[发明专利]运动矢量法检测云台摄像机工作状态的方法

摘要

本发明涉及一种运动矢量法检测云台摄像机工作状态的方法。本发明首先向云台摄像机发送某一控制指令，连续采样并保存发送控制指令后、持续一段时间的N帧图像序列。其次求当前帧的梯度图；对梯度图二值化，将梯度小于阈值的像素视为平坦区域的像素，形成平坦区域的二值掩膜，对该平坦区域掩膜进行形态学滤波；然后根据前一帧图像，对当前帧中待求运动矢量的块，求当前帧的运动矢量；最后针对不同的云台控制指令，统计连续N-1帧的运动矢量特征，确定云台摄像机工作状态。本发明采用图像序列的运动矢量估计检测云台摄像机运动功能是否正常。该方法只需已有的带云台摄像机，无需额外的硬件设备，能够自动检测云台摄像机的工作状态。

主权项

1. 运动矢量法检测云台摄像机工作状态的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：步骤一：向云台摄像机发送某一控制指令，连续采样并保存发送控制指令后、持续一段时间的N帧图像序列，N≧2；步骤二：求当前帧的梯度图；对梯度图二值化，将梯度小于阈值的像素视为平坦区域的像素，形成平坦区域的二值掩膜，对该平坦区域掩膜进行形态学滤波；计算平坦区域的面积，当平坦区域的面积超过阈值时，判定该帧为特征不显著；对于特征不显著视频，执行步骤三；否则，按照传统运动矢量估计方法中图像块的划分，将当前帧划分为不重叠的块，统计当前帧中平坦块的个数，平坦块为平坦像素数大于块面积设定百分比的块，将当前帧的所有块标记为待求运动矢量的块，执行步骤四；步骤三：对于特征不显著视频，求当前帧的显著特征；在当前帧中，将显著特征所在的块标记为待求运动矢量的块；其中，显著特征可选边缘、角点；步骤四：根据前一帧图像，对当前帧中待求运动矢量的块，求当前帧的运动矢量；运动矢量方向角以非负整数标记：，表示将的方向角等分，，表示估计得到的运动矢量，即该块在图像的横、纵坐标上均没有运动；当图像中的显著特征静止或没有显著特征时，，表示x轴方向的运动分量，表示y轴方向的运动分量；步骤五：针对不同的云台控制指令，统计连续N-1帧的运动矢量特征，所述的云台控制指令包括摄像机缩放指令和摄像机平移指令；（1）对于摄像机缩放指令：将图像划分为四个象限Q1、Q2、Q3和Q4，在放大和缩小指令下，放大时，图像四个象限上的运动矢量的方向角均向外；缩小时，运动矢量方向角均向内；由此可得，摄像机在放大和缩小时，单帧图像的四个象限上，分别统计运动矢量方向角的直方图，得到对应于四个象限的四个方向角直方图，分别取每个直方图的最大值对应的方向角，该方向角范围应满足下表：方向角范围Q1Q2Q3Q4放大1～45～89～1213～16缩小9～1213～161～45～8摄像机缩放的判断：对于连续N帧图像序列的每一帧，分别统计该帧图像四个象限上的运动矢量方向角的直方图，；求取最大值时的方向角，判断的范围是否满足上表；考虑到噪声和图像序列中运动物体对缩放判断的影响，该条件可以放宽为：四个象限中，不少于三个象限满足缩放的角度范围模式时，即可判断该帧为缩小或放大；否则判为既非缩小也非放大；记录每一帧的缩放标记在数组ZoomRecord中；统计ZoomRecord数组中非缩放、缩小和放大标记的个数：当缩小的标记数大于预先设定的阈值时，该图像序列表示摄像机在缩小；当放大的标记数大于预先设定的阈值时，该图像序列表示摄像机在放大；当非缩小非放大的标记数大于预先设定的阈值时，该图像序列表示摄像机没有缩放；（2）对于平移指令，所述的平移指令是指左右运动和上下运动；向云台发送平移指令后，摄像机向某一方向连续运动，图像块的运动矢量方向角应与摄像机运动方向相反，一帧图像中，运动矢量方向角直方图的最大值对应的方向角，应与摄像机运动方向相关；摄像机平移或转动的判断：对于连续N帧图像序列的每一帧，分别统计运动矢量方向角直方图，求每一帧中方向角直方图最大值对应的方向角，为该帧的主方向；对于非平坦视频，为消除平坦块对该帧主方向估计的影响，在每一帧的运动矢量方向角直方图中，方向角为0的统计量减去该帧的平坦块数；记录每一帧的主方向在DirectionRecord数组中，对DirectionRecord数组中的方向角做DirectionBins+1个方向上的统计直方图；由该直方图最大值对应的方向角即可判断与该图像序列对应的摄像机运动方向：当直方图最大值对应的方向角为0时，表示摄像机静止；当直方图最大值对应的方向角在{1,2,15,16}范围内时，该图像序列的运动方向向左，表示摄像机向右运动；当直方图最大值对应的方向角在{3,4,5,6}范围内时，该图像序列的运动方向向下，表示摄像机向上运动；当直方图最大值对应的方向角在{7,8,9,10}范围内时，该图像序列的运动方向向右，表示摄像机向左运动；当直方图最大值对应的方向角在{11,12,13,14}范围内时，该图像序列的运动方向向上，表示摄像机向下运动。