自调节式云台摄像头远程智能控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了自调节式云台摄像头远程智能控制系统及其控制方法，属于远程监控系统中计算机视觉技术领域，系统对采集到的视频序列图像进行预处理及运动目标检测等，使监控画面更加清晰。通过Kalman滤波器与Camshift算法相结合的方法对每帧图像中的监控目标进行锁定并记录其位置坐标，判断该坐标是否离开屏幕的约束区域，根据判断结果，决定自动跟踪模型是否对目标进行自动跟踪，通过比较云台水平方向转动时间与垂直方向转动时间，确定优先在哪个方向调节。根据目标显示尺寸与规定尺寸的差值与阈值的比较，进行镜头的自动变倍，并能用手机对摄像头及云台进行远程控制。本发明专利技术实时性更好，从而提高了监控系统的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种自调节式云台摄像头远程智能控制系统及其控制方法，属于云台摄像头远程监控系统中计算机视觉

技术介绍
传统的监控摄像头大多数位置固定，监控范围有限，容易出现监控死角。随着技术的发展，出现了云台摄像头监控系统。监控人员通过手动操作键盘来调节云台转动和镜头的变倍，这些操作往往滞后于目标的运动，实时性较差。监控人员需长时间盯看着屏幕，容易造成人为误差。传统的监控系统多为备案取证，并没有有效的防止意外的发生。监控对象距离镜头的远近、特征部位的聚焦、画面的清晰程度等都影响着案件的侦破进度。传统的监控系统大多数都需要人员在监控室进行监控，并没有实现真正意义上的远程监控。
技术实现思路
根据上述提出的问题，本专利技术的目的是：提供一种自调节式云台摄像头远程智能控制方法。该系统的核心是在传统的监控摄像头的基础上，增加了云台及镜头的智能控制。通过得到监控目标在屏幕上的质心位置坐标，计算是否超出约束区域，判断是否调节云台的转动。监控目标尺寸大小与规定尺寸值的差值的绝对值与面积阈值比较，判断镜头是否变倍。当自动调节系统出现故障时，可以通过手机无线连接，访问PC机的监控视频，远程手动调节云台和摄像头，提高监控系统的实时性，准确性，对采集到视频序列图像进行预处理，使画面更加清晰，这是传统监控系统不具备的。本专利技术方法是基于智能远程控制系统，所述的智能远程控制装置主要包括云台摄像机、视频转换电路、PC机、串口转换电路、Android系统手机控制模块；云台摄像机用于拍摄监控区域视频，该云台摄像机由摄像机、变焦镜头、云台、解码器、无线通信模块组成，与视频转换电路连接。视频转换电路用于将云台摄像头的模拟视频转换为数字视频，视频转换电路与摄像头和计算机连接。PC机用于观看监控视频，基于OpenCV平台，通过Camshift算法对运动目标跟踪，利用Kalman滤波器预测补偿减小跟踪误差，根据云台摄像机反馈的数据进行分析处理，控制云台转动和镜头变倍，使监控目标实时以合适的尺寸显示在屏幕中间，与视频转换电路与串口转换电路连接。串口转换电路用于将计算机的控制指令传于云台摄像头，串口转换电路与计算机和云台摄像头连接。Android系统手机控制模块用于远程手动控制云台摄像头，通过无线通信，实时访问PC机的监控视频，并通过无线连接实时控制云台摄像头的云台转动和镜头变倍，通过摄像头其他辅助功能模块，使监控效果更好。本专利技术提供的一种云台摄像头远程智能控制方法，具体包括以下步骤：步骤一：基于OpenCV平台，计算机对采集到的视频序列图像进行预处理以及利用帧差法检测运动目标。