基于三维空间视口信息的球机联动方法技术

本发明专利技术涉及一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，其通过标定相机位置步骤，在相应的三维场景下标定各相机的三维坐标；通过确定监控区域步骤，利用视口信息计算并获得相应姿态下能够观看到的场景区域，以此作为监控区域；通过筛选最佳相机步骤，筛选出拍摄效果最佳的最佳相机；通过最佳相机调节步骤，依据最佳相机相对于监控区域的位置，计算出最佳相机对监控区域的最佳拍摄设置，并依此对最佳相机进行设定和/或调节。本发明专利技术能够快速索引并获得相应场景的球机，并计算相应球机针对该场景的优化PTZ值，以便通过球机的选择和控制，能够最佳相机与监看区域的联动，为实时拍摄到优质的视频图像提供了有利条件。 1

Ball machine linkage method based on 3D spatial viewport information

The invention relates to a ball machine linkage method based on 3D spatial view information. By demarcating the camera position step, the 3D coordinate of each camera is calibrated in the corresponding 3D scene. By determining the monitoring area steps, the scene area can be watched with the viewport information and the corresponding attitude can be seen in the corresponding attitude. The best camera is screened out by selecting the best camera step and the best camera adjustment step, according to the best camera relative to the monitoring area, the optimum camera setting for the monitoring area is calculated, and the best camera is set and / or adjusted accordingly. The invention can quickly index and obtain the corresponding scene of the ball machine, and calculate the optimized PTZ value of the corresponding ball machine for the scene, so that through the selection and control of the ball machine, it can optimize the linkage between the camera and the monitoring area, and provide a favorable piece for the real-time video image. One

【技术实现步骤摘要】
基于三维空间视口信息的球机联动方法
本专利技术涉及一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，属信息技术特别是视频监控

