一种云台相机的自标定方法、存储介质和电子设备

技术领域

本发明涉及拍摄设备技术领域，尤其涉及一种云台相机的自标定方法、存储介质和电子设备。

背景技术

现今，通过在云台上加载相机等拍摄装置进行拍摄，已经被广泛应用于航拍和巡检等各个领域。

以及，目前可通过采用安装姿态测量陀螺仪的方式来测量云台相机的姿态，但受体积、重量和成本等限制，姿态测量元件性能有限，导致测量的云台相机的姿态角精度差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种云台相机的自标定方法、存储介质和电子设备，其解决了现有技术中存在着的测量的云台相机的姿态角精度差的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种云台相机的自标定方法，该自标定方法包括：第一数据记录步骤，控制选定好的云台相机进行三次旋转，并且在云台相机的三次旋转中每次停止旋转时，云台相机的画面的中心点均为地面区域，以及记录三次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和三次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度；其中，PT值包括Pan值和tilt值；

误差计算步骤，基于三次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和三次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度，计算云台初始tilt误差；

重复执行第一数据记录步骤和误差计算步骤，直至到达预设执行次数，则停止循环，并从多个云台初始tilt误差中选取中位数作为最终的云台初始tilt误差；

第二数据记录步骤，在确定最终的云台初始tilt误差后，控制云台相机再进行两次旋转，并且在云台相机的两次旋转中每次停止旋转时，云台相机的画面的中心点也均为地面区域，以及记录两次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和两次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度；

高度计算步骤，基于两次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和两次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度，计算相机的高度；

重复执行第二数据记录步骤和高度计算步骤，直至到达预设执行次数，则停止循环，并从多个相机的高度中选取中位数作为最终的相机的高度，以及记录最终的相机的高度对应的参数；

基于最终的相机的高度对应的参数，计算云台相机的经纬度和在Pan值等于0时的云台相机中的相机的偏转角；其中，偏转角为相机和正北方向的夹角；

利用相机的高度和云台相机的经纬度，确定相机的位置信息，并利用最终的云台初始tilt误差和偏转角，确定相机的姿态信息。

在一个可能地实施例中，三次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度均是通过百度拾取坐标系统获取的。

在一个可能地实施例中，云台初始tilt误差为通过如下公式获得：

其中，O表示相机在地面上的投影点；A表示三次旋转中一次旋转后的云台相机的画面的中心点；L表示云台相机的位置；tilt_error表示云台初始tilt误差；tilt_A表示中心点A对应的tilt值。

在一个可能地实施例中，两次旋转对应的Pan值的差值控制在45度至135度之间。

在一个可能地实施例中，相机的高度为通过如下公式获得：

其中，O表示相机在地面上的投影点；L表示云台相机的位置；C表示两次旋转中一次旋转后的云台相机的画面的中心点。

在一个可能地实施例中，偏转角为通过如下公式获得：

其中，θ表示偏转角；投影点O的坐标为(x,y)；pan_C表示两次旋转中一次旋转后的云台相机的画面的中心点C对应的Pan值。

第二方面，本申请实施例提供了一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

第三方面，本申请实施例提供了一种电子设备，包括：处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述机器可读指令被所述处理器执行时执行第一方面或第一方面的任一可选的实现方式所述的方法。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

本申请实施例提供了一种云台相机的自标定方法、存储介质和电子设备，通过多次旋转云台相机，并直接获取旋转后相机的Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标，进而通过上述Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标计算云台初始tilt误差、相机的高度、相机的经纬度和在Pan值等于0时的云台相机中的相机的偏转角，以及利用相机的高度和云台相机的经纬度，确定相机的位置信息，并利用最终的云台初始tilt误差和偏转角，确定相机的姿态信息，从而相比于现有的通过姿态测量陀螺仪的方式来测量云台相机的姿态的方案来说，其可以提高姿态角精度。

为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了本申请实施例提供的一种云台相机的自标定方法的流程图；

图2示出了本申请实施例提供的由三次旋转后的画面中线点、相机投影和相机的位置组成的图形的示意图；

图3示出了本申请实施例提供的OLB三角形的示意图；

图4示出了本申请实施例提供的由两次旋转后的画面中线点、相机投影和相机的位置组成的图形的示意图；

图5示出了本申请实施例提供的二维直角坐标系的示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

云台相机在安防领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：

监控：云台相机可用于对场所进行全方位的监控，覆盖面积广、视角宽广，可以捕捉到更多的细节和异常情况。同时，云台相机可实现自动巡航、预设位移、自动跟踪等功能，提高监控效率和准确性。