步骤二：计算机根据Camshift算法对监控目标进行跟踪定位，利用Kalman滤波器进行预测补偿，得到监控目标质心坐标(X,Y)，判断质心坐标是否在以视域中心坐标(D1/2,D2/2)为圆心，半径为R的圆形约束区域内，如果超出约束区域，云台进行调节；否则，云台静止不动，跳转到步骤五，其中，图像的分辨率为D1*D2，R为预设阈值。步骤三：云台进行调节时，如果自动调节系统功能正常，云台自动调节跟踪监控目标；否则，通过手机无线通信，利用云台控制功能界面发送指令，通过手机远程手动控制云台转动，完成跟踪任务。其中，云台控制量为：水平方向角度：垂直方向角度：其中，X为监控目标水平方向质心坐标，Y为监控目标垂直方向质心坐标，θ1为摄像头水平视角的一半，为摄像头垂直视角的一半。步骤四：云台转动时，根据水平方向转动时间T1与垂直方向转动时间T2长短判断优先向哪个方向转动。T1≥T2时，云台垂直方向优先转动；否则，云台水平方向优先转动。转动时间公式为：水平方向转动时间：T1＝α/ν1垂直方向转动时间：T2＝β/ν2其中，ν1为云台水平方向转动速度，ν2为云台垂直方向转动速度。步骤五：监控目标在屏幕中的尺寸大小Α与规定的合适尺寸大小Β的差值的绝对值Ε与规定的阈值Κ比较，当Ε≥Κ时，镜头变倍；否则，镜头不变倍。其中：Α为跟踪窗口面积，可以根据跟踪算法计算得到；图像的分辨率为D1*D2；Ε＝|Α-Β|；其中K为预先设置的面积阈值，以像素的平方为单位。步骤六：镜头变倍时，如果自动调节系统功能正常，镜头接收串口发出的指令，自动变倍，直到监控目标以规定的合适尺寸出现在屏幕上；否则，通过手机无线通信，利用调焦控制功能界面发送指令，远程手动控制镜头变倍。然后，跳转到步骤一，循环往复。有益效果本专利技术提出的自调节式球型摄像头智能控制装置及控制方法，提高了监控系统的实时性，准确性，视频序列图像预处理算法使监控画面更加清晰，当自动调节系统出现故障时，通过手机远程手动调节云台摄像头，完成对目标的跟踪监控，使监控系统更加科学化，人性化。附图说明图1智能远程监控系统框图。图2Camshift算法与Kalman滤波器结合算法流程框图。图3监控目标坐标示意图。图4云台摄像机智能控制系统框图。图5云台摄像机功能主页面。图6云台转动控制功能界面。图7调焦控制功能界面。图8-图15云台摄像头其他辅助功能控制界面。具体实施方式参考图1，图2，PC机正常运行，基于OpenCV平台，Camshift算法和Kalman滤波器相结合的跟踪算法实时运行，等待云台摄像头拍摄的视频的传入；打开云台摄像机，视频资源经过视频转换电路，传递到PC机里，用鼠标选择要跟踪的目标，利用PC机运行的跟踪算法对目标实时跟踪。参考图3，图4，利用跟踪算法得到得到监控目标质心坐标(X,Y)，判断质心坐标是否在以视域中心坐标(D1/2,D2/2)为圆心，半径为R的圆形约束区域内，如果超出约束区域，云台进行调节，当自动控制系统正常时，PC机通过串口转换电路，向云台自动发送指令，云台自动转动调节，当目标质心坐标显示在约束区域内时，PC机停止向云台发送转动指令，云台停止转动；如果没超出约束区域，云台静止不动，其中，图像的分辨率为D1*D2，R为预设阈值。当云台需要转动调节时，其转动方向分为8种情况：目标质心与视域中心水平坐标差：Δx＝X-D1/2目标质心与视域中心竖直坐标差：Δy＝Y-D2/2(1)当Δx＞R且|Δy|≤R时，云台水平向右运动；(2)当Δx＞R且Δy＜-R时，云台向右上方运动；(3)当|Δx|≤R且Δy＜-R时，云台垂直向上运动；(4)当Δx＜-R且Δy＜-R时，云台向左上方运动；(5)当Δx＜-R且|Δy|≤R时，云本文档来自技高网...