技术介绍
利用三维技术对现实场景的模拟是目前世界范围内较为热门的研究方向之一，其中的主流模拟方式是针对真实场景数据进行虚拟的可视化仿真。主要步骤大体为：一、采集场景点云数据及纹理贴图数据；二、利用采集到的数据对真实场景进行三维建模；三、将模型数据导入相关的计算机图形处理引擎之中，构建三维场景；四、将真实中采集到的数据或相关传感器获取的实时数据在三维场景中进行可视化展示。而在视频监控领域中，通过PTZ(Pan/Tilt/Zoom)的设定，实现用户对球机云台上下、左右的移动，以及对镜头变倍、变焦的控制，目前已经应用在各种各样的安防视频监控平台中。这种PTZ球机的使用弥补了固定摄像机监控视野窄的缺点。单纯的采用虚拟现实的方式，利用相关传感器设备将数据在三维虚拟场景中进行可视化展示，归根到底使用者看到的场景只是“虚假的”模拟出来的场景。但，依据传统的监控模式，利用PTZ球机大批量的部署在大面积的、复杂的监控区域时，需要使用人员硬记各个视频流的真实位置点，具有易混淆、易丢失目标、操作难度大、相机选择困难等不利因素，特别是在环境建筑复杂条件下，摄像头布置多，全部显示不利于使用者观看监控，逐一显示又不易于快速切换查找相机，严重制约这种监控方式在实际中的应用。因此，如果能够在大量部署的PTZ球机中，依据所查看的场景，自动选择适应的球机，自动调节所选球机姿态，以自动获取最适宜的拍摄效果，并可以依据具体显示方式进行显示和观看。
技术实现思路
本专利技术针对传统的视频监控技术的上述缺陷，提供一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，其能够利用三维空间视口信息，快速索引并获得相应场景的球机，并计算相应球机针对该场景的优化PTZ值，以便通过球机的选择和控制，为实时拍摄到优质的视频图像提供有利条件。本专利技术的技术方案是：一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，其特征在于包括下列步骤：步骤1，标定相机(Camera)位置：进行三维建模，在相应的三维场景下，标定各相机的三维坐标；步骤2，确定监控区域：将三维场景的视口设定在和/或移动到准备监看的场景区域，利用视口信息计算并获得相应姿态下能够观看到的场景区域，以此作为监控区域；步骤3，筛选最佳相机：筛选出能够照射到监控区域对应的真实区域的相机，依据相机的位置，筛选出拍摄效果最佳的最佳相机。步骤4，最佳相机调节：依据最佳相机相对于监控区域的位置，计算出最佳相机对监控区域的最佳拍摄设置，并依此对最佳相机进行设定和/或调节，由此实现最佳相机与监看区域的联动。所述相机优选为PTZ(Pan/Tilt/Zoom)摄像机。所述PTZ摄像机可以采用PTZ球机(球型摄像机)，所述PTZ球机设有用于姿态调整的云台。所述步骤1中，可以依据相机拍摄的真实场景进行三维建模。所述步骤2中，可以依据视口信息构建视口相机视锥体，获取相应的视口照射范围，将构成三维模型的各子模型依次导入三维场景空间中，在子模型导入的过程中或导入后，计算该子模型是否落入视口照射范围，将落入视口照射范围的子模型列为监视区域，将未落入视口照射范围的子模型排除在监控区域外。可以采用下列方式计算子模型是否落入视口照射范围：以分别对应于远视点和近视点的远裁剪面和近裁剪面在视锥体上截取构成视口照射范围的锥台，计算出所导入的子模型的包围盒，依据所述锥台的各顶点的坐标，计算出锥台各面的方向向外的法线向量，以各所述法线向量与各子模型的包围盒进行求交运算，依据求交运算结果判断相应模型是否落入视口照射范围，若包围盒位于所述法线向量的上方，则相应子模型未落入视口照射范围，反之落入视口照射范围。所述步骤2中，可以依据视口位置坐标和视口朝向构建与视锥体轴线重叠的视口照射轴射线，以视口照射轴射线与落入视口照射范围的子模型进行求交运算，获得相交点，以此相交点作为监看中心点。步骤3中，可以以监控区域和/或监看中心点为拍摄区域对相机进行筛选，可以根据需要采用下列任意一种或多种剔除，优选采用全部剔除方式：剔除拍摄被遮挡的相机，剔除距离超过限度的相机，剔除角度超过限度的相机，从适于拍摄监控区域的相机中挑选出拍摄效果最佳的相机作为所述的最佳相机。可以构建从相机坐标点至监看中心点的相机照射轴线段(直线段)。基于上述相机照射轴线段的构建，所述剔除被遮挡的相机的方式可以为：计算出所述相机照射轴线段与监控区域外的模型(子模型)是否存在相交点，若存在相交点，则认为该相机的拍摄被遮挡，若不存在相交点，则认为未被遮挡。所述剔除距离超过限度的相机的方式可以为：计算所述相机照射轴线段的长度，若该长度超过设定的最大拍摄距离，则认为距离超过限度，若该长度未超过设定的最大拍摄距离，则认为距离未超过限度。所述剔除角度超过限度的相机的方式可以为：计算所述相机照射轴线段与所述视口照射轴射线间夹角的角度，若该角度超过设定的最大拍摄角度，则认为角度超过限度，若该角度未超过设定的最大拍摄角度，则认为角度未超过限度。所述步骤4中，可以以初始状态下最佳相机的正上方向为X方向，正朝向为-Z方向，依据右手定则确定的右方向为Y方向，计算最佳相机到监看中心点的矢量方向到XY平面的旋转夹角y，计算该矢量在XY平面的投影与Pan＝0的三维空间位置与最佳相机坐标点的连线矢量在XY平面的投影的夹角x，所述夹角x、y的角度值与最佳相机初始状态下偏移的PT值成单调递增函数，该函数通过标定相机PT极限值及其所处角度的方式获取，由此得到用于最佳相机调节的Pan、Tilt两个参数。可以利用视口到监看中心点的距离以及最佳相机到监看中心点的距离的比计算确定最佳相机的Zoom数值。本专利技术的有益效果是：能够针对所查看的具体场景，在大量部署的球机中，自动选择最适宜的球机，且自动将所选球机调节到针对该场景的最适宜姿态，由此无需人工操作，就可以观看到球机拍摄到的效果良好的真实场景。附图说明图1是本专利技术的流程示意图；图2是本专利技术涉及的视口信息及视锥体相关性及相关参数的示意图；图3是本专利技术涉及的视锥体的构造示意图；图4是本专利技术涉及的点与平面的空间关系示意图；图5是本专利技术涉及的三角形与内部坐标关系的示意图；图6是本专利技术涉及的最佳相机筛选流程的示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步说明。如图1-图6所示，本专利技术涉及一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，包括标定相机数据、获取监控区域、筛选最佳相机、控制球机PTZ值进行联动四个步骤。整体流程如附图1所示，首先对相机的位置在三维场景进行标定；之后当使用者通过交互式的操作，更改三维视口相机或称相机视口)的位置及姿态信息时，获取这些信息构建视锥体获取视口照射范围(或称视口范围区域或视口区域)；大体粗略的筛选出视口照射范围内的模型，利用视口朝向及视口位置点构建视口照射轴射线Rcenter与范围内的模型表面进行求交运算，计算相交点，也就是视口中心正对的模型表面空间坐标；构建从相机位置坐标到相交点的相机照射轴线段(准确)(一条几何线段)，计算该线段是否与其他模型相交，若相交则抛弃该相机，最终筛选出所有未遮挡的相机；再计算该线段的长度获取距离是否在预设的最大范围内，抛弃不符合条件的相机；之后计算相交本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，其特征在于包括下列步骤：

