CN107679015B - 一种基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，该方法模拟云台摄像机在某个安装位置、安装高度条件下，根据云台水平角、俯仰角、摄像机水平视场角、俯仰视场角、最大可视距离等数据计算摄像机可视范围并在三维地图中进行显示。该方法基于三维电子地图，能够更加直观立体的表现出摄像机的位置、海拔、安装高度等信息，更适合进行摄像机监控区域的仿真。
Description
技术领域
本发明涉及一种模拟摄像机监控范围的方法，具体是一种基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，属于视频监控及地理信息空间分析领域。
背景技术
当前在视频监控行业中，基于电子地图的摄像机视频监控应用已经较为广泛，在电子地图中能够直观的查看到摄像机所处的位置，同时，结合云台数据对摄像机的监控范围进行仿真，提高了用户使用体验。
基于二维电子地图的视频监控由于存在二维地图无法显示地形海拔问题，因此不能准确的模拟视频监控范围；而基于三维电子地图的视频监控能够更加直观立体的表现出摄像机的位置、海拔、安装高度等信息，因此更适合进行摄像机监控区域的仿真。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于三维地图的摄像机实时监控范围仿真方法， 模拟摄像机在摸个安装位置、安装高度条件下，计算摄像机最大可视范围并在三维地图中进行显示。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于三维地图的摄像机实时监控范围仿真方法，包括以下步骤：S01)、获取摄像机位置点的地理坐标，然后在三维电子地图中将地理坐标转换为投影坐标；
S02）、实时获取摄像机云台的水平角度和俯仰角度，摄像机的水平视场角和垂直视场角，其中云台的水平角度和俯仰角度与云台实时位置保持一致，摄像机水平视场角和垂直视场角随摄像机的变倍发生变化；
S03）、根据云台角度和摄像机视场角计算最大监控范围的边界线相对于云台零点的角度，进一步计算边界线的单位向量；
S04）、计算最大监控范围边界线的向量值，最大监控范围边界线的向量值为单位向量与摄像机最大可视距离的乘积；
S05）、根据摄像机位置与边界线向量值，计算最大监控范围边界点坐标，最大监控范围边界点坐标为摄像机位置点与边界向量值之和；
S06）、由摄像机位置、最大边界点位置绘制得出摄像机的实时最大监控范围。
进一步的，步骤S03中，设摄像机最大监控范围的边界点为A1，A2，A3，A4，摄像机位置为原点O，最大监控范围的边界线OA1、OA2、OA3、OA4相对于云台零点的角度分别为（H-β/2，P+α/2）、（H+β/2，P+α/2）、（H+β/2 ，P-α/2）、（H-β/2，P-α/2）；
则边界线
的单位向量分别为：
其中H为云台的实时水平角度，P为云台的实时俯仰角度，β为摄像机的水平视场角，α为摄像机的垂直视场角。
进一步的，步骤S04中，设定摄像机的最大可视距离为S，则最大监控范围边界线的向量值分别为：
本发明所述基于三维地图的摄像机实时监控范围仿真方法，步骤S01中，获取摄像机的地理坐标为（lon，lat，h），其中lon表示经度，单位为度，lat表示纬度，单位为度，h表示海拔高度，单位为米，转换后的投影坐标为（cordx,，cordy，h），单位为米。
进一步的，摄像机最大监控范围的边界点A1，A2，A3，A4的坐标分别为：
本发明所述基于三维地图的摄像机实时监控范围仿真方法，云台水平角H为云台方向与地理正北方向之间的夹角，取值范围为[0-360)度，云台方向为地理正北方向时为0度；云台俯仰角P为云台方向与水平面之间的夹角，云台上仰时取值为正，云台下俯时取值为负，云台处于水平位置时，P为0度。
本发明所述基于三维地图的摄像机实时监控范围仿真方法，步骤S06中得到的摄像机最大监控范围为等腰四棱锥形。
本发明的有益效果：本发明所述基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法模拟云台摄像机在某个安装位置、安装高度条件下，根据云台水平角、俯仰角、摄像机水平视场角、俯仰视场角、最大可视距离计算出摄像机最大可视范围并在三维地图中进行显示，能够更加直观立体的表现出摄像机的位置、海拔、安装高度等信息，更适合进行摄像机监控区域的仿真。
附图说明
图1为云台摄像机水平角度和俯仰角度的示意图；
图2为摄像机的水平视场角和垂直视场角的示意图；
图3为摄像机最大监控范围的示意图；
图中：1、云台摄像机，H为摄像机云台水平角，P为云台俯仰角，β为摄像机水平视场角，α为摄像机垂直视场角，A1、A2、A3、A4为摄像机最大监控区域的边界点，O为云台摄像机的位置点，也是原点。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
一种基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，包括以下步骤：
