CN105388923A - 一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法及系统，通过对监控系统中的各个球机进行参数预配置，使得在实际应用中，当监控系统的控制系统发送同一个速度控制参数时，匹配预配置得到的各球机的实际速度控制参数并以该实际速度控制参数来控制该球机，控制各球机以同样的转速运动，使得云台切换时监控系统采集的图像画面变化较为平缓，以此获得较好的用户体验。尤其是在使用专业键盘控制球机时，用户能够得到较好的控制体验。

Description

一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法及系统

技术领域

本发明属于安全防范监控领域，涉及一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法及系统。

背景技术

球机(即球型摄像机)是监控领域中最普遍的监控前端设备之一，球机包括云台和摄像机，其通过云台的转动控制摄像机的监控方向，并通过控制球机的变倍级数来控制摄像机的转速(这里指角速度)，变倍级数越高，摄像机的转速越慢。云台作为控制摄像机转动方向的重要部件，其转动速度是衡量云台档次高低的重要指标。

在一个大型监控系统中，往往会使用到各个品牌的摄像机，但各个厂商球机所采用的零固件、工艺、软件各不不同，会导致各个球机的转速参数也不同。然而，即使是同一个品牌厂家，不同款型的摄像机在转速上也存在差异。因此，在对不同球机来回控制切换时，球机的操控效果非常不好，用户无法使用同一个速度参数控制各个球机以相同的转速运动，不同球机转速适配的问题亟待解决。

目前大多数监控平台的云台转动速度都是可调整的，在控制不同球机时，可手动调节云台的转动速得到需要的云台转速，但对应同一个速度控制参数，不同球机的真实转速是不同的。为了使得不同球机能够以相同的速度转动，在切换球机时，需要手动去配置各个球机的速度控制参数，这对非固定速度的控制比较困难，如专业云台控制键盘。专业云台控制键盘的转速是根据键盘遥杆摆动幅度设定的，对于转速较慢的球机，方向控制时遥杆摆动幅度要大，对于转速较快的球机，方向控制时遥杆摆动幅度要小，用户需要不断调整遥杆的幅度来控制球机的转速，以此来获取一个较好的控制效果。这种对键盘操作的变化，需要用户不断熟悉，才能较好的控制，不仅牺牲用户使用体验，使用上也非常不方便。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法及系统。

本发明的目的是这样实现的：一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法，包括如下步骤：

预设云台转速级别对应的预期转速范围；

控制系统发送不同的速度控制参数给球机，预转该球机中的云台，获取该云台的实际转速，当云台实际转速在预期转速范围内，将该实际转速对应的速度控制参数和预期转速范围一一对应地保存到该球机控制模块中，实现球机输出预期转速的速度控制参数的预配置；

控制系统发送相同的速度控制参数给各球机，各球机控制模块匹配预期转速范围对应的各球机速度控制参数并发送给相应的球机，控制各球机输出相同的转速。

进一步地，所述速度控制参数为云台转速级别。

进一步地，一一对应地保存云台实际转速对应的速度控制参数和预期转速范围包括如下步骤：

步骤Ⅰ，获取当前球机的云台转速级别范围值1～M，M为正整数，且M≤N，N为系统预设云台转速级别的最大值；

步骤Ⅱ，控制系统配置当前球机的云台转速级别为Ni，Ni为正整数，1≤Ni≤M，云台转速级别为Ni时，球机的预期转速范围是P_Ni～P_NiNi，P_NiNi>P_Ni，控制系统计算得到当前球机的云台适配转速级别M1并发送至当前球机：

M1＝Ni×(M/N)；

步骤Ⅲ，通过转动当前球机的云台获得当前球机的角速度Q1；

步骤Ⅳ，将角速度Q1与预期转速范围进行比对，当P_Ni≤Q1≤P_NiNi时，控制系统将转速级别M1保存到当前球机的控制模块中；反之，进入步骤Ⅴ；

步骤Ⅴ，控制系统第n次计算当前球机的云台适配转速级别Mn，n为正整数且n≥2，Mn的计算公式为：

Mn＝Mn-1+((P_Ni+P_NiNi)/2-Qn-1)×(M1/Q1+M2/Q2+….+Mn-1/Qn-1)/n-1，

式中，Mn、Mn-1、…、M2、M1分别表示控制系统第n次、第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机云台适配转速级别，Qn-1、…、Q2、Q1分别表示控制系统第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机的角速度，重复步骤Ⅲ和步骤Ⅳ。