【技术保护点】
自调节式云台摄像头远程智能控制系统，其特征在于：该控制系统主要包括云台摄像机、视频转换电路、PC机、串口转换电路、Android系统手机控制模块；云台摄像机用于拍摄监控区域视频，该云台摄像机由摄像机、变焦镜头、云台、解码器、无线通信模块组成，与视频转换电路连接；视频转换电路用于将云台摄像头的模拟视频转换为数字视频，视频转换电路与摄像头和计算机连接；PC机用于观看监控视频，基于OpenCV平台，通过Camshift算法对运动目标跟踪，利用Kalman滤波器预测补偿减小跟踪误差，根据云台摄像机反馈的数据进行分析处理，控制云台转动和镜头变倍，使监控目标实时以合适的尺寸显示在屏幕中间，与视频转换电路与串口转换电路连接；串口转换电路用于将计算机的控制指令传于云台摄像头，串口转换电路与计算机和云台摄像头连接；Android系统手机控制模块用于远程手动控制云台摄像头，通过无线通信，实时访问PC机的监控视频，并通过无线连接实时控制云台摄像头的云台转动和镜头变倍，通过摄像头其他辅助功能模块，使监控效果更好。

【技术特征摘要】
1.自调节式云台摄像头远程智能控制系统，其特征在于：该控制系统主要包括云台摄
像机、视频转换电路、PC机、串口转换电路、Android系统手机控制模块；云台摄像机用于拍
摄监控区域视频，该云台摄像机由摄像机、变焦镜头、云台、解码器、无线通信模块组成，与
视频转换电路连接；
视频转换电路用于将云台摄像头的模拟视频转换为数字视频，视频转换电路与摄像头
和计算机连接；
PC机用于观看监控视频，基于OpenCV平台，通过Camshift算法对运动目标跟踪，利用
Kalman滤波器预测补偿减小跟踪误差，根据云台摄像机反馈的数据进行分析处理，控制云
台转动和镜头变倍，使监控目标实时以合适的尺寸显示在屏幕中间，与视频转换电路与串
口转换电路连接；
串口转换电路用于将计算机的控制指令传于云台摄像头，串口转换电路与计算机和云
台摄像头连接；
Android系统手机控制模块用于远程手动控制云台摄像头，通过无线通信，实时访问PC
机的监控视频，并通过无线连接实时控制云台摄像头的云台转动和镜头变倍，通过摄像头
其他辅助功能模块，使监控效果更好。
2.利用权利要求1所述系统进行的自调节式云台摄像头远程智能控制方法，其特征在
于：具体包括以下步骤，
步骤一：基于OpenCV平台，计算机对采集到的视频序列图像进行预处理以及利用帧差
法检测运动目标；
步骤二：计算机根据Camshift算法对监控目标进行跟踪定位，利用Kalman滤波器进行
预测补偿，得到监控目标质心坐标(X,Y)，判断质心坐标是否在以视域中心坐标(D1/2,D2/
2)为圆心，半径为R的圆形约束区域内，如果超出约束区域，云台进行调节；否则，云台静止
不动，跳转到步骤五，其中，图像的分辨率为D1*D2，R为预设阈值；
步骤三：云台进行调节时，如果自动调节系统功能正常，云台自动调节跟踪监控目标；
否则，通过手机无线通信，利用云台控制功能界面发送指令，通过手机远程手动控制云台转
动，完成跟踪任务；其中，云台控制量为：
水平方向角度：垂直方向角度：其中，X为监控目标水平方向质心坐标，Y为监控目标垂直方向质心坐标，θ1为摄像头水
平视角的一半，为摄像头垂直视角的一半；
步骤四：云台转动时，根据水平方向转动时间T1与垂直方向转动时间T2长短判断优先
向哪个方向转动；T1≥T2时，云台垂直方向优先转动；否则，云台水平方向优先转动；转动时
间公式为：
水平方向转动时间：T1＝α/ν1
垂直方向转动时间：T2＝β/ν2
其中，ν1为云台水平方向转动速度，ν2为云台垂直方向转动速度；
步骤五：监控目标在屏幕中的尺寸大小A与规定的合适尺寸大小B的差值的绝对值E与
规定的阈值K比较，当E≥K时，镜头变倍；否则，镜头不变倍；其中：
A为跟踪窗口面积，可以根据跟踪算法计算得到；
图像的分辨率为D1*D2；
E＝|A-B|；
其中K为预先设置的面积阈值，以像素的平方为单位；
步骤六：镜头变倍时，如果自动调节系统功能正常，镜头接收串口发出的指令，自动变
倍，直到监控目标以规定的合适尺寸出现在屏幕上；否则，通过手机无线通信，利用调焦控
制功能界面发送指令，远程手动控制镜头变倍；然后，跳转到步骤一，循环往复。
3.根据权利要求2所述的自调节式云台摄像头远程智能控制方法，其特征在于：
PC机正常运行，基于OpenCV平台，Camshift算法和Ka...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈双叶，王善喜，郑楷，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11