防盗：云台相机可用于对重要区域进行实时监控，及时发现并报警非法入侵、盗窃等行为。通过云台相机的自动跟踪功能，并提供相关证据。

火灾监测：云台相机可用于火灾监测，通过红外、热成像等技术，实时监测火源及其周围环境的温度变化，并及时报警，有效避免火灾事故的发生。

安全检查：云台相机可用于对场所进行安全检查，如机场、车站等大型场所的安全检查。通过云台相机的高清图像和全方位监控，可有效识别危险物品和可疑人员，提高安全检查效率和准确性。

智能分析：云台相机可通过深度学习等技术，实现人脸识别、车牌识别、行为识别等智能分析功能，提高安防效率和准确性。

总之，云台相机在安防领域的作用是不可替代的，它可以提供全方位、高清晰度、实时监控和智能分析等功能，帮助用户实现更加安全、智能的监控和管理。

但是，现有技术中存在着的测量的云台相机的姿态角精度差的问题。

基于此，本申请实施例提供了一种云台相机的自标定方法、存储介质和电子设备，通过多次旋转云台相机，并直接获取旋转后相机的Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标，进而通过上述Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标计算云台初始tilt误差、相机的高度、相机的经纬度和在Pan值等于0时的云台相机中的相机的偏转角，以及利用相机的高度和云台相机的经纬度，确定相机的位置信息，并利用最终的云台初始tilt误差和偏转角，确定相机的姿态信息，从而相比于现有的通过姿态测量陀螺仪的方式来测量云台相机的姿态的方案来说，其可以提高姿态角精度(即能够获取更精准的姿态信息)。

为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更清楚、透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

请参见图1，图1示出了本申请实施例提供的一种云台相机的自标定方法的流程图。如图1所示，该自标定方法可以由电子设备执行，并且电子设备的具体设备可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。例如，该电子设备可以是计算机，也可以是服务器等。具体地，该自标定方法包括：

步骤S110，控制选定好的云台相机进行三次旋转，并且在云台相机每次停止旋转时，云台相机的画面的中心点均为地面区域，以及记录三次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和三次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度。其中，该PT值包括Pan值和tilt值，并且Pan表示相机/摄像机云台的横摇左右运动，tilt表示相机/摄像机云台的俯仰上下运动。

具体地，可选定一个已安装好点位的云台相机，并且后端可以控制相机旋转，以及还可获取相机实时画面、Pan值和tilt值。

以及，随后可控制该云台相机旋转三次，并且要求这三次旋转拥有不同的Pan值和tilt值。例如，第一次旋转至Pan＝10、tilt＝80；第二次旋转至Pan＝90、tilt＝60；第三次旋转至Pan＝150、tilt＝30。此外，还要求每次旋转后，相机的画面中心点都是地面区域。

这里还需要说明的是，三次旋转后的PT值可以由云台数据直接吐出，以及相机的画面中心点的经纬度可由人手动获取或者自动获取。例如，可从百度拾取坐标系统获取相机的画面中心点的经纬度。

步骤S120，基于三次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和三次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度，计算云台初始tilt误差。

应理解，云台初始tilt误差的具体计算过程可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。

可选地，如图2所示，点L是云台相机的位置，点O是云台相机中相机在地面上的投影，点A、点B和点C分别是三次旋转后相机的画面中心点(根据上述旋转的要求，点A、点B和点C也是在地面上的)。因此，上图中点O、点A、点B和点C共面，并且所在平面代表了大地水平面，以及线段LO与平面OABC垂直。

以及，本申请还记录了点A、点B和点C这三个点的经纬度信息，并分别记为(longitude_A，latitude_A)、(longitude_B，latitude_B)和(longitude_C，latitude_C)。并且，本申请还记录了点A、点B和点C这三个点对应的相机PT值，并分别记为(pan_A，tilt_A)、(pan_B，tilt_B)和(pan_C，tilt_C)。