进一步地，所述步骤Ⅲ采用图像匹配算法计算球机的角速度Q1。

进一步地，所述图像匹配算法的具体步骤为：

a.采集当前球机云台转动前的初始图像，将图像缩小到8×8的尺寸，总共64个像素，同时，简化图像色彩，将缩小后图像转为64级灰度，将第i行第j列的像素灰度值记为S_ij，获得一个8×8的矩阵列表S，S＝S_ij，i、j均为正整数，1≤i≤8，1≤j≤8；

b.计算简化色彩后的图像像素灰度的平均灰度值V1；

c.建立一个8×8的特征矩阵S1，S1＝S1_ij，S1_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值，将图像像素灰度值S_ij与平均灰度值V1进行比较，S_ij≥V1时，S1_ij＝1；反之，S1_ij＝0；

d.转动当前球机的云台并采集图像，记录采集到每帧图像时云台的转动时间t’，并对采集的图像重复步骤a-c，得到当前图像的特征矩阵S’＝S’_ij，S’_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值；

e.将当前球机采集的图像的特征矩阵S’和云台转动前初始图像的矩阵S1的每个元素数值一一对应进行对比，统计出矩阵数值相同时的数量St；

f.对当前球机的云台转动k圈获取的每帧图片均进行步骤a-e的处理，得到St最大的图像即为球机转动k圈时的图像，球机的角速度Q1：

Q1＝k×π/t；

式中，t为St最大时的图像对应的云台转动时间，k为正整数且k≥1。

进一步地，所述步骤Ⅲ获得当前球机的角速度Q1步骤为：

云台转动前，获取云台的水平偏移角度L1，转动一定时间T后，云台停止，再次获取云台的水平偏移角度L2，得到当前球机的转动角速度Q1：

Q1＝(L2-L1)/T。

进一步地，所述水平偏移角度由角度传感器检测，角度传感器将该水平位移角度发送至控制系统。

利用本发明的方法，本发明另外提供了一种控制不同球机输出相同转速的预配置系统，包括控制系统、多个球机和多个球机控制模块，所述球机与所述球机控制模块一一对应，其特征在于，所述控制系统预设云台转速级别对应的预期转速范围，并发送相同的云台转速级别给不同的球机，各球机控制模块分别匹配预期转速范围对应的各球机的云台转速级别并发送给相应的球机，控制各球机输出相同的转速；

所述球机的控制模块包括：

预转球机云台获取云台实际转速的云台预转模块；

将云台实际转速与预期转速范围作比较，获取实际转速在预期转速范围内对应的云台转速级别的比较模块；

用于将实际转速对应的云台转速级别和预期转速范围一一对应地存储的参数存储模块。

本发明的有益效果：本发明通过对监控系统中的各个球机进行参数预配置，使得在实际应用中，当监控系统的控制系统发送同一个速度控制参数时，匹配预配置得到的各球机的实际速度控制参数并以该实际速度控制参数来控制该球机，控制各球机以同样的转速运动，使得云台切换时监控系统采集的图像画面变化较为平缓，以此获得较好的用户体验。尤其是在使用专业键盘控制球机时，用户能够得到较好的控制体验。

通过迭代的方式对各球机云台实际转速在预期转速范围内对应的速度控制参数并保存，实现球机的参数预配置，计算简单，方便在实际应用中对各球机预配置的参数进行调用。另外，根据图像匹配算法计算球机转动的角速度，能提高系统的运行速度和精度，对球机的转动角速度进行准确的控制。此外，还可以通过获取球机中云台的水平偏移角度的变化来计算球机的转动角速度，进一步简化计算方式。

附图说明

图1为本发明实施例监控系统的结构示意图；

图2为本发明实施例云台预配置的示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

本发明的一种控制不同球机输出相同转速的预配置系统，参见图1，本实施例包括多个球机和多个球机控制模块，球机与球机控制模块一一对应，多个球机控制模块通过一个控制系统控制。球机包括摄像机和控制摄像机转动的云台，云台可选择固定云台或电动云台，云台通过水平驱动电机的驱动实现水平方向的转动，通过垂直驱动电机的驱动实现垂直方向的转动，进而带动摄像机朝着不同的方向转动。通常，球机转速(本实施方式中转速为角速度)指的是球机在1级变倍下的转速，且球机的变倍级数越高，球机的转速越慢。为了方便对对比，本实施例在对多个球机进行转速适配预配置前，所有球机均位于1级变倍下。

