水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂；

所述水平欧拉角θ₂的计算公式为：θ₂＝arctan(y÷x)+π×N；

所述竖直欧拉角σ₂的计算公式为：

其中，N为自然数，x,y,z分别为所述世界坐标系的三维坐标。

可选地，拍摄目标模块具体用于获取拍摄目标点或拍摄目标框；

可选地，拍摄目标模块具体用于获取拍摄目标框时，角度切换方法还包括：

比例模块，用于获取显示画面框和拍摄目标框之间的比例；

填充单元，用于根据所述比例，填充所述拍摄目标框至所述显示画面框。

第三方面、

本发明实施例提供一种摄像头的角度切换设备，其包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如第一方面所说的摄像头的角度切换方法。

第四方面、

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如第一方面所说的摄像头的角度切换方法。

通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

本发明通过先获取拍摄目标相对于摄像头当前视角的参考坐标系的参考坐标，然后将参考坐标转换到摄像头相对于地球的世界坐标中，获得拍摄目标相对摄像头的世界坐标，然后计算摄像头拍摄该目标所需要的欧拉角，再将摄像头旋转至该角度。整个过程计算量小，且速度快。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明第一实施例提供的角度切换方法的流程示意图。

图2是摄像头成像的几何光学原理图。

图3是摄像头沿着Z轴转动时的Z向视图。

图4是摄像头沿着Y轴转动时的Y向视图。

图5是摄像头成像的几何光学远离图(物体被旋转到了成像的一侧，以便于对比)。

图6是本发明第一实施例提供的角度切换装置的结构示意图。

图中标记：1-拍摄目标模块、2-参考坐标模块、3-世界坐标模块、4-欧拉角模块、5-旋转模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。

应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。

实施例中提及的“第一\第二”仅仅是是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一\第二”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序。应该理解“第一\第二”区分的对象在适当情况下可以互换，以使这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些内容以外的顺序实施。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例一：

请参阅图1至图5所示，本发明第一实施例提供的一种摄像头的角度切换方法，其可由能够调整拍摄角度的摄像头来执行，或者又摄像头的控制设备来执行，特别地，由摄像头或者控制设备内的一个或者多个处理器来执行，以实现如下步骤：

S1、获取拍摄目标。

需要说明的是，在现有技术中，普遍是使用外接设备(例如：键盘、鼠标)，或者通过遥控器，来操控摄像头(至少包括球机和云台相机)上下左右旋转，以拍摄不同角度的画面。这些现有的操控防止均是直接发送命令控制摄像头上下左右旋转，而不是根据所需要拍摄的目标自动旋转。因此，往往无法将被拍摄的目标呈现在拍摄画面的中心位置，而是或高或低的存在一些位置上的误差，监控效果总是差强人意。

在本实施例中，可以通过鼠标或者触控屏点选监控画面中所要拍摄的拍摄目标以获取拍摄目标点，或者将想要拍摄的拍摄目标框选出来以获取拍摄目标框。然后由摄像头，根据下面的步骤自动的将拍摄视角调整到相应的角度，以拍摄该拍摄目标，使得拍摄目标能够在监控画面的中心区域中呈现，大大提高了摄像头切换画面时的

S2、基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。

具体地，摄像头在拍摄时，往往已经旋转了一定的角度。因此，根据拍摄画面(即摄像头的当前视角)构建参考坐标系，才能够准确的获得拍摄目标相对摄像头的位置。

在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，步骤S2具体包括步骤S21至S24：

S21、以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建参考坐标系。

具体地，根据几何光学的原理，可得出物体成像的方式如图2所示。其中，A为摄像头的透镜的中心点CAB所在的直线为光轴，D为拍摄目标，F为拍摄目标在感光元件上的成像位置。

根据图2所示的几何光学的原理，由二维扩展到三维，以该光轴AB为X轴，球机的转动轴为Y轴，水平转动时的中心轴为Z轴建立参考坐标系R-xyz。

S22、获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，镜片和拍摄目标之间的物距，以及感光元件的靶面大小。其中，所述镜片可以是真实的一个镜片，也可以是一组镜片形成的一个等效镜片，本发明对此不做具体限定，这些方案均属于本发明的保护范围。

