[发明专利]智能终端触控方式控制云台摄像头的系统

摘要

本发明公开了一种智能终端触控方式控制云台摄像头的系统，涉及智能家居安防领域。所述系统用于通过在智能终端触摸屏上的单击、滑动、多点触控和双击等触摸动作控制云台远程摄像头的拍摄角度及调焦状态。特别地，在智能终端显示单元的视频显示窗口上能够实时地以等比例的矩形线框的方式显示云台摄像头的姿态。与现有技术比，本发明提供的方法更易于在智能终端上使用，能够极大地提高用户的使用体验。

主权项

智能终端触控方式控制云台摄像头的设备和方法，涉及网络通信技术领域，所述设备包括智能终端和云台摄像头，并各自包括以下主要组件：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；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；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；所述控制云台摄像头的方法包括：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；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模块；存储模块中还存储着各个规格云台摄像头的摄像角度对照表；一、检测触摸屏；当检测到触摸屏受到触摸动作时，由控制器计算并以适当的形式，如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（通俗讲就是视线角度或视线范围）、垂直方向拍摄角度θ2和当前的焦距f；    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，本公开为简化算法描述，将不涉及θ1，θ2与f之间关系的计算说明，而假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'；    另外，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，假定窗口水平宽度w1，垂直高度h1；    特别的，假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；    则触摸控制云台摄像头的方法（下简称控制程序）第一次被唤醒时，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    算法依据是：摄像头在水平方向总的可视区域大小(区域大小即角度，下同）是β1+θ1，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；    此外，这里默认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；下文中计算触摸屏所采纳的数据源所在坐标系及触摸屏大小与这里一致；二、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，和据此调出的摄像角度值，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；相应的算法如下：为便于对本公开算法的理解，这里先阐述关于摄像头全部摄像区域的空间形态的认知，为便于理解，我们假设云台的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，即类似于人眼成像与活动；我们假设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（如1度，下同）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；以此类推，一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得球面区域；如果希望摄像头拍摄区域上以任何一点为中心的区域的影响，则取得改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插值的旋转即可；下面我们继续阐述控制器对滑动手势的处理过程和算法：    控制器获取到滑动这个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；同时，假定水平旋转舵机相对初始值（这里假设为水平旋转舵机的中立点，下同）向上旋转了α1度，垂直旋转舵机相对初始值向右旋转了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；为便于理解，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'，对镜头取景中心点的变化进行阐述；云台摄像头具体的调整方向和大小是:希望把摄像头取景的中心点H与A点（对应于整个摄像头取景空间中的位置）的关系，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点假定是相对固定的，那么就要相应地移动H点的位置，H点（镜头摄像中心点）在滑动手势前后移动的距离（即角度）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；    上面对未调焦的摄像头调整姿态的算法进行了阐述，对于调焦至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；三、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；下面先以两点触控为例简单阐述阐述多点触控的实现算法：以两指触控且两指间距由小变大为例；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和两指间距变化后，C5和D6间连线线段的长度L2，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，计算云台摄像头可能的姿态调整；这里需要特别说明有两点：第一、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）的相对变化，得到H的新的位置；第二、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，可以有多种，其中比较简化的算法有两个：一个是多点所围成区域面积的变化倍数开平方根，这等效于正方形和圆形的面积增加倍数是正方形边长或圆形直径增加倍数的平方，而我们所要的结果基于两点触控的心理习惯，就是多点之间距离的变化倍数就是我们期望视频内容变化的倍数；第二个算法是基于计算出的手指滑动前、后的触动点区域中心点，各个触动点距离区域中心点的距离的变化倍数，对手指滑动前、后的两组变化倍数进行加权平均，并对手指滑动前、后两个加权平均值予以比较，所得到的比值也可作为视频内容所需要变化的倍数；四、当检测到的手势为双击时，首先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，则确认用户是希望恢复云台摄像头的初始状态，即水平、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；如果此时存储单元显示焦距尚没有调至最大，则判断用户是希望将云台摄像头对准双击动作在触摸屏上触碰位置对应的视频内容处，即对应的期望操作是将其至于显示单元的中心，并将此处影像放至最大；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；相应的算法是：    对于触发事件发生时，云台摄像头已经调焦至最大的情况，执行的操作时二自由度云台舵机回归中位，镜头调焦电机回到初始位置；对于云台摄像头尚未调焦至最大，假定此时调焦状态是焦距f2，对应的云台摄像头水平方向摄像机角度是θ1'，θ2'，具体计算控制信息算法如下：    假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；五、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；由于算法及处理流程完全可以前述算法和流程为基础略加调整，这里不再详细说明。