球机控制模块包括云台预转模块、比较模块和参数存储模块。其中，云台预转模块用于预转球机云台获取云台实际转速，比较模块将云台实际转速与预期转速范围作比较，获取实际转速在预期转速范围内对应的云台速度控制参数，在本实施例中，云台的速度控制参数为云台转速级别，参数存储模块用于将实际转速对应的云台转速级别和预期转速范围一一对应地存储的。

在监控系统中，控制系统发送一个相同的云台转速级别给多个球机时，如果不对监控系统中的各个球机进行预配置，各个球机可能输出不同的转速，用户体验差，为了解决当控制系统发送同一个云台转速级别给多个球机时，多个球机转速相同的问题，本发明的一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法，具体包括：

步骤一，预设云台转速级别对应的预期转速范围，如表1所示：

表1

系统云台转速级别	转速范围(rad/s)
		1	P1～P11
2	P2～P22
		…	…
Ni	PNi～PNiNi
		……	……
N	PN～PNN

表1中，Ni、N均为正整数，N表示预设系统云台转速级别的最大值，1≤Ni≤N，P₁，P₁₁；P₂，P₂₂；…；P_Ni，P_NiNi；…；P_N，P_NN均为正数，且P₁₁>P₁，P₂₂>P₂，…，P_NiNi>P_Ni，…，P_NN>P_N。当控制系统设定一个统一的云台转速级别Ni发送给球机1到球机n，球机1到球机n输出转速的预期转速范围为：P_Ni～P_NiNi。

步骤二，控制系统发送不同的云台转速级别给球机，预转该球机中的云台，获取该云台的实际转速，当云台实际转速在预期转速范围内，将该实际转速对应的云台转速级别和预期转速范围一一对应地保存到该球机控制模块中，实现球机输出预期转速的速度控制参数的预配置。

参见图2，此步骤中通过预转获得云台实际转速的过程为：

步骤Ⅰ，获取当前球机云台的转速级别范围值1～M，M为正整数，且M≤N。当前实施例中的球机云台转速级别是1～256。

步骤Ⅱ，控制系统配置当前球机的云台转速级别为Ni，Ni为正整数，且Ni≤M。控制系统通过计算得到当前球机的云台适配转速级别M1并发送至该球机，云台适配的转速级别M1的计算公式为：

M1＝Ni×(M/N)。

当计算获得的M1不是整数时，通过四舍五入的方式对M1进行取整。

步骤Ⅲ，通过云台预转获取当前球机的转动角速度Q1。

本实施例采用图像匹配算法获取当前球机的云台在水平方向上转动k圈，k为正整数且k≥1，即云台转动k×360°时的球机转动角速度Q1，其中，图像匹配算法采用感知哈希算法或特征区域匹配算法，当前实施例采用感知哈希算法来计算各球机的角速度Q1，具体步骤为：

a.采集当前球机云台转动前的初始图像，将图像缩小到8×8的尺寸，总共64个像素，这样做是为了摒弃不同尺寸、比例的图像带来的图像差异，方便后续计算。同时，简化图像色彩，将缩小后图像转为64级灰度，即所有像素点总共只有64种颜色。将第i行第j列的像素灰度值记为S_ij，获得一个8×8的矩阵列表S，S＝S_ij，i，j均为正整数，1≤i≤8，1≤j≤8。

b.计算简化色彩后的图像像素灰度的平均灰度值V1。

c.建立一个8×8的特征矩阵S1，S1＝S1_ij，S1_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值，i，j均为正整数，1≤i≤8，1≤j≤8。将简化色彩后的图像像素灰度值S_ij与平均灰度值V1进行比较，S_ij≥V1时，S1_ij＝1；反之，S1_ij＝0，获取一个8×8的特征矩阵S1。

d.转动当前球机的云台并采集图像，记录采集到每帧图像时云台的转动时间t’，并对采集的图像重复步骤a-c，得到当前图像的特征矩阵S’＝S’_ij，S’_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值，i，j均为正整数，1≤i≤8，1≤j≤8。