在本实施例中，摄像头为变焦摄像头。则步骤S22包括步骤S221和S222：

S221、获取摄像头当前的焦距。

S222、根据焦距，获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距。

可以理解的，在本实施例中，摄像头为变焦镜头，焦距存在一定的变化范围。故镜屏距的值是根据焦距的变化在变化的。由于该值无法直接计算，且为影响实际成像效果的唯一变量，故根据实际成像的效果，测量不同焦距下镜屏距的值，制表保存。当需要获取镜屏距的数值时，根据摄像头的当前的焦距，查询相应的表格即可得到镜屏距。具体地，由于摄像机的镜片是由ZOOM步进电机驱动的。因此，步进电机的旋转参数是和摄像头的焦距一一对应的。在获取镜屏距的具体步骤中，也可以是通过获取zoom电机的参数来查表获得对应的镜屏距。需要说明的是，通过zoom电机的参数来查镜屏距和通过焦距来查询镜屏距是等同的。因此，这些方案均属于本发明的保护范围。

在其它实施例中，摄像头可以为定焦镜头，其感光元件和镜片之间的镜屏距为固定值，本发明对此不做具体限定。

S23、获取拍摄目标在感光元件上的成像位置，根据镜屏距和靶面大小，计算成像位置的在参考坐标系的成像坐标。

S24、根据成像坐标、镜屏距和物距，以获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。

如图2所示，物体CD成像在BF处，由光线过光心总是保持直线传播的，可推论ΔABF和ΔADC相似，物距AC可根据实际情况物距进行选择，镜屏距AB则通过前一个步骤获取。故根据实际的光传感器(sensor)靶面大小，可求出成像位置F的参考坐标，再通过三角形相似的原理，反推出物体实际位置D的参考坐标。

S3、获取摄像头的世界坐标系，并根据世界坐标系和参考坐标系的旋转关系，获取参考坐标对应的世界坐标。

具体地，摄像头安装后，需要以其初始位置(即原始位置)为原点，以地球为基准，建立世界坐标系，用来判断在现实世界中，摄像头各个方向的转动角度和各个物体的绝对位置。

在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，世界坐标系为右手坐标系。在其它实施例中，世界坐标系也可以为左手坐标系，本发明对此不做具体限定。

在本实施例中，步骤S3包括步骤S31至S33。

S31、获取摄像头的世界坐标系S_-xyz。

S32、获取世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间的旋转角度。其中，旋转角度包括水平转动角度θ₁和竖直转动角度σ₁，世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间旋转关系为：

R_-xyz＝S_-xyz R_y R_z

S33、根据旋转角度，计算得到参考坐标对应的世界坐标。

具体地，世界坐标系S-xyz和参考坐标系R-xyz之间的旋转角度即为摄像头相对于初始位置的旋转角度。当摄像头处于初始位置的时候，世界坐标系和参考坐标系时重合度的。当摄像头旋转一定角度后，世界坐标系S-xyz和参考坐标系R-xyz之间的坐标变换存在如下关系：

在建立的右手坐标系中，坐标系沿X,Y,Z轴旋转后，可通过如下矩阵换算新坐标。

假定当前球机水平转动角度为θ₁，竖直转动角度为σ₁，球机原始坐标系S-xyz到参考R-xyz的转换是通过沿Z轴转动θ₁，再沿Y轴转动σ₁转换而成，由此可得S-xyz变换到R-xyz的旋转矩阵关系如下：

R-xyz＝S-xyz RyRz

根据上式推算出的坐标系间的关系，计算拍摄目标的参考坐标所对应的世界坐标T(x,y,z)(即拍摄目标在世界坐标系中的坐标)。

S4、基于世界坐标系，计算世界坐标的欧拉角。

可以理解的是，当求出来拍摄目标的世界坐标后，就能够知道在实际空间中，摄像头和拍摄目标之间的空间位置关系。通过这个位置关系就能够计算得出摄像头拍摄该拍摄目标所需要的角度。

