[發明專利]柔索牽引攝像機位置的監控方法

有效

• 申請號: 201310192026.6
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN103295235A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 仇原鷹;孫狀;陳光達;米建偉;趙澤;段學超;杜敬利;段清娟
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種柔索牽引攝像機位置的監控方法，具體步驟如下：

(1)安裝攝像機并輸入工作參數：

1a)將攝像機安裝到四根柔索支撐立柱中任意一根立柱上的標定點位置處，將攝像機鏡頭中心對準攝像機安裝立柱外的其余三根立柱中任意一根立柱上的標定點；

1b)將攝像機擬工作空間的長、寬、高參數輸入到位置控制機中；

1c)將攝像機安裝的標定點坐標值和攝像機鏡頭對準的標定點坐標值，分別輸入到位置控制機中；

1d)將設定的索力安全值輸入到位置控制機中；

(2)顯示攝像機的初始狀態：

2a)將位置控制機的屏幕劃分為三個區域：數據顯示區、水平運動動畫顯示區、三維運動動畫顯示區；數據顯示區位于位置控制機屏幕右側，水平運動動畫顯示區位于位置控制機屏幕左側上方，三維運動動畫顯示區位于位置控制機屏幕左側下方；

2b)按照右手螺旋法則，建立空間直角坐標系O-XYZ，將攝像機的擬工作空間位于空間直角坐標系O-XYZ的第一卦限，X軸為擬工作空間的寬度方向，Y軸為擬工作空間的長度方向，Z軸為擬工作空間的高度方向；通過攝像機位置坐標值與四根柔索支撐立柱四個頂點的四個坐標值，采用空間線段長度公式分別計算四根柔索的索長，將攝像機安裝的標定點坐標值和四根柔索的索長在數據顯示區顯示；將攝像機位置坐標值與四根柔索支撐立柱四個頂點的四個坐標值同時進行水平投影變換，采用計算機圖形學中坐標轉換方法轉換成位置控制機屏幕可顯示的二維坐標值，在位置控制機屏幕上顯示二維坐標值對應的點，將表示攝像機的點分別與表示四根柔索支撐立柱四個頂點的點用線段相連，在水平運動動畫顯示區顯示攝像機的水平運動動畫的初始狀態；

2c)按照右手螺旋法則，建立空間直角坐標系O′-X′Y′Z′，原點O′為攝像機鏡頭中心，X′軸正方向為沿攝像機鏡頭軸線向外的方向；Y′軸正方向為垂直于攝像機鏡頭軸線向右的方向，Z′軸正方向為垂直于攝像機鏡頭軸線向上的方向，原點O′與空間直角坐標系O-XYZ中代表攝像機的點位置重合；在空間直角坐標系O′-X′Y′Z′中，以原點O′為起點，沿X′軸正方向建立一個固定長度的箭頭，代表攝像機姿態，采用計算機圖形學中坐標系轉換方法將轉動后的姿態箭頭轉換到空間直角坐標系O-XYZ中；在空間直角坐標系O-XYZ中，將攝像機位置坐標值、代表四根柔索支撐立柱的四條線段與姿態箭頭同時進行三維投影變換，采用計算機圖形學中坐標轉換方法轉換成位置控制機屏幕可顯示的二維坐標值，在位置控制機屏幕上顯示二維坐標值對應的點、線段和姿態箭頭，將表示攝像機的點分別與表示四根柔索支撐立柱四個頂點的點用線段相連，在三維運動動畫顯示區顯示攝像機的三維運動動畫和攝像機的姿態箭頭的初始狀態；

(3)顯示攝像機拍攝的視頻：

將攝像機拍攝的視頻通過視頻信號傳輸線傳輸到畫面處理機，畫面處理機將視頻在畫面處理機的屏幕上顯示；

(4)控制攝像機的位置和姿態：

4a)觀察數據顯示區中的攝像機位置坐標值，當拍攝目標在工作空間內大范圍移動時，通過撥動位置控制手柄使顯示的位置坐標值調整為操作人員期望的拍攝位置；

4b)觀察畫面處理機屏幕中的拍攝目標，當拍攝目標在畫面處理機屏幕內小范圍移動時，通過撥動姿態控制手柄控制攝像機俯仰轉動和方位轉動，使畫面處理機屏幕中的拍攝目標位于畫面處理機屏幕的中心區域，通過撥動焦距控制手柄，使畫面處理機屏幕上的圖像清晰；