e.将当前球机采集的图像的特征矩阵S’和云台转动前初始图像的矩阵S1的每个元素数值一一对应进行对比，统计出矩阵数值相同时的数量St。

f.对当前球机的云台转动k圈获取的每帧图片均进行步骤a-e的处理，得到St最大的图像即为球机转动k圈时的图像，球机输出角速度Q1：

Q1＝k×π/t；

式中，t为St最大时的图像对应的云台转动时间。

在本实施例中，当前球机的云台在水平方向上转动360°，采集多帧图像，进行处理计算出球机转动角速度Q1。

本发明对步骤Ⅲ的获取球机转动角速度还提供了另一种方式，在云台水平驱动电机的转动轴上安装用于检测云台转动角度的角度传感器，角度传感器可根据需要选择现有的常规角度传感器类型。具体地，本实施例中角度传感器选择高精度倾角传感器SCA100T。

云台转动前，利用角度传感器检测云台的水平偏移角度L1，转动一定时间T后，云台停止，再次检测云台的水平偏移角度L2，得到角速度Q1，角度传感器将检测的水平偏移角度L1和水平偏移角度L2均发送至控制系统，由控制系统计算获得球机的转动角速度Q1：

Q1＝(L2-L1)/T。

当然，也可以检测云台转动前和停止时的垂直偏移角度来计算球机的转动角速度。

步骤Ⅳ，将角速度Q1与预期转速范围P_Ni～P_NiNi进行比对，若匹配，即P_Ni≤Q1≤P_NiNi，则配置成功，，控制系统将转速级别M1保存到当前球机的球机控制模块中。反之，若不匹配，则进行一轮校准，进入步骤Ⅴ；

步骤Ⅴ，控制系统第n次计算云台适配转速级别Mn，n为正整数且n≥2，Mn的计算公式为：

Mn＝Mn-1+((P_Ni+P_NiNi)/2-Qn-1)×(M1/Q1+M2/Q2+….+Mn-1/Qn-1)/n-1，

式中，Mn、Mn-1、…、M2、M1分别表示控制系统第n次、第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机云台适配转速级别，Qn-1、…、Q2、Q1分别表示控制系统第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机的角速度。当计算获得的Mn不是整数时，通过四舍五入的方式对Mn进行取整。

重复步骤Ⅲ和步骤Ⅳ，直至第n次计算得到的球机角速度Qn满足条件：P_Ni≤Qn≤P_NiNi，控制系统将转速级别Mn保存到当前球机的球机控制模块中，当前球机的转速可达到系统配置转速级别Ni的预期转速P_Ni～P_NiNi内。

通过上述迭代的方式控制不同球机输出相同的转动速度，对于不同速度参数的球机A和B，当控制系统设置的速度级别固定时，控制系统通过迭代计算分别获得球机A和球机B的转动角速度在预期转动角速度范围内时对应的云台适配转速级别，并将计算获得的对应的云台适配转速级别发送至球机A和球机B，控制球机A时，球机A实际转速是在预期转动角速度范围内，切换到球机B控制时，球机B实际转速同样是在预期转动角速度范围内，使得云台切换时监控系统采集的图像画面变化较为平缓，以此获得较好的用户体验。

步骤三，控制系统发送相同的云台转速级别给各球机，各球机控制模块匹配预期转速范围对应的各球机云台转速级别并发送给相应的球机，控制各球机输出相同的转速。

本发明使得当控制系统发送的转速等级固定时，通过各个球机的球机控制模块匹配经预配置保存于该球机控制模块中的速度控制参数，并将该速度控制参数发送给对应的球机，控制球机在预期转速范围内转动，获得较好的用户控制体验。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，包括如下步骤：

预设云台转速级别对应的预期转速范围；

控制系统发送不同的速度控制参数给球机，预转该球机中的云台，获取该云台的实际转速，当云台实际转速在预期转速范围内，将该实际转速对应的速度控制参数和预期转速范围一一对应地保存到该球机控制模块中，实现球机输出预期转速的速度控制参数的预配置；

控制系统发送相同的速度控制参数给各球机，各球机控制模块匹配预期转速范围对应的各球机速度控制参数并发送给相应的球机，控制各球机输出相同的转速。

2.如权利要求1所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，所述速度控制参数为云台转速级别。

3.如权利要求2所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，一一对应地保存云台实际转速对应的速度控制参数和预期转速范围包括如下步骤：

