面向待观察点的监控实况启动方法及装置的制造方法

面向待观察点的监控实况启动方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及安防监控领域，尤其涉及面向待观察点的监控实况启动方法及装置。
【背景技术】
[0002]在安防监控系统中，为了对整个监控场景尽可能全面地观察，需要在整个监控场景的不同地点及不同角度布置摄像机，并在屏幕上显示摄像机监控实况的画面。
[0003]在传统的监控系统所采用的监控方法中，当用户需要查看某一地点的实况时，需要知道该地点所对应的摄像机名称再进行搜索，在搜索得到后调用对应的摄像机，通过远程控制来启动摄像机的监控实况，观察所感兴趣地点的实时状况。这种监控实况启动方法的缺点在于，在摄像机布设太多的情况下，用户需要记住不同地点各角度的摄像机名称，并且需要逐个查看该地点所对应的多个摄像机，来得到所需要的最佳观察角度，这种查找方式效率太过低下。
[0004]随着三维建模技术在监控领域的使用，准确、快速、方便的查找与待观察点关联的摄像机变得越来越迫切。传统的模糊查询方法只能帮助用户从地理位置关联度上快速查找摄像机，同时若想筛选出与待观察点的关联度最强的实况，必须尝试启动查询到的所有摄像机，查看哪个才能较好地观察这个区域，效率较低，并且这种呈现方式不能直观地反映出各个摄像机的安装位置，摄像机的安装位置要依靠用户自己去记忆，用户的观感较差。
[0005]为了改进用户的观感，引入了三维监控系统，这种监控系统所采用的监控实况启动方法在于:首先建立三维虚拟环境，具体为通过获取的建筑物或地形图图纸等(例如可以为CAD图)构建三维虚拟空间，再将实际地点中的物品等制作3D模型，并导入三维虚拟空间中，建立与实际环境接近度较高的三维虚拟环境；接着，导入摄像机模型并生成虚拟摄像机，虚拟摄像机与真实摄像机--对应，各虚拟摄像机按照真实摄像机在实际环境中的安装方式安装在三维虚拟环境的对应位置；然后，根据用户所选取的虚拟摄像机，启动对应的真实摄像机监控实况，并根据用户输入的操作命令对摄像机进行对应的操作。这种监控实况启动方法的优点是可以在三维虚拟环境中直观查找摄像机。但是由于摄像机在整个环境中所占比例很小，在实际操作时用户比较难以选中，操作起来较为困难；并且，用户在三维虚拟环境中只能根据摄像头设置的位置大致地判断最佳观察角度，实际上由于摄像机的物理参数等原因，可能存在更符合用户需要的观察角度。
[0006]因此，如何能够根据用户的需要，自动关联对应的摄像机，快速启动某个指定区域的关联度最强摄像机监控实况，减少操作的复杂度，是目前需要解决的问题。

【发明内容】

[0007]为了解决现有技术中用户对于需要观察的地点不能够快速简单找到对应摄像机的问题，本发明提供了一种面向待观察点的监控实况启动方法。
[0008]一种面向待观察点的监控实况启动方法，包括构建三维虚拟环境的步骤以及在三维虚拟环境中生成和真实摄像机一一对应的虚拟摄像机的步骤，还包括步骤:
[0009]在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机；
[0010]启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。
[0011]本发明所采用的监控实况启动方法改变了现有技术中用户对需要的位置的查看方法。由于用户需要观察的位置是一个区域，而利用本发明的方法，用户只要选取区域中任意一点，利用本发明方法就能够自动启动所需要的摄像机。这种方法一方面避免了用户在较大空间内要选中一个较小模型所造成的操作困难，另一方面为用户排除了大量无法看到需观察位置的无关摄像机，用户不需要在包含无关摄像机的摄像机群中找到想要启动的摄像机，从而减少了用户启动监控实况的复杂度，大大提高了效率。
[0012]由于真实摄像机的启动与否是依据所对应的虚拟摄像机可视域与待观察点之间的位置判断而进行的，因此，虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致性，启动真实摄像机监控实况的准确度就越高。作为一种优选，在产生待观察点之前，还包括步骤:调整虚拟摄像机的参数，使虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致；所述虚拟摄像机的参数调整包括以下至少一者:虚拟摄像机的安装位置调整，使虚拟摄像机的安装位置与真实摄像机的安装位置一致；虚拟摄像机的焦距调整，使虚拟摄像机的焦距与真实摄像机的焦距一致；虚拟摄像机的感光元件的宽度和高度调整，使虚拟摄像机的感光元件与真实摄像机的感光元件一致。
