[发明专利]智能终端触控方式控制云台摄像头的系统

权利要求书

1.一种智能终端触控方式控制云台摄像头的系统，所述系统包括智能终端和云台摄像头，具体包括以下组件：

触摸屏，适用于识别操控手势；

显示单元，适于显示视频信息和云台摄像头操控过程及结果；

控制器，适于识别手势类型，通过相应的计算生成控制信息；

存储单元，适于存储摄像头状态信息；将云台摄像头的姿态信息和设备属性信息存储于智能终端的存储单元；存储单元中还存储着各个规格云台摄像头的摄像角度对照表；

云台摄像头包括：

云台摄像头控制器，适于将射频（RF）通信单元发来的控制信息转为控制云台舵机和摄像头调焦电机的电信号；

包含舵机的多自由度云台，适于调整云台摄像头的姿态；

云台摄像头，适于采集视频信息；

云台摄像头调焦电机，适于调焦；

智能终端和云台摄像头各自的射频（RF）通信单元，负责控制信息和视频信息的收发；具体为：

建立和云台摄像头的通信连接，通过智能终端的控制器计算，显示模块在智能终端显示单元的视频显示窗口显示通过网络获取的云台摄像头传来的视频信息；智能终端定期通过云台摄像头的控制器获取云台摄像头的姿态信息和设备属性信息；

其中触摸屏识别操控手势时，具体为：

(1)当检测到触摸屏受到触摸动作时，由控制器计算并以如下形式显示当前云台摄像头的姿态：在显示单元的视频显示区域上绘制一个和视频显示区域长宽比例一致的矩形线框，以矩形线框相对显示单元中心点的位置和矩形线框的大小显示当前云台摄像头的姿态，即相对初始位置的偏移量和调焦状态；之后，开始接受用户的云台摄像头调整命令，即开始检测相对于触摸屏的触摸手势和触摸点坐标；将云台摄像头姿态信息绘制显示单元上的算法是：

确认摄像区域的大小取决于摄像头自身的以下三个因素：摄像头水平方向的所拍摄影像的拍摄角度θ1、垂直方向拍摄角度θ2和当前的焦距f，所述θ1和θ2为视线角度或视线范围；

对于不可调焦的摄像头，其摄像范围即θ1，θ2是固定的；对于支持调焦的摄像头，其任意时刻的θ1，θ2值还和当时的焦距f大小有关系，而相应的关系是可以由摄像头厂家提供的算法计算出来的，并设定可调焦摄像头在未调焦状态的水平拍摄角度和垂直拍摄角度分别是θ1，θ2，调整到焦距f2时水平拍摄角度和垂直拍摄角度分别是θ1'，θ2'；

基于在显示单元等比例显示云台摄像头姿态的需要，需要获取到显示单元上视频内容显示窗口的大小，设定窗口水平宽度w1，垂直高度h1；

设定在云台摄像头初始姿态下，两个自由度的舵机都处于中置状态，同时水平旋转舵机的可旋转角度是β1，垂直旋转舵机的可旋转角度是β2；

在显示单元的视频窗口会绘制一个水平宽度w2，垂直高度h2的矩形线框，w2和h2算法如下：

w2=(θ1/(β1+θ1))* w1

h2=(θ2/(β2+θ2))*h1

其中β1+θ1是摄像头在水平方向总的可视区域大小，即角度，则摄像头当前所拍摄区域的水平方向角度θ1与总可视区域水平方向角度β1+θ1的比值，应等于矩形线宽的宽度w2与视频窗口的宽度w1的比值；垂直方向计算同理；

设定触摸屏和显示单元的外形尺寸完全一致，并前后重叠布局，w1为触摸屏水平宽度，h1为触摸屏垂直高度；坐标系原点为触摸屏左上角顶点；x轴方向为水平向右，y轴方向为垂直向下；

(2)当检测到的手势为单指滑动时，根据智能终端的存储模块中储存的云台摄像头设备属性信息，调出摄像角度值，及当前视频显示窗口尺寸，以及发起触摸动作的手指在触摸屏上的滑动距离，计算出云台摄像头在垂直和水平方向各需调整的角度，将该控制信息通过智能终端和云台摄像头的通信模块，发送给云台摄像头控制器，由云台摄像头控制器将控制信息转化为控制云台摄像头水平和垂直姿态的舵机旋转的电信号，调整云台摄像头的角度姿态；具体为：

设定云台的2个自由度的旋转轴的空间交汇点与摄像头的取景镜头的中心点在空间上重合；

垂直旋转舵机角度向下调至最大值，水平旋转摄像头向左调至最大值，从此处开始，水平旋转舵机逐个最小的单位旋转角度向右旋转，一直到右侧所能旋转的最大值停止；然后垂直旋转舵机向上旋转一个最小的单位旋转角度停止，这时水平旋转舵机开始逐个最小的单位旋转角度向左旋转，一直到左侧所能旋转的最大值停止；直到垂直旋转舵机和水平旋转舵机均达到最大的旋转角度；

完成上述旋转后，摄像头即完成了全部可视区域的拍摄，由此可得出一个结论，就是二自由度云台上的摄像头，其有限取景距离内的全部可视区是一个受限于两个云台自由度各自方向最大旋转角度值的球面区域；

若需摄像头拍摄摄像区域上以任何一点为中心的区域，则取得该点相对二自由度云台设定的初始角度所对应的拍摄点的位置，即获得相应的水平方向旋转和垂直方向旋转的角度差值，并控制二自由度云台的水平旋转舵机和垂直旋转舵机完成相应角度差值的旋转即可；