即，将坐标T(x,y,z)换算成欧拉角(α,σ₂,θ₂)，得出的值即为实际的新的转动角度。

需要说明的是，摄像头的旋转轴只有两个，也即摄像头只会水平转动与竖直转动,故实际沿X轴(即摄像头的光轴所在的轴线)转动的角度α＝0；

欧拉角包括水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂。

水平欧拉角θ₂的计算公式为：θ₂＝arctan(y÷x)+π×N。

竖直欧拉角σ₂的计算公式为：

其中，N为自然数，x,y,z分别为世界坐标系的三维坐标。

具体地，将世界坐标换算成欧拉角的步骤如下：

摄像头沿Z轴转动时，可得俯视图如图3所示，(图中：A为摄像头，B为目标拍摄点)。

由：tanθ＝BD/AD。

可得：θ＝arctan(y/x)。

注：当x＝0时，由于除数不可为0，此时可判断：

θ＝π/2+π*n。

由arctan函数的值域为(-π/2，π/2)，故得出的角度值θ并不一定为实际的角度值，而与实际的角度值相差π，因此还需要根据拍摄目标的世界坐标来确定实际角度θ₂的具体数值。

具体地，根据已知存在的关系：tanθ＝tan(θ₂+π)，推算实际角度θ₂与θ可能偏差弧度值π。再根据X，Y的正负值确认θ₂的实际范围，实际可得下表关系。

故需要将θ加上或减上π的整数倍，使其值落在实际范围内，可得到新的值，即为绕Z轴转动的角度值θ₂：

θ₂＝θ+π*N

摄像头经过沿Z轴逆时针转动θ₂后，此时点落在平面XOZ上。此时目标拍摄点B在XOZ平面的位置如图4所示。可得出沿Y轴需要转动得角度σ₂的值由ΔABC中的关系可得：

sinσ₂＝BC/AB,

其中，BC为z坐标的值，AB为整个目标向量的模，由于竖直的可转范围为(0，π/2)，该定义域内asin函数的值域与定义域一一对应，故求出的值即为实际需要转动的目标值：

由此得出摄像头拍摄该拍摄目标时所需要的角度。即，水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂。

S5、根据欧拉角旋转摄像头，以拍摄拍摄目标。

具体的，摄像头旋转到该欧拉角后，可使得目标点落在X轴上，而X轴又是焦点，光心，靶面中心所在的线，此时目标点成像可落在靶面中心。

在上述实施例的基础上，本发明一可选实施例中，当获取拍摄目标框时，角度切换方法还包括如下步骤：

S6、获取显示画面框和拍摄目标框之间的比例。其中，显示画面框为摄像头当前拍摄的画面，拍摄目标框为用户在该画面上框选的一个区域。

S7、根据比例，填充拍摄目标框至显示画面框。

在本实施例中，当获取到的为拍摄目标框时，将框的中心位置设置为拍摄目标，来旋转摄像头的拍摄角度。然后计算拍摄目标框和显示画面框之间的比例关系；调整摄像头的镜屏距，以使摄像头通过变倍的方式来将拍摄目标框中的画面填充至整个显示画面框。

具体地，如图5所示，BF为焦点为H时的成像大小，RQ为I为焦点时的成像大小。由光线过光心后直线传播的规律，可得AFQ三点位于同一条直线，从而可推出ΔABF和ΔARQ相似，故BF/RQ＝＝AB/AR

由此可知，不同焦距下镜屏距的比例即为实际物体成像大小的比例。因此，通过显示画面框和拍摄目标框之间的比例来调节镜屏距的比例，能够实现无损的将拍摄目标框中的画面填充满整个显示画面框，具有很好的实际意义。