[0013]通过可视域的一致性调整，能够避免可看到待观察点的真实摄像机监控实况的误启动或漏启动。影响可视域的因素包括安装位置、焦距以及感光元件形状。虚拟摄像机在三维虚拟环境中的安装位置与真实摄像机安装位置一致，能够保证虚拟摄像机的视野范围大致相同。由于焦距决定了虚拟摄像机的水平视角和竖直视场角，因此，通过调整焦距，保证了视角的相同。
[0014]为了使用户在虚拟三维环境中所选中的观察位置对应到真实环境中能够保持一致，作为一种优选，所构建的三维虚拟环境中各物体之间大小比例与真实环境中物体大小比例相同。
[0015]在判断虚拟摄像机可视域是否包含待观察点时，遍历整个三维虚拟环境依次判断会造成时间上的浪费，因为很多虚拟摄像机与待观察点的距离或者视角完全无关。因此，在得到待观察点后，将虚拟摄像机的遍历范围缩小到待观察点所在防区，能够排除很多无关的虚拟摄像机，从而提高效率。作为一种优选，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机包括步骤:计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的防区，判断待观察点对应防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。防区的划分方式有多种，例如可以是划分为互不包含的防区，也可以是在较大防区内再划分较小的防区，或者是这两种的结合。
[0016]在防区内进行判断，已排除了处于防区外的虚拟摄像机，为了使得更近一步地排除无关的虚拟摄像机，作为一种优选，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，单个防区由多个最小防区组成，获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机包括步骤:计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的最小防区，判断待观察点对应最小防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。此处防区的划分方式同样有多种，例如可以是划分为互不包含的防区，也可以是在较大的防区内再划分较小的防区，或者是这两种的结合。其中各个防区均由多个最小防区组成。
[0017]进一步而言，启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况包括判断可视域包含待观察点的虚拟摄像机的个数步骤:如果个数为一个，则启动该虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；如果个数大于等于两个，则计算各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；
[0018]所述虚拟摄像机与待观察点的关联度为若干个关联度影响因子与各自对应的权值的乘积之和。
[0019]由于待观察点的选取问题，可以看到待观察点的虚拟摄像机可能是一个，也可能为多个。在只有一个摄像机的情况下，只需要直接启动该虚拟摄像机对应的真实摄像机即可；而存在多个虚拟摄像机时，通过根据用户的需求筛选出关联度最大的虚拟摄像机，获得最适合观察的虚拟摄像机，进一步简化了用户的操作复杂度。
[0020]由于在观察时，不同的关联度影响因子对关联度的贡献程度不同，因此为不同的关联度影响因子分配不同的权值。其中关联度影响因子及权值可以是预先设定的，也可以由用户自主选择。
[0021]一般而言，用户一般要看一个待观察点，通常与待观察点与摄像机之间的距离、摄像机与待观察点分辨率和方向有关。因此进一步而言，所述关联度影响因子包括以下至少一者:
[0022]待观察点到虚拟摄像机的距离；