控制器获取到滑动触摸事件在屏幕所滑过的轨迹，起始点A坐标x1,y1，终止点B坐标x2,y2；设定水平旋转舵机相对初始值，这里设定为水平旋转舵机的中立点，向右旋转了α1度，垂直旋转舵机相对初始值向上旋转了α2度；触摸事件及起始点、终止点坐标及当前二自由度云台姿态信息均交由控制器计算，假定y2-y1结果为正值，x2-x1结果为负值，则控制器判断用户要把视频窗口右上方的视频内容向左下方拖动，即云台摄像头向右上方调整姿态；以触摸手势发生前的屏幕中心点H为中心建立子坐标系x'Hy'，调整云台摄像头方向的具体方法为:计算摄像头取景的中心点H与A点的关系，其对应于整个摄像头取景空间中的位置，即A点落于H点子坐标系的第一象限，并距离l1且角度δ，变换成的A点落于H点子坐标系的第二象限，并距离l2且角度ε；而空间中A点是相对固定的，那么就要相应地移动H点的位置，镜头摄像中心点H在滑动手势前后移动的距离是：

水平方向，γ1=((x2-x1)/w1)* θ1；

垂直方向，γ2=((y2-y1)/h1)* θ2；

γ1和γ2即为两个自由度上舵机的旋转角度，具体方向是，水平旋转舵机向右，垂直旋转舵机向上；

当摄像头调焦至f2时，控制器进行对应计算时，将摄像头拍摄角度对应替换成θ1'，θ2'即可；

(3)当检测到的手势为缩小手势或放大手势时，获取发起触摸动作的多个手指在触摸屏上触碰的起始点和终止点坐标，由控制器计算出多个手指在滑动开始时所涵盖的中心区域中心点的位置信息和滑动结束时所涵盖的中心区域中心点的位置变化信息，以及所涵盖范围大小的变化比例，并由此计算出云台摄像头角度调整大小及焦距调整大小，将该控制信息通过智能终端和云台摄像头的通信模块发给云台摄像头控制器，云台摄像头控制器将该控制信息转换成控制云台摄像头水平和垂直姿态的舵机旋转的电信号，和控制焦距的云台摄像头调焦马达转动的电信号，发给舵机和调焦马达调整云台摄像头的角度姿态和焦距；

对于多点触控中两指触控，当两指触控且两指间距由小变大时，两指触碰的起始点及坐标分别为C3(x3,y3)，D4（x4,y4)；两指触碰的终止点及坐标分别是C5(x5,y5)，D6(x6,y6)；

分别计算视频内容放大倍数和可能存在的云台摄像头姿态调整：首先根据两指在触摸屏上的触碰点在两指间距由有小变大过程中，两指连线线段长度的变化计算放大倍数；

两指间距变化前，C3和D4间连线线段的长度L1；

两指间距变化后，C5和D6间连线线段的长度L2；

则L2与L1的比值就是视频内容变大的倍数，可以根据摄像头的参数信息，进一步计算出摄像头焦距所需调整的数值；

之后，根据两指间距变化前后，C3和D4连线的中点E1在屏幕上的位置，与C4和D6连线的中点E2在屏幕上的位置的变化，计算云台摄像头姿态调整；具体为：（1）算法的思路同滑动手势，即计算摄像头取景中心点H相对E1，在摄像头整个取景空间中的位置，得到H的新的位置；（2）E1和H相对位置在两指触控手势发生前后的计算，分别在基于调焦前、调焦后的云台摄像头相应姿态下进行；

对于多点触控中的，三指至四指、五指操作，中心点的选取可以是所有参与操控手指在触摸屏上所触动点围成的区域中心，计算该中心点的位置变化，并参照前面介绍的中心点变化相应的算法，可以得到云台摄像头两个自由度舵机所需旋转的角度；对于调焦的计算方法，是多点所围成区域面积的变化倍数开平方根；

(4)当检测到的手势为双击时，由控制器从智能终端的存储模块中读取当前云台摄像头姿态信息中的焦距调整信息，如果焦距已调至最大，则水平、垂直方向两个舵机的角度均归中，镜头调焦姿态也复位，控制器发出舵机及调焦电机归中操作的控制信息；如果焦距没有调至最大，控制器根据从触摸屏获取的双击动作点的位置信息，和视频显示窗口的大小及中心点信息，以及本地存储模块中的云台摄像头设备属性信息计算出云台摄像头水平和垂直舵机需要旋转的角度，以及云台摄像头调焦电机须动作至焦距调至最长；智能终端的控制器将此控制信息通过通信模块发送给云台摄像头的控制器，对舵机和调焦马达进行相应控制；设定此时调焦状态是焦距f2，对应的云台摄像头水平方向和竖直方向的摄像机角度分别是θ1'，θ2'，具体为：

设定双击触碰点及坐标是H(x8,y8)，屏幕中心点及坐标是J(w1/2,h1/2)，即J点在x轴，y轴坐标值分别为视频显示窗口水平和垂直尺寸的一半，则云台摄像头需要执行的姿态调整是，水平旋转舵机旋转角度为：(x7-w1/2)/w1*θ1'；垂直旋转舵机旋转角度为：(y7-h1/2)/h1*θ2';

同时，调焦电机对应的操作是调焦至最大；

(5)当检测到的手势为拂动时，控制器根据获取到的拂动手指的轨迹和速度，计算出视频内容需要移动的方位和距离，形成包含云台摄像头旋转调整角度的控制信息，发给云台摄像头的控制器予以进一步执行；算法及处理流程可基于前述算法和流程予以调整。