【技术特征摘要】
1.一种基于三维空间视口信息的球机联动方法，其特征在于包括下列步骤：步骤1，标定相机位置：进行三维建模，在相应的三维场景下，标定各相机的三维坐标；步骤2，确定监控区域：将三维场景的视口设定在和/或移动到准备监看的场景区域，利用视口信息计算并获得相应姿态下能够观看到的场景区域，以此作为监控区域；步骤3，筛选最佳相机：筛选出能够照射到监控区域对应的真实区域的相机，依据相机的位置，筛选出拍摄效果最佳的最佳相机；步骤4，最佳相机调节：依据最佳相机相对于监控区域的位置，计算出最佳相机对监控区域的最佳拍摄设置，并依此对最佳相机进行设定和/或调节，由此实现最佳相机与监看区域的联动。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述相机为PTZ摄像机。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述PTZ摄像机采用PTZ球机，设有用于姿态调整的云台。4.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述步骤1中，依据相机拍摄的真实场景进行三维建模。5.如权利要求1-3任一所述的方法，其特征在于所述步骤2中，依据视口信息构建视口相机视锥体，获取相应的视口照射范围，将构成三维模型的各子模型依次导入三维场景空间中，在子模型导入的过程中或导入后，计算该子模型是否落入视口照射范围，将落入视口照射范围的子模型列为监视区域，将未落入视口照射范围的子模型排除在监控区域外。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于采用下列方式计算子模型是否落入视口照射范围：以分别对应于远视点和近视点的远裁剪面和近裁剪面在视锥体上截取构成视口照射范围的锥台，计算出所导入的子模型的包围盒，依据所述锥台的各顶点的坐标，计算出锥台各面的方向向外的法线向量，以各所述法线向量与各子模型的包围盒进行求交运算，依据求交运算结果判断相应模型是否落入视口照射范围，若包围盒位于所述法线向量的上方，则相应子模型未落入视口照射范围，反之落入视口照射范围。7.如权利要求1-3任一所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志华，郑文涛，王国夫，
申请(专利权)人：北京天睿空间科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11