[0023]待观察点处虚拟摄像机的可视域在可视宽度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到的值；
[0024]待观察点处虚拟摄像机的可视域在可视高度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到的值；
[0025]待观察点方向与虚拟摄像机视线方向的夹角。
[0026]由于关联度最大的虚拟摄像机不一定是视角最佳的虚拟摄像机，因此在得到多个按关联度排列的虚拟摄像机之后，进一步而言，还包括步骤:将可视域包含待观察点的虚拟摄像机的列表信息按关联度的大小依次排列显示。用户可以根据所显示的列表信息，手动切换到不同视角的虚拟摄像机，并启动对应的真实摄像机监控实况，这种方法为用户观察提供了较为灵活的选择余地。
[0027]待观察点为一个时，用户在操作时可以通过鼠标点击来选中，另外用户 也可以查看鼠标移动选择需要观察的区域，增加观察位置选取的灵活性，因此作为一种优选，所述待观察点为多个围成一待观察区域，对应地，所获取虚拟摄像机的可视域完整包含所述的待观察区域。
[0028]利用本发明方法，本发明另外提供了一种装置，根据用户所选择的待观察点，启动对应的摄像机监控实况。
[0029]—种面向待观察点的监控实况启动装置，包括构建三维虚拟环境的虚拟环境构建单元以及在三维虚拟环境中生成虚拟摄像机的虚拟摄像机生成单元，还包括:
[0030]待观察点关联单元，在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机；
[0031]监控实况启动单元，启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。
[0032]监控实况启动装置针对待观察点启动可查看到待观察点的虚拟摄像机，减少了用户对所关心的位置进行监控实况查看的复杂程度。
[0033]为了使虚拟摄像机的可视域与真实摄像机可视域一致，进一步而言，还包括虚拟摄像机参数调整单元，用于在产生待观察点之前，调整虚拟摄像机的参数，使虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致，所述虚拟摄像机参数调整单元包括以下至少一者:安装位置调整模块，用于虚拟摄像机的安装位置调整，使虚拟摄像机的安装位置与真实摄像机的安装位置一致；焦距调整模块，用于虚拟摄像机的焦距调整，使虚拟摄像机的焦距与真实摄像机的焦距一致；感光元件调整模块，用于虚拟摄像机的感光元件的宽度和高度调整，使虚拟摄像机的感光元件与真实摄像机的感光元件一致。
[0034]进一步而言，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，待观察点关联单元包括:
[0035]防区获取子单元，用于计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的防区；
[0036]防区虚拟摄像机获取子单元，用于判断待观察点对应防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。
[0037]进一步而言，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，单个防区由多个最小防区组成，待观察点关联单元包括:
[0038]最小防区获取子单元，用于计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的最小防区；
[0039]最小防区虚拟摄像机获取子单元，用于判断待观察点对应最小防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。
[0040]进一步而言，监控实况启动单元包括判断启动子单元，用于判断可视域包含待观察点的虚拟摄像机个数判断单元:如果个数为一个，则启动该虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；如果个数大于等于两个，则计算各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；
