一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法技术

本发明专利技术公开一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法，包括：

【技术实现步骤摘要】
一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法


[0001]本专利技术属于监控摄像
，具体涉及一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法。

技术介绍

[0002]塔基球型摄像头是一种搭建在塔基上的视频输入设备，通常与人工智能技术结合，定期采集周边范围的图像数据，通过目标检测技术识别场景中疑似目标，及时预警，再推送至相关部门处置，广泛应用于城市消防、森林防火、自然资源保护监管等领域。但由于塔基球型摄像头在实际应用中常受到自身焦距、姿态等内部因素和遮蔽物、地形等外部因素的影响，其监控范围覆盖不足、目标可识别范围半径有限。目前常规拍摄方案以要素可识别或拍摄范围全覆盖作为单一因素考虑，设置拍摄方案的PTZ值时具有一定的主观性，因而往往无法同时满足监控区域覆盖范围与要素可识别范围半径的需求。
[0003]专利技术目的：
[0004]技术方案：本专利技术的一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法，包括如下步骤：
[0005]步骤1、计算靶向检测目标的理论像素量：基于塔基球型摄像机的硬件参数，预设拍摄姿态，计算靶向检测目标在地面不同位置(X
i
,Y
j
)的成像尺寸，并通过照片分辨率，将目标成像的长度单位转化为像素单位，确定目标在照片中所占的理论像素量。
[0006]步骤2、计算球型摄像头可识别距离：基于人工智能识别机器的视觉检测能力预设机器可识别的最小分辨率，以该分辨率为阈值，从近到远调整靶向检测目标距离摄像机的距离，通过计算比较理论像素量与上述阈值的大小关系，不断迭代优化照片可识别距离，直至获取当前焦距下摄像头的最远可识别距离。
[0007]步骤3、计算当前可识别距离条件下的球型摄像机最优拍摄焦距：固定摄像头垂直视场角下沿角度，通过调节摄像头焦距，不断迭代优化摄像头在当前焦距下的实际可识别范围半径，直至获取当前最佳拍摄焦距。
[0008]步骤4、单次环状覆盖拍摄方案计算：依据塔基球型摄像机的感光芯片等硬件参数与当前焦距，计算当前摄像机的水平视场角，依据拍摄要求确定照片水平重叠区域角度(或长度)，获取当前拍摄轮次的环状覆盖拍摄方案。
[0009]步骤5、迭代优化拍摄方案：通过迭代计算单一轮次最优摄像机姿态、拍摄次数、单次拍摄水平角度、拍摄区域范围、照片可识别区域范围等，实现单一轮次的拍摄方案(即一组有效PTZ值)输出与可识别范围半径展示。计算当前总体摄像头拍摄方案是否满足摄像头拍摄最优，若不是，则新增拍摄轮次。若是，对各轮次的拍摄方案进行拼接输出，最终形成摄像机完整拍摄方案和可视化模型。
[0010]本专利技术基于塔基球型摄像机成像原理与机器视觉检测能力，采用迭代优化方法获取一组高空间覆盖的拍摄PTZ值，实现了塔基球型摄像头的监控范围高度覆盖及靶向检测目标的高识别率，优化图像采集方式，改进了传统塔基球型摄像头拍摄方案中，因设置拍摄
方案的PTZ值的随意性、主观性而导致的“拍摄照片的有效空间覆盖范围低、单张照片中靶向检测目标的像素量不足、冗余拍摄照片数量大”的缺陷，从而实现“提高拍摄空间覆盖范围、提高单张照片的靶向检测目标有效识别像素量、减少冗余拍摄量”。
[0011]进一步的，所述步骤1中，输入塔基球型摄像机的硬件参数，即感光元件尺寸a
×
b、单倍焦距长度f、塔高h、照片分辨率M
×
N、目标可识别最小分辨率P
min
、靶向检测目标实际尺寸D
×
D
×
D。输入所需监控范围L
min
‑
L
max
。预设初始拍摄方案，包括焦距倍率Z、拍摄俯仰角T，令目标初始位置(即在Y轴上与摄像头的距离)L＝L
min
，令原摄像机可识别范围半径ΔL
′
＝0。为方便计算，将球型摄像机成像过程简化为理想的小孔成像模型，将目标成像简化为d(mm)
×
d(mm)的尺寸，最后将长度单位转换成像素数量，如图3。具体步骤如下：
[0012](1.1)为方便计算，将靶向检测目标投影至与感光元件平行的投影平面l。依据小孔成像原理，可推理摄像机焦距长度f(mm)与镜头到平面l的距离F(m)的比值和目标在感光元件(CCD/CMOS)的成像尺寸d(mm)与目标在平面l的投影尺寸D
′
(m)的比值相等，即
[0013][0014](1.2)根据靶向检测目标与投影平面l的角度关系，计算目标在投影平面l的投影尺寸D
′
(m)，即：
[0015][0016]其中，α1代表摄像头观测目标时视线下沿与竖直方向的夹角。
[0017](1.3)依据角度关系，可计算镜头到平面l的距离F(m)，即：
[0018][0019]其中，α2代表摄像头观测目标时视线上沿与竖直方向的夹角。