以及，本申请可假设当前要求解的云台初始tilt误差(或者称为tilt的初始误差角)记为tilt_error，那么以上变量和上图中的几何模型有以下直接联系：

其中，EarthRadius表示地球半径。例如，EarthRadius等于6371004米。

∠AOB＝|pan_A-pan_B|；

∠AOC＝|pan_A-pan_C|；

∠BOC＝|pan_B-pan_C|；

∠OLA＝90+tilt_error-tilt_A；

∠OLB＝90+tilt_error-tilt_B；

∠OLC＝90+tilt_error-tilt_C；

至此，三条边长AB、AC和BC和三个角度∠AOB、∠AOC和∠BOC都是已知变量，∠OLA、∠OLB和∠OLC中均存在tilt_error。以及，下面可通过建立方程组先求解边长OL、OA、OB和OC。

首先，在ΔOAB中，可得到方程一：

AB

同理，在ΔOAC中，可得到方程二：

AC

然后，可将线段OA绕OL在平面OABC中旋转，直到点A落在射线OB上(可得到图3)，记为点A′。以及，可聚焦到ΔOLB中：

∠OLB-∠OLA′＝∠OLB-∠OLA＝(90+tilt_error-tilt_B)-(90+tilt_error-tilt_A)＝tilt_A-tilt_B；

联立以上两个等式，可得到方程三：

同理，可将线段OA绕OL在平面OABC中旋转，直到点A落在射线OC上，可以得到方程四：

至此，本申请可得到由4个方程构成的方程组：

AB

AC

从而，通过上述4个方程恰好可以算出4个未知变量OL、OA、OB和OC。其中，其求解方法可以通过经典的数值计算方法实现，例如，牛顿法和拟牛顿法等。

以及，在求得OL、OA、OB和OC后，可通过如下方程即可求解云台初始tilt误差：

其中，O表示相机在地面上的投影点；A表示三次旋转中一次旋转后的云台相机的画面的中心点；L表示云台相机的位置；tilt_error表示云台初始tilt误差；tilt_A表示中心点A对应的tilt值。

步骤S130，重复执行上述步骤S110和步骤S120，直至到达预设执行次数，则停止循环，并从多个云台初始tilt误差中选取中位数作为最终的云台初始tilt误差。

具体地，由于每次旋转记录PT值和拾取中心点经纬度时存在系统误差，一般会做3～5次(当然应理解，该预设执行次数除了3～5次之外，还可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此)，得到多组tilt_error，并从多个云台初始tilt误差中选取中位数作为最终的云台初始tilt误差。

步骤S140，在确定最终的云台初始tilt误差后，控制云台相机再进行两次旋转，并且在云台相机的两次旋转中每次停止旋转时，云台相机的画面的中心点也均为地面区域，以及记录两次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和两次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度。

具体地，控制相机旋转两次，并且要求这两次旋转拥有不同的Pan值和Tilt值，以及还要求每次旋转后相机的画面中心点都是地面区域。此处，要保证两次的Pan值的差值控制在45度～135度之间。

以及，两次旋转后的PT值(例如，该PT值包括Pan值和tilt值)可以由云台数据直接吐出，以及相机的画面中心点的经纬度可由人手动获取或者自动获取。例如，可从百度拾取坐标系统获取相机的画面中心点的经纬度。

这里需要说明的是，步骤S140中的两次旋转和步骤S110的三次旋转中的任意两次旋转可以均是不同的。

步骤S150，基于两次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和两次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度，计算相机的高度。

应理解，基于两次旋转中每次旋转后的云台相机的PT值和两次旋转中每次旋转后的云台相机的画面的中心点的经纬度，计算相机的高度的具体过程可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。

可选地，如图4所示，点L是云台相机位置，点O是相机在地面上的投影，点C和点D分别是两次旋转的画面中心点(根据之前两次旋转的要求，点C和点D也是在地面上的)。因此，上图中点O、点C和点D共面，并且所在平面代表了大地水平面，线段LO与平面OCD垂直。

以及，本申请还记录了点C和点D两个点的经纬度信息，并分别记为(longitude_C，latitude_C)和(longitude_D，latitude_D)。并且，还记录了这两个点对应的相机PT值，分别记为(pan_C，tilt_D)、(pan_D，tilt_D)。并且经过步骤S120，已经求解得到tilt_error。

那么以上变量和上图中的几何模型有以下直接联系：

其中，EarthRadius表示地球半径。例如，EarthRadius等于6371004米。

∠COD＝|pan_C-pan_D|；

∠OLC＝90+tilt_error-tilt_C；

∠OLD＝90+tilt_error-tilt_D；

下面，可想要通过建立方程组求解边长OL、OC和OD，其中OL就是相机高度。

首先在三角形OCD中，，可得到方程一：

CD

以及，在三角形OLC中，可得到方程二：

以及，在三角形OLD中，可得到方程三：

以及，通过以上三个方程恰好可以算法出3个未知变量OL、OC和OD。并且，其求解方法可以通过经典的数值计算方法实现，例如，牛顿法和拟牛顿法等。

其中，相机高度等于OL。

步骤S160，重复执行步骤S140和步骤S150，直至到达预设执行次数，则停止循环，并从多个相机的高度中选取中位数作为最终的相机的高度，以及记录最终的相机的高度对应的参数。