[0041]所述虚拟摄像机与待观察点的关联度为若干个关联度影响因子与各自对应的权值的乘积之和。
[0042]本发明方法及装置突出的优点在于，将用户的操作方式从选中虚拟摄像机改为选中需观察区域，一方面避免了用户在较大空间内要选中一个较小模型所造成的操作困难，另一方面为用户排除了大量无法看到需观察位置的无关摄像机，用户不需要在包含无关摄像机的摄像机群中找到想要启动的摄像机，从而减少了用户启动监控实况的复杂度，大大提高了效率。并且，在具有多个虚拟摄像机时，通过虚拟摄像机的关联度计算及排序，为用户筛选出最符合用户需求的虚拟摄像机，进一步减少了用户操作复杂度。
【附图说明】
[0043]图1为本发明一个实施例的流程图；
[0044]图2为当前实施例所建立三维虚拟环境中物体模型的组织树图；
[0045]图3为当前实施例中虚拟摄像机生成及调整的方法示意图；
[0046]图4A为感光元件宽度与输出成像长度之间的关系示意图；
[0047]图4B为感光元件高度与输出成像宽度之间的关系示意图；
[0048]图5为三维虚拟环境中产生待观察点的示意图；
[0049]图6为待观察点的世界坐标值的获取算法流程图；
[0050]图7为射线与三角面片相交示意图；
[0051]图8为待观察点位于摄像机视锥体内的示意图；
[0052]图9为平面及法向量的关系示意图；
[0053]图10为最小防区结构示意图。
【具体实施方式】
[0054]为了对本发明进行详细的解释，现结合说明书附图及实施例对本发明进行进一步的阐述。
[0055]本发明的一个实施例的面向待观察点的监控实况装置适用于摄像机覆盖较密集的场所，包括展厅、机场、楼宇等，例如当前实施例中，安装场所为展厅，在展厅中安装有相当多的摄像机，利用本发明的监控实况方法，用户能够方便地观察所需要的展台。如图1所示，当前实施例的方法包括如下步骤:
[0056]A，利用虚拟环境构建单元构建三维虚拟环境。
[0057]这一步骤与现有的三维监控软件所采用的方法相同，根据建筑物结构图纸等资源，建立三维虚拟环境，其中三维虚拟环境中各物体之间的比例按实际比例建模，各物体模型具有深度信息。在三维虚拟环境中，所有的物体模型遵循既定的组织关系，形成组织树，如图2所示，在根节点下设有若干建筑物节点，每个建筑物节点根据实际情况设有若干房间节点，房间节点再根据实际情况设若干摄像机节点。为了使用户在选中待观察点时与实际环境中的位置一致，三维虚拟环境中的物体模型比例与实际环境中的比例相同。
[0058]B，在三维虚拟环境中生成虚拟摄像机，调整虚拟摄像机的参数，使各虚拟摄像机与对应的真实摄像机可视域一致。
[0059]步骤B由虚拟摄像机生成单元完成，步骤B如图3所示，具体包括步骤:导入摄像机模型；生成虚拟摄像机；调整虚拟摄像机的参数，使各虚拟摄像机的可视域与对应的真实摄像机可视域一致。
[0060]其中摄像机模型与真实摄像机--对应。由于建筑物一般建成后不会进行结构更改，而摄像机则可能进行增减，因此，摄像机模型的导入不在既定的建筑物导入流程中，而是一种按需更新的实时导入模式。用户根据需求，从摄像机模型库中拖入所需型号的摄像机模型，用PhsicalCam表示。为了使虚拟摄像机的安装位置反映建筑物的真实摄像机安装位置，将摄像机模型安装在三维虚拟环境中的对应位置。
[0061]在摄像机模型的感光元件设置处，会自动生成与之对应的虚拟摄像机，用
VirtualCam表示。虚拟摄像机与真实摄像机--对应。感光元件为(XD或CMOS，在当前实施例中，感光7Π件为CCD。虚拟摄像机是应用在二维虚拟环境中，用来摄录二维虚拟环境的设备。它挂载在对应的PhsicalCam下。由于三维虚拟环境中的各个物体模型是按实际环境中各物体的真实比例构建，因此摄像机参数调节单元通过调节摄像机的相关参数，使得VirtualCam的可视域与真实摄像机一致，因而所有VirtualCam的计算结果可以应用到真实摄像机上。
[0062]在当前实施例中参数的调整包括:虚拟摄像机的安装位置、焦距以及感光元件的长度和宽度，将这几个参数调整为与真实摄像机一致，可以确保虚拟摄像机的可视域与真实摄像机可视域一致。对应地，虚拟摄像机参数调节单元包括安装位置调整模块、焦距调整模块以及感光元件调整模块。
[0063]其中，虚拟摄像机的安装位置通过安装位置调整模块完成。