步骤Ⅰ，获取当前球机的云台转速级别范围值1～M，M为正整数，且M≤N，N为系统预设云台转速级别的最大值；

步骤Ⅱ，控制系统配置当前球机的云台转速级别为Ni，Ni为正整数，1≤Ni≤M，云台转速级别为Ni时，球机的预期转速范围是P_Ni～P_NiNi，P_NiNi>P_Ni，控制系统计算得到当前球机的云台适配转速级别M1并发送至当前球机：

M1＝Ni×(M/N)；

步骤Ⅲ，通过转动当前球机的云台获得当前球机的角速度Q1；

步骤Ⅳ，将角速度Q1与预期转速范围进行比对，当P_Ni≤Q1≤P_NiNi时，控制系统将转速级别M1保存到当前球机的控制模块中；反之，进入步骤Ⅴ；

步骤Ⅴ，控制系统第n次计算当前球机的云台适配转速级别Mn，n为正整数且n≥2，Mn的计算公式为：

Mn＝Mn-1+((P_Ni+P_NiNi)/2-Qn-1)×(M1/Q1+M2/Q2+….+Mn-1/Qn-1)/n-1，

式中，Mn、Mn-1、…、M2、M1分别表示控制系统第n次、第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机云台适配转速级别，Qn-1、…、Q2、Q1分别表示控制系统第n-1次、…、第2次、第1次计算当前球机的角速度，重复步骤Ⅲ和步骤Ⅳ。

4.如权利要求3所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，所述步骤Ⅲ采用图像匹配算法计算球机的角速度Q1。

5.如权利要求4所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，所述图像匹配算法的具体步骤为：

a.采集当前球机云台转动前的初始图像，将图像缩小到8×8的尺寸，总共64个像素，同时，简化图像色彩，将缩小后图像转为64级灰度，将第i行第j列的像素灰度值记为S_ij，获得一个8×8的矩阵列表S，S＝S_ij，i、j均为正整数，1≤i≤8，1≤j≤8；

b.计算简化色彩后的图像像素灰度的平均灰度值V1；

c.建立一个8×8的特征矩阵S1，S1＝S1_ij，S1_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值，将图像像素灰度值S_ij与平均灰度值V1进行比较，S_ij≥V1时，S1_ij＝1；反之，S1_ij＝0；

d.转动当前球机的云台并采集图像，记录采集到每帧图像时云台的转动时间t’，并对采集的图像重复步骤a-c，得到当前图像的特征矩阵S’＝S’_ij，S’_ij表示特征矩阵的第i行第j列的值；

e.将当前球机采集的图像的特征矩阵S’和云台转动前初始图像的矩阵S1的每个元素数值一一对应进行对比，统计出矩阵数值相同时的数量St；

f.对当前球机的云台转动k圈获取的每帧图片均进行步骤a-e的处理，得到St最大的图像即为球机转动k圈时的图像，球机的角速度Q1：

Q1＝k×π/t；

式中，t为St最大时的图像对应的云台转动时间，k为正整数且k≥1。

6.如权利要求3所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，所述步骤Ⅲ获得当前球机的角速度Q1的步骤为：

云台转动前，获取云台的水平偏移角度L1，转动一定时间T后，云台停止，再次获取云台的水平偏移角度L2，得到当前球机的转动角速度Q1：

Q1＝(L2-L1)/T。

7.如权利要求6所述的控制不同球机输出相同转速的预配置方法，其特征在于，所述水平偏移角度由角度传感器检测，角度传感器将该水平位移角度发送至控制系统。

8.一种控制不同球机输出相同转速的预配置系统，包括控制系统、多个球机和多个球机控制模块，所述球机与所述球机控制模块一一对应，其特征在于，所述控制系统预设云台转速级别对应的预期转速范围，并发送相同的云台转速级别给不同的球机，各球机控制模块分别匹配预期转速范围对应的各球机的云台转速级别并发送给相应的球机，控制各球机输出相同的转速；

所述球机控制模块包括：

预转球机云台获取云台实际转速的云台预转模块；

将云台实际转速与预期转速范围作比较，获取实际转速在预期转速范围内对应的云台转速级别的比较模块；

用于将实际转速对应的云台转速级别和预期转速范围一一对应地存储的参数存储模块。