在其它实施例中，还可以通过裁切画面的方式来使拍摄目标框填充满显示画面框，本发明对此不作具体限定。

本发明实施例，有效处理简化了网络球机摄像头的3D控球的开发，关键点在于球机参考坐标系模型的搭建，通过坐标系系变换的方式，有效避免了绝对坐标系下需要考虑过多硬件结构参数的问题。

本发明实施例，通过先获取拍摄目标相对于摄像头当前视角的参考坐标系的参考坐标，然后将参考坐标转换到摄像头相对于地球的世界坐标中，获得拍摄目标相对摄像头的世界坐标，然后计算摄像头拍摄该目标所需要的欧拉角，再将摄像头旋转至该角度。整个过程计算量小，且速度快。

实施例二、

如图6所示，本发明实施例提供一种摄像头的角度切换装置，其包含：

拍摄目标模块1，用于获取拍摄目标。

参考坐标模块2，用于基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。

世界坐标模块3，用于获取摄像头的世界坐标系，并根据世界坐标系和参考坐标系的旋转关系，获取参考坐标对应的世界坐标。

欧拉角模块4，用于基于世界坐标系，计算世界坐标的欧拉角。

旋转模块5，用于根据欧拉角旋转摄像头，以拍摄拍摄目标。

可选地，参考坐标模块2，包括：

参考坐标单元，用于以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建参考坐标系。

参数单元，用于获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，镜片和拍摄目标之间的物距，以及感光元件的靶面大小。

第一计算单元，用于获取拍摄目标在感光元件上的成像位置，根据镜屏距和靶面大小，计算成像位置的在参考坐标系的成像坐标。

第二计算单元，用于根据成像坐标、镜屏距和物距，以获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。

可选地，摄像头为变焦摄像头。则参数单元包括：

焦距子单元，用于获取摄像头当前的焦距。

查表子单元，用于根据焦距查表得到摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距。

可选地，世界坐标系为右手坐标系。

可选地，世界坐标模块3包括：

坐标系单元，用于获取摄像头的世界坐标系S_-xyz。

旋转角度单元，用于获取世界坐标系S_-xyz和参考坐标系S_-xyz之间的旋转角度。其中，旋转角度包括水平转动角度θ₁和竖直转动角度σ₁，世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间旋转关系为：

R_-xyz＝S_-xyz R_y R_z

世界坐标单元，用于根据旋转角度，计算得到参考坐标对应的世界坐标。

可选地，欧拉角包括水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂。

水平欧拉角θ₂的计算公式为：θ₂＝arctan(y÷x)+π×N。

竖直欧拉角σ₂的计算公式为：

其中，N为自然数，x,y,z分别为世界坐标系的三维坐标。

可选地，拍摄目标模块1具体用于获取拍摄目标点或拍摄目标框。

可选地，拍摄目标模块1具体用于获取拍摄目标框时，角度切换方法还包括：

比例模块，用于获取显示画面框和拍摄目标框之间的比例。

填充单元，用于根据比例，填充拍摄目标框至显示画面框。

实施例三、

本发明实施例提供一种摄像头的角度切换设备，其包括处理器、存储器，以及存储在存储器内的计算机程序。计算机程序能够被处理器执行，以实现如实施例一所说的摄像头的角度切换方法。

实施例四、

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在计算机程序运行时控制计算机可读存储介质所在设备执行如实施例一所说的摄像头的角度切换方法。

在本发明实施例所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，电子设备，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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)

1.一种摄像头的角度切换方法，其特征在于，包含：

获取拍摄目标；

基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标；

获取摄像头的世界坐标系，并根据所述世界坐标系和所述参考坐标系的旋转关系，获取所述参考坐标对应的世界坐标；

基于所述世界坐标系，计算所述世界坐标的欧拉角；

根据所述欧拉角旋转所述摄像头，以拍摄所述拍摄目标；

所述基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标，具体为：

以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建所述参考坐标系；

获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，所述镜片和拍摄目标之间的物距，以及所述感光元件的靶面大小；