应理解，预设执行次数的具体次数和高度对应的参数所包含的具体参数均可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。

可选地，由于每次旋转记录的PT值和拾取中心点经纬度时存在系统误差，一般会做3～5次，得到多组OL，并从多个OL中选取中位数作为最终的相机的高度。

进一步地，将最终的相机的高度对应的中位数对应的几何参数(即OC、OD、CD)和包括(longitude_C，latitude_C)、(longitude_D，latitude_D)、(pan_C，tilt_C)和(pan_D，tilt_D)的测量参数都记录下来。

至此，本申请已经计算得到了相机初始tilt误差tilt_error、相机高度OL，也记录了最优解时的几何参数和测量参数。

步骤S170，基于最终的相机的高度对应的参数，计算云台相机的经纬度和在Pan值等于0时的云台相机中的相机的偏转角。其中，偏转角为相机和正北方向的夹角。

应理解，基于最终的相机的高度对应的参数，计算云台相机的经纬度和在Pan值等于0时的云台相机中的相机的偏转角的具体过程可根据实际需求来进行设置，本申请实施例并不局限于此。

可选地，首先可建立如图5所示的二维直角坐标系，以点C为原点，以正东方向为x轴，正北方向为y轴，单位是米。

则点C坐标为(0,0)；

点D坐标为：

其中，EarthRadius表示地球半径。例如，EarthRadius等于6371004米。

假设点O坐标＝(x,y)，则根据已知的OC和OD边长，得到以下方程组：

x

从而，可通过以上2个方程算法出2个未知变量x和y。并且，其求解方法可以通过经典的数值计算方法实现，例如，牛顿法和拟牛顿法等。

进一步地，根据点O坐标(x,y)，就可以计算点O的经纬度(也就是云台相机中相机的经纬度)：

纬度＝latitude_C+y/(2*π*EarthRadius)；

其中，EarthRadius表示地球半径。例如，EarthRadius等于6371004米。

以及，根据点O坐标(x,y)，也可以计算Pan＝0时相机与正北方向的夹角：

步骤S180，利用相机的高度和云台相机的经纬度，确定相机的位置信息，并利用最终的云台初始tilt误差和偏转角，确定相机的姿态信息。

具体地，将相机的高度和云台相机的经纬度作为相机的位置信息，并将最终的云台初始tilt误差和偏转角作为相机的姿态信息。

这里需要说明的是，求解云台相机的经纬度坐标、高度和姿态信息对于实现更加精准的监控、跟踪和定位等功能又具有重要意义，具体原因如下：

精准监控：云台相机通过精准的经纬度坐标和高度信息，可以实现更加准确的定位和监控，避免误判或漏判情况的发生；

自动跟踪：通过计算云台相机的姿态，可以实现自动跟踪目标物体的功能，让相机更加智能化、自动化，提高跟踪效率和准确性；

场景还原：经纬度坐标和高度信息可以帮助将不同时间拍摄的场景进行还原和重叠，实现全方位、多角度的场景还原；

安全管理：通过云台相机的姿态信息，可以快速定位目标物体所在的方位和高度，便于进行安全管理、应急响应等措施。

因此，借助于上述技术方案，本申请实施例通过多次旋转云台相机，并直接获取旋转后相机的Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标，进而通过上述Pan值、tilt值以及相机的画面中心点的经纬度坐标计算最终的云台初始tilt误差和云台相机中的相机的偏转角，以及根据最终的云台初始tilt误差和云台相机中的相机的偏转角，确定所述相机的姿态信息，从而相比于现有的通过姿态测量陀螺仪的方式来测量云台相机的姿态的方案来说，其可以提高姿态角精度。

应理解，上述云台相机的自标定方法仅是示例性的，本领域技术人员根据上述的方法可以进行各种变形，该变形之后的方案也属于本申请的保护范围。

本申请提供一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行实施例所述的方法。

本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行方法实施例所述的方法。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

应理解，在本申请的各种实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。