S01）、获取云台摄像机位置点地理坐标，并记为（lon，lat，h），其中，lon代表纬度，lat代表经度，h代表海拔高度，经度和纬度的单位为度，海拔高度的单位为米；在电子地图中转换地理坐标为投影坐标（cordx， cordy，h）；将地理坐标转换为投影坐标已是现有技术，一般电子地图即可实现，本实施例中不再对转换过程进行描述。
S02）、获取云台水平、俯仰角度信息。如图1所示，其中H为摄像机云台水平角，P为云台俯仰角；云台水平角为云台方向与地理正北方向之间的夹角，取值范围为[0-360)度，默认地理正北方向为0度；云台俯仰角为云台方向与水平面之间的夹角，云台上仰时取值为正，云台下俯时取值为负，处于水平位置时，取值0。
获取摄像机水平、垂直视场角。如图2所示，摄像机水平视场角为β，垂直视场角为α。
S03）、根据云台角度和摄像机视场角计算最大监控范围的边界线相对于云台零点的角度，进一步计算边界线的单位向量；如图3所示，CCD图像传感器为矩形，因此摄像机的最大视频监控区域的边界点为4个点，并且能够组成一个矩形，最大监控区域边界端点设为A1，A2，A3，A4，O点即为云台摄像机位置点，则OA1，OA2，OA3，OA4四个方向相对于云台零位的角度分别为：
（H-β/2 ，P+α/2）,（H+β/2，P+α/2），（H+β/2 ，P-α/2）, （H-β/2 ，P-α/2）。
设定云台摄像机的位置O为原点，计算
的单位向量分别为
S04）、设定摄像机最大可视距离s，最大监控范围边界线的向量值即的向量值分别为
S05）、O点即为云台摄像机位置点，其投影坐标为（lon,lat,h），A1、A2、A3、A4四点坐标为别为：
S06）、由摄像机位置、最大边界点位置绘制得出摄像机的实时最大监控范围，如图3所示，本实施例中在三维地图中创建四棱锥O-A1A2A3A4就是摄像机的实时最大监控范围。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本实施例做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：包括以下步骤：
S01)、获取摄像机位置点的地理坐标，然后在三维电子地图中将地理坐标转换为投影坐标；
S02)、实时获取摄像机云台的水平角度和俯仰角度，摄像机的水平视场角和垂直视场角，其中云台的水平角度和俯仰角度与云台实时位置保持一致，摄像机水平视场角和垂直视场角随摄像机的变倍发生变化；
S03)、根据云台角度和摄像机视场角计算最大监控范围的边界线相对于云台零点的角度，进一步计算边界线的单位向量；
S04)、计算最大监控范围边界线的向量值，最大监控范围边界线的向量值为单位向量与摄像机最大可视距离的乘积；
S05)、根据摄像机位置与边界线向量值，计算最大监控范围边界点坐标，最大监控范围边界点坐标为摄像机位置点与边界向量值之和；
S06)、由摄像机位置、最大边界点位置绘制得出摄像机的实时最大监控范围；
步骤S03中，设摄像机最大监控范围的边界点为A1，A2，A3，A4，摄像机位置为原点O，最大监控范围的边界线OA1、OA2、OA3、OA4相对于云台零点的角度分别为(H-β/2，P+α/2)、(H+β/2，P+α/2)、(H+β/2，P-α/2)、(H-β/2，P-α/2)；
则边界线
的单位向量分别为：
其中H为云台的实时水平角度，P为云台的实时俯仰角度，β为摄像机的水平视场角，α为摄像机的垂直视场角。
2.根据权利要求1所述的基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：步骤S04中，设定摄像机的最大可视距离为s，则最大监控范围边界线的向量值分别为：
3.根据权利要求2所述的基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：步骤S01中，获取摄像机的地理坐标为(lon，lat，h)，其中lon表示经度，单位为度，lat表示纬度，单位为度，h表示海拔高度，单位为米，转换后的投影坐标为(cordx，cordy，h)，单位为米，cordx表示经度转换后的投影坐标，cordy表示纬度转换后的投影坐标，h表示高度转换后的投影转标，与摄像机的地理坐标中的海拔高度含义相同。
4.根据权利要求3所述的基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：摄像机最大监控范围的边界点A1，A2，A3，A4的坐标分别为：
5.根据权利要求1所述的基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：云台的实时水平角度H为云台方向与地理正北方向之间的夹角，取值范围为[0-360)度，云台方向为地理正北方向时为0度；云台的实时俯仰角度P为云台方向与水平面之间的夹角，云台上仰时取值为正，云台下俯时取值为负，云台处于水平位置时，P为0度。
6.根据权利要求1所述的基于三维地图的云台摄像机实时监控范围仿真方法，其特征在于：步骤S06中得到的摄像机最大监控范围为四棱锥形。
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