(5)判斷索力是否安全：

5a)立柱頂端的索力傳感器，向位置控制機發送由索力傳感器獲得的四根柔索的索力值；

5b)位置控制機判斷四根柔索的索力值中的最大值是否大于步驟1d)中設定的索力安全值，若大于索力安全值，則執行步驟(6)，否則，執行步驟(7)；

(6)控制攝像機向下移動：

位置控制機發出聲音報警，提示四根柔索的索力值中的最大值已經超出索力安全值，通過撥動位置控制手柄使攝像機向下移動，直到位置控制機不再發出聲音報警；

(7)顯示運動參數、運動動畫和姿態箭頭：

7a)按照下式計算攝像機的位置坐標值：

x=x0+t·Σi=1nVx]]>

y=y0+t·Σi=1nVy]]>

z=z0+t·Σi=1nVz]]>

其中，x、y、z分別表示當前時刻空間直角坐標系O-XYZ中攝像機向X、Y、Z坐標軸的投影到坐標原點的距離；x₀、y₀、z₀分別表示初始時刻空間直角坐標系O-XYZ中攝像機向X、Y、Z坐標軸的投影到坐標原點的距離；t表示位置控制機連續2次計算的間隔時間；n表示位置控制機從初始時刻到當前時刻所完成的計算次數；V_x、V_y、V_z分別表示當前時刻位置控制手柄發上送的X、Y、Z坐標軸方向的速度矢量；

7b)采用矢量運算公式，計算攝像機的移動速度；

7c)采用空間線段長度公式，分別計算四根柔索的索長；

7d)位置控制機將處理后的攝像機位置坐標值、攝像機的移動速度和四根柔索的索長在數據顯示區顯示；

7e)在空間直角坐標系O-XYZ中，將攝像機位置坐標值與四根柔索支撐立柱四個頂點的四個坐標值同時進行水平投影變換，采用計算機圖形學中坐標轉換方法轉換成位置控制機屏幕可顯示的二維坐標值，在位置控制機屏幕上顯示二維坐標值對應的點，將表示攝像機的點分別與表示四根柔索支撐立柱四個頂點的點用線段相連，位置控制機屏幕通過每隔20毫秒刷新一次，在水平運動動畫顯示區顯示水平運動動畫；

7f)在空間直角坐標系O′-X′Y′Z′中，將空間直角坐標系O′-X′Y′Z′按照姿態控制手柄發送的俯仰轉動角度值和方位轉動角度值分別繞Y′軸和Z′軸轉動，采用計算機圖形學中坐標系轉換方法將空間直角坐標系O′-X′Y′Z′中的姿態箭頭轉換到空間直角坐標系O-XYZ中，在空間直角坐標系O-XYZ中，將攝像機位置坐標值、代表四根柔索支撐立柱的四條線段與姿態箭頭同時進行三維投影變換，采用計算機圖形學中坐標轉換方法轉換成位置控制機屏幕可顯示的二維坐標值，在位置控制機屏幕上顯示二維坐標值對應的點、線段和姿態箭頭，將表示攝像機的點分別與表示四根柔索支撐立柱四個頂點的點用線段相連，位置控制機屏幕通過每隔20毫秒刷新一次，在三維運動動畫顯示區顯示三維運動動畫和攝像機的姿態箭頭；

(8)調整攝像機的位置和姿態：

8a)觀察數據顯示區中的攝像機位置坐標值，當拍攝目標在工作空間內大范圍移動時，通過撥動位置控制手柄使顯示的位置坐標值調整為操作人員期望的拍攝位置；

8b)觀察數據顯示區中的攝像機移動速度，當顯示的攝像機移動速度較快時，通過減小位置控制手柄的傾斜角度，使顯示的攝像機移動速度降低；

8c)觀察水平運動動畫顯示區中的攝像機水平運動動畫，當代表攝像機的圓點移動到水平運動動畫的邊緣時，通過撥動位置控制手柄使代表攝像機的圓點沿著水平運動動畫的矩形邊緣移動，使攝像機在工作空間邊緣跟隨拍攝目標移動，或者通過撥動位置控制手柄使代表攝像機的圓點返回到水平運動動畫的矩形內限定區域，使攝像機在工作空間內限定區域跟隨拍攝目標移動；

8d)觀察三維運動動畫顯示區中的三維運動動畫，當代表攝像機的圓點接近三維運動動畫中長方體的邊界時，通過撥動位置控制手柄使代表攝像機的圓點離開三維運動動畫中長方體的邊界；

8e)觀察三維運動動畫顯示區中的姿態箭頭，當拍攝目標改變時，通過撥動姿態控制手柄控制攝像機俯仰轉動和方位轉動，使箭頭指向下一個拍攝目標。