一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法技术

本发明专利技术公开了一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，包括添加保存标签过程和实时更新标签坐标过程。本发明专利技术的增强现实摄像机能够实现虚拟标签添加功能，且在摄像机转动和镜头焦距变化的情况下，虚拟标签能够实时跟随标注物移动，定位准确。

【技术实现步骤摘要】
一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法
本专利技术属于增强现实摄像机显示领域，尤其涉及一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法。
技术介绍
现有的普通摄像机一般不具备虚拟标签添加功能，不利于用户体验，而现有的增强现实摄像机现已具备了虚拟标签添加功能，可以供用户在视频画面上添加虚拟标签，但是它还是存有技术缺陷，当它在转动和镜头焦距变化的情况下，视频画面中的物体位置发生了变化，但虚拟标签不会移动，无法紧跟被标注物体，当镜头变倍造成的虚拟标签过于密集时，高阶标签将会不显示，这些情况都容易误导用户，不利于用户了解监控视频画面的实时情况，不利于用户体验。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的技术缺陷，本专利技术提供了一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，它能够解决增强现实摄像机转动时虚拟标签不能跟随被标注物体的问题，便于用户了解监控视频画面的实时情况，增强了用户体验。本专利技术采用的技术方案如下：一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，包括实时更新标签坐标过程，其过程为：当增强现实摄像机转动或镜头变倍时，通过摄像机三个维度参数p、t、V的实时更新与原标签点的三维坐标(P，T)，采用3D-2D公式和公式P＝p+ΔP计算出原标签点在二维视频画面的新二维坐标(Δx，Δy)，从而在二维视频画面实现虚拟标签点实时跟随标注物，其中：p为摄像机改变状态后镜头水平角度；t为摄像机改变状态后镜头垂直角度；V为摄像机改变状态后水平视场角；P为标签点在三维球面极坐标系下的水平角度；T为标签点在三维球面极坐标系下的垂直角度；二维视频画面为分辨率为W×H的平面；Δx和Δy分别为增强现实摄像机转动或镜头变倍后标签点离二维画面中心新的水平偏移和垂直偏移；R为球面半径，且ΔP为差量表示。另外，摄像机改变状态指的是摄像机转动或者镜头变倍情况。当增强现实摄像机转动或者变倍时，原标注物在新的二维视频画面的位置与原先不同，这时需要重新计算新的标签点的二维坐标，而本专利技术在增加现实摄像机里采用3D-2D公式能够实时快速更新新的标签位置，使得虚拟标签实时跟踪被标注物体。这里需要说明的是原标注物也即原标签点的三维坐标(P，T)是世界坐标下的，摄像机自转不影响，只是影响标签在镜头中的成像位置，也即影响二维视频画面的位置，也即二维坐标(Δx，Δy)改变。另外，3D-2D公式经过整理还可化为如下公式：在实时更新标签坐标过程前还进行了添加保存标签过程，其过程为：所述原标签点三维坐标(P，T)是增强现实摄像机转动或变倍前在原二维视频画面中通过2D-3D公式和公式P＝p+ΔP获取的，所述公式还需要结合ΔP＝arctanΔP和T＝arctanT进行计算，其中：式子里的Δx和Δy分别为增强现实摄像机转动或变倍前标签点离二维画面中心的水平偏移和垂直偏移，且它们根据二维视频画面分辨率确定的；p为摄像机改变状态前实时镜头水平角度；t为摄像机改变状态前实时镜头垂直角度；P为标签点在三维球面极坐标系下的水平角度；T为标签点在三维球面极坐标系下的垂直角度；V为摄像机改变状态前实时水平视场角；ΔP为差量表示；R为球面半径，且这里需要说明的是，原Δx和Δy的获取：比如要在屏幕位置上添加标签，用户一点击，这个位置的二维坐标就可以知道了，举例比如在视频画面的(300，400)的坐标上添加标签，放到1920X1080这个分辨率下，离中心的位置就可以算了，也就可以确定出Δx和Δy。所述摄像机改变状态后实时水平视场角V或所述摄像机改变状态前实时水平视场角V是通过摄像机的zoom电机控制改变获取的。所述摄像机改变状态后实时水平视场角V或所述摄像机改变状态前实时水平视场角V获取的具体过程：在摄像机镜头倍率变化过程中，实时获取zoom电机控制的镜头组位置，且位置值和镜头视场角有一一对应的关系。与现有技术相比，本专利技术具有的有益效果为：增强现实的摄像机能够实现虚拟标签添加功能，且在摄像机转动和镜头焦距变化的情况下，虚拟标签能够实时跟随标注物移动，定位准确。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为本专利技术系统建模图；图3为本专利技术二维坐标系示意图；图4为本专利技术镜头倍率与电机位置的关系对应表；图5为增加现实摄像机未改变状态前添加标签效果图；图6为增加现实摄像机改变状态后标签实时更新效果图；图7为本专利技术电机焦距位置与水平视场角对应表；图8为本专利技术电机焦距位置与水平视场角对应图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例如图1所示，本专利技术增强现实摄像机采用增强现实球机，为了实现虚拟坐标实时跟随标注物，采用了增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，其包括添加保存标签过程和实时更新标签坐标过程，本专利技术具备条件如下：能够实时获取的高精度云台俯仰角(精确到0.01°)；能够实时获取的镜头视场角(水平视场角V)；经过归一化的云台俯仰角坐标，(P,T)＝(0,0)时为水平正北方向。如图2所示，O为三维极坐标圆心，也就是球机机芯镜头位置；射线OI为镜头指向，浅灰色矩形平面fov为镜头所看到的视场范围，其与OI垂直，MN和AB分别是fov的水平和垂直中间线；深灰色矩形fov’为矩形fov在水平面XOY上的投影。E点为二维视频画面上待换算的目标点，Δx和Δy为E在二维画面上到画面中心I的水平和垂直坐标偏移(单位：像素)。E’和I’分别为E和I在水平面上的投影。x轴为水平航向角(Pan)和垂直倾角(Tilt)都为0°的方向，射线OI也就是当前镜头指向的极坐标设为(p,t)。Δx和Δy，也就是离画面中心的水平和垂直偏移。可以实时获得的数据有：∠XOI’(也就是球机镜头极坐标p)和∠IOI’(也就是球机镜头极坐标t)；视场角∠MON和MN与AB的比值(如果是1080P的视频分辨率，比值就是16:9)；如图3所示，添加保存标签过程：当需要在视频画面增加一个新标签点时，点击视频画面上一点，可以得到这个点和画面中心点的偏移Δx和Δy；同时还知道当前球机云台的三个维度参数：p(水平角度)、t(垂直角度)、V(视场角)。那么可以通过2D-3D公式，换算出这个点在球面坐标下的坐标(P,T)。其过程如下：根据以上说明可以知道需要求得的是∠XOE’和∠EOE’，也就E点的球面极坐标E(P,T)。设P为∠XOE’的角度，ΔP为∠E’OI’的角度，T为∠EOE’的角度，球面半径为R，V为水平视场角∠MON，二维视频画面fov为分辨率W×H的平面。那么有：P＝p+ΔP而2D-3D转换公式如下：实时更新标签坐标过程：当在画面中显示标签时，将所有标签的(P,T)坐标取出，结合球机云台的三个维度参数p、t、V，使用3D-2D公式和P＝p+ΔP，就可得出每个标签在画面中距离中心点的像素坐标Δx和Δy。这样，当球机转动或镜头变倍时，实时更新了p、t、V，从而所有标签换算出来的直角坐标都同步改变了，从而实现标签始终紧贴被标注物的效果。如图4所示，为本专利技术选择一机芯的放大倍率和电机位置的关系对应表，所述摄像机改变状态后实时水平视场角V或所述摄像机改变状态前实时水平视场角V是通过摄像机的zoom电机控制改变获取的，具体过程：在摄像机镜头倍率变化过程中，实时获取zoom电机控制的镜头组位置，且位置值和镜头视场角有一一对应的关系。也即通过焦距本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，其特征在于，包括实时更新标签坐标过程，其过程如下：当增强现实摄像机转动或镜头变倍时，通过摄像机三个维度参数p、t、V的实时更新与原标签点的三维坐标（P，T），采用3D‑2D公式和公式P=p+ΔP计算出原标签点在二维视频画面的新二维坐标（Δx，Δy），从而在二维视频画面实现虚拟标签点实时跟随标注物，其中：p为摄像机改变状态后实时镜头水平角度；t为摄像机改变状态后实时镜头垂直角度；V为摄像机改变状态后实时水平视场角；P为标签点在三维球面极坐标系下的水平角度；T为标签点在三维球面极坐标系下的垂直角度；二维视频画面为分辨率为W×H的平面；Δx和Δy分别为增强现实摄像机转动或镜头变倍后标签点离二维画面中心新的水平偏移和垂直偏移；R为球面半径，且。