获取拍摄目标在所述感光元件上的成像位置，根据所述镜屏距和所述靶面大小，计算所述成像位置的在所述参考坐标系的成像坐标；

根据所述成像坐标、所述镜屏距和所述物距，以获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标。

2.根据权利要求1所述的角度切换方法，其特征在于，所述摄像头为变焦摄像头；获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，具体为：

获取所述摄像头当前的焦距；

根据所述焦距，获取摄像头的感光元件和镜片之间的所述镜屏距。

3.根据权利要求1所述的角度切换方法，其特征在于，所述世界坐标系为右手坐标系；

获取摄像头的世界坐标系，并根据所述世界坐标系和所述参考坐标系的旋转关系，获取所述参考坐标对应的世界坐标，具体为：

获取摄像头的世界坐标系S_-xyz；

获取所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间的旋转角度；其中，所述旋转角度包括水平转动角度θ₁和竖直转动角度σ₁，所述世界坐标系S_-xyz和参考坐标系R_-xyz之间旋转关系为：

R_-xyz＝S_-xyz R_yR_z

根据所述旋转角度，计算得到所述参考坐标对应的所述世界坐标。

4.根据权利要求1所述的角度切换方法，其特征在于，所述欧拉角包括水平欧拉角θ₂和竖直欧拉角σ₂；

所述水平欧拉角θ₂的计算公式为：θ₂＝arctan(y÷x)+π×N；

所述竖直欧拉角σ₂的计算公式为：

其中，N为自然数，x,y,z分别为所述世界坐标系的三维坐标。

5.根据权利要求1所述的角度切换方法，其特征在于，获取拍摄目标，具体为：获取拍摄目标点或拍摄目标框；

当获取拍摄目标框时，角度切换方法还包括：

获取显示画面框和拍摄目标框之间的比例；

根据所述比例，填充所述拍摄目标框至所述显示画面框。

6.一种摄像头的角度切换装置，其特征在于，包含：

拍摄目标模块，用于获取拍摄目标；

参考坐标模块，用于基于摄像头的当前视角构建参考坐标系，并获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标；

世界坐标模块，用于获取摄像头的世界坐标系，并根据所述世界坐标系和所述参考坐标系的旋转关系，获取所述参考坐标对应的世界坐标；

欧拉角模块，用于基于所述世界坐标系，计算所述世界坐标的欧拉角；

旋转模块，用于根据所述欧拉角旋转所述摄像头，以拍摄所述拍摄目标。

7.根据权利要求6所述的角度切换装置，其特征在于，所述参考坐标模块，包括：

参考坐标单元，用于以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建所述参考坐标系；

参数单元，用于获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，所述镜片和拍摄目标之间的物距，以及所述感光元件的靶面大小；

第一计算单元，用于获取拍摄目标在所述感光元件上的成像位置，根据所述镜屏距和所述靶面大小，计算所述成像位置的在所述参考坐标系的成像坐标；

第二计算单元，用于根据所述成像坐标、所述镜屏距和所述物距，以获取所述拍摄目标在所述参考坐标系的参考坐标；

参考坐标模块2，包括：

参考坐标单元，用于以摄像头的光轴为X轴、转动轴为Y轴，水平转动轴心为Z轴，构建参考坐标系；

参数单元，用于获取摄像头的感光元件和镜片之间的镜屏距，镜片和拍摄目标之间的物距，以及感光元件的靶面大小；

第一计算单元，用于获取拍摄目标在感光元件上的成像位置，根据镜屏距和靶面大小，计算成像位置的在参考坐标系的成像坐标；

第二计算单元，用于根据成像坐标、镜屏距和物距，以获取拍摄目标在参考坐标系的参考坐标。

8.一种摄像头的角度切换设备，其特征在于，包括处理器、存储器，以及存储在所述存储器内的计算机程序；所述计算机程序能够被所述处理器执行，以实现如权利要求1至5任意一项所述的摄像头的角度切换方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至5任意一项所述的摄像头的角度切换方法。

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