[0020](1.4)将公式(2)、(3)带入比例关系(1)，可计算目标在感光元件(CCD/CMOS)的成像尺寸d(mm)，即
[0021][0022](1.5)根据感光元件尺寸与照片横向/纵向分辨率的比例关系，实现目标成像尺寸从长度单位向像素的转变，得到目标在照片中所占像元总量为m
×
n，即：
[0023][0024]其中，m、n分别为目标在照片横纵向所占的像元数量，记此时的靶向检测目标所占像元数P
(Xi,Yi)
＝m
×
n。
[0025]进一步的，所述步骤2中，基于人工智能识别机器的视觉检测能力，可知机器可识别靶向检测目标的最小分辨率P
min
，以分辨率P
min
为阈值，计算并比较当目标位于(X
i
,Y
j
)时，其成像所占像素量P
(Xi,Yj)
与P
min
的关系，当P
(Xi,Yj)
>P
min
时，调整目标实际位置，使其在Y轴上远离摄像头，记j＝j+1，重复步骤1，直至P
(Xi,Yj)
≤P
min
，记录此时目标在Y轴方向距离摄像头
的实际距离L，L为当前焦距下摄像头的最远可识别距离。
[0026]进一步的，所述步骤3中，根据摄像头可识别距离L及计算过程中摄像机的焦距倍率Z，计算摄像机当前可识别范围半径(h代表塔基高度)，为使摄像机实际可识别范围半径ΔL最大化，固定摄像机拍摄视线下沿，通过调节摄像头焦距倍率Z，对比当前可识别范围半径ΔL与原可识别范围半径ΔL
′
的大小，若ΔL≥ΔL
′
，则记录或更新此轮拍摄方案，调节优化摄像头焦距倍率，用ΔL更新ΔL
′
，返回步骤1，计算ΔL，重复上述步骤，直至ΔL<ΔL
′
，记录原可识别范围半径ΔL
′
时的焦距倍率为本轮拍摄最佳焦距倍率。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法，其特征在于：该发明可以精确计算靶向检测目标在拍摄画面中所占理论像素量，基于塔基球型摄像机的特性与人工智能识别机器的视觉系统，判断任意姿态(包含塔基球型摄像头P:水平)下的拍摄画面中可识别区域的比例，从而计算获取一组高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄PTZ值，实现区域监控全覆盖、要素全识别。包括如下步骤：步骤1、计算靶向检测目标的理论像素量：基于塔基球型摄像机的硬件参数，预设拍摄姿态，计算靶向检测目标在地面不同位置(X
i
,Y
j
)的成像尺寸，并通过照片分辨率，将目标成像的长度单位转化为像素单位，确定目标在照片中所占的理论像素量。步骤2、计算球型摄像头可识别距离：基于人工智能识别机器的视觉检测能力预设机器可识别的最小分辨率，以该分辨率为阈值，从近到远调整靶向检测目标距离摄像机的距离，通过计算比较理论像素量与上述阈值的大小关系，不断迭代优化照片可识别距离，直至获取当前焦距下摄像头的最远可识别距离。步骤3、计算当前可识别距离条件下的球型摄像机最优拍摄焦距：固定摄像头垂直视场角下沿角度，通过调节摄像头焦距，不断迭代优化摄像头在当前焦距下的实际可识别范围半径，直至获取当前最佳拍摄焦距。步骤4、单次环状覆盖拍摄方案计算：依据塔基球型摄像机的感光芯片等硬件参数与当前焦距，计算当前摄像机的水平视场角，依据拍摄要求确定照片水平重叠区域角度(或长度)，获取当前拍摄轮次的环状覆盖拍摄方案。步骤5、迭代优化拍摄方案：通过迭代计算单一轮次最优摄像机姿态、拍摄次数、单次拍摄水平角度、拍摄区域范围、照片可识别区域范围等，实现单一轮次的拍摄方案(即一组有效PTZ值)输出与可识别范围半径展示。计算当前总体摄像头拍摄方案是否满足摄像头拍摄最优，若不是，则新增拍摄轮次。若是，对各轮次的拍摄方案进行拼接输出，最终形成摄像机完整拍摄方案和可视化模型。2.根据权利要求1所述的高空间覆盖范围的塔基球型摄像机拍摄方法，其特征在于：所述步骤1中，输入塔基球型摄像机的硬件参数，即感光元件尺寸a
×
b、单倍焦距长度f、塔高h、照片分辨率M
×
N、目标可识别最小分辨率P
min
、靶向检测目标实际尺寸D
×
D
×
D。输入所需监控范围L
min
‑
L
max
。预设初始拍摄方案，包括焦距倍率Z、拍摄俯仰角T，令目标初始位置(即在Y轴上与摄像头的距离)L＝L
min
，令原摄像机可识别范围半径ΔL
′
＝0。为方便计算，将球型摄像机成像过程简化为理想的小孔成像模型，将目标成像简化为d(mm)
×
d(mm)的尺寸，最后将长度单位转换成像素数量，如图3。具体步骤如下：(2.1)为方便计算，将靶向检测目标投影至与感光元件平行的投影平面l。依据小孔成像原理，可推理摄像机焦距长度f(mm)与镜头到平面l的距离F(m)的比值和目标在感光元件(CCD/CMOS)的成像尺寸d(mm)与目标在平面l的投影尺寸D
′
(m)的比值相等，即(2.2)根据靶向检测目标与投影平面l的角度关系，计算目标在投影平面l的投影尺寸D
′
(m)，即：
其中，α1代表摄像头观测目标时视线下沿与竖直方向的夹角...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐年锋，阮婧，殷海军，
申请(专利权)人：南京国图信息产业有限公司，
类型：发明
国别省市：