【技术特征摘要】
1.一种增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，其特征在于，包括实时更新标签坐标过程，其过程如下：当增强现实摄像机转动或镜头变倍时，通过摄像机三个维度参数p、t、V的实时更新与原标签点的三维坐标(P，T)，采用3D-2D公式和公式P＝p+ΔP计算出原标签点在二维视频画面的新二维坐标(Δx，Δy)，从而在二维视频画面实现虚拟标签点实时跟随标注物，其中：p为摄像机改变状态后实时镜头水平角度；t为摄像机改变状态后实时镜头垂直角度；V为摄像机改变状态后实时水平视场角；P为标签点在三维球面极坐标系下的水平角度；T为标签点在三维球面极坐标系下的垂直角度；二维视频画面为分辨率为W×H的平面；Δx和Δy分别为增强现实摄像机转动或镜头变倍后标签点离二维画面中心新的水平偏移和垂直偏移；R为球面半径，且ΔP为差量表示。2.根据权利要求1所述的增强现实摄像机虚拟标签实时高精度定位方法，其特征在于，在实时更新标签坐标过程前还进行了添加保存标签过程，其过程如下：所述原标签点三维坐标(P，T)是增强现实摄像机转动或镜头变倍前在原二维视频画面中通过2D-3D公式和公式P＝p+ΔP获取的，其中：p为摄像机改变状态前实时镜头水平角度；t为摄像机改变状态前实时镜头垂直角度；P为标签点在三维球面...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞翔，罗中亮，胡颖，李江明，张永涛，刘玉姣，覃学松，毛亮，王胜，刘新波，汪刚，黄振江，刘双广，
申请(专利权)人：高新兴科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44