[0064]感光元件调整模块通过调整CXD的宽度和高度，能够使得虚拟摄像机与真实摄像机的CCD分辨率相同，另外由光学知识可知，如图4A及图4B所示，其中w和h分别为CCD的宽和高，W和H分别为成像的长和宽，图中椭圆表示透镜，F表示透镜到CCD的距离，即焦距，其中夹角A表示水平视场角，夹角B表示竖直视场角，推导如下公式:
[0065]Aspect = w/ho
[0066]其中Aspect为成像输出的长宽比。
[0067]而水平视场角的表达式为
[0068]AGhor= 2arctan (w/2F)
[0069]竖直视场角的表达式为
[0070]AGver= 2arctan (h/2F)
[0071 ] 其中F为虚拟摄像机的焦距，在w、h确定的情况下，用户只需要通过焦距调节模块调节焦距F就可以达到一致的水平视角和竖直视角，最终使虚拟摄像机所摄图像与真实摄像机的一致。
[0072]其中，当前实施例中，虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致程度ACCvp的判断主要根据三个因素进行:PhSicalCam的安装精确度ACC_S，VirtualCam的安装精确度 ACCvp qsW及参数设置的精确度 ACCpara,因此 ACCvl^表示为 ACCvp= f (ACCppos, ACCvpos, ACCpara)。其中ACC_S，ACCvptjs都是由用户对摄像机模型的操作引起，与摄像机模型的制作精细程度相关。各精确度通过误差百分比来表示，例如，虚拟摄像机安装位置到基准点的距离与真实摄像机安装位置到基准点位置的距离误差在2%即表示安装一致，其他精确度类似。
[0073]在进行设置时，通过这些参数的调整，使虚拟摄像机输出的图像与真实摄像机一致。
[0074]C，在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机。
[0075]该步骤由待观察点关联单元完成。如图5所示，图中C所表示的圆圈即为待观察点。要获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机，首先要获取待观察点的位置，也就是获取待观察点的世界坐标值，待观察点的世界坐标值的获取算法流程如图6所示。
[0076]用户通过输入操作命令选中待观察点，在当前实施例中，待观察点是通过鼠标双击的方法选中的，在其他的实施方式中，同样可以使用单击或者右键点击实现。另外，用户也可以用鼠标在模型中拖选出一个由待观察点组成的一个区域。
[0077]在构建三维虚拟环境时，各个物体模型均包括多个三角面片，用户鼠标双击三维虚拟环境中的建筑物地面、墙体或者其他物体时，可以通过从三维视角点和鼠标位置所生产的射线与三维虚拟环境中的三角面片相交的方式获得相交点的三维坐标值。
[0078]待观察点的坐标计算的实质为空间射线与空间三角形的碰撞检测算法。
[0079]射线与三维虚拟环境中的场景做相交检测后可得相交的物体模型，然后再与物体模型的每个三角面片做相交测试，最终得到的相交点作为最终的待观察点坐标。
[0080]射线与三角面片的碰撞检测如图7所示。D2表示摄像机的视线方向，即射线；D1为射线与与三角面片的交点，即待观察点。
[0081]该算法的时间复杂度约为O (N*M)，N为与射线相交的物体数量，M为每个物体的三角面片数量。
[0082]对于待观察点而言，一个整体的环境中会因为距离过远、视角无法覆盖、分层等原因，存在一些与待观察点完全无关的摄像机，而再逐个判断待观察点是否包含在可视域中时如果能排除这些无关的摄像机，则可以大大缩小范围，起到节约时间、提高效率的作用。
[0083]在进行安防布置时，会将实际环境进行防区划分，划分方式有多种，防区可以互不包含，也可以在较大的防区中包含较小的防区，或者两种方式的结合。在当前实施例中，单个防区由多个最小防区组成，且较大的防区内包含较小的防区，且较大的防区及较小的防区均由最小防区组成。图10即为最小防区的示意图，其中E表示防区内的摄像机。因此，在当前实施例中得到待观察点的坐标后，可以由最小防区获取子单元根据坐标得出该待观察点所在的最小防区，从而排除其余无关的虚拟摄像机。例如，待观察点坐标在某个房间，则可以根据三维组织关系图可以清晰地得到某房间所在的最小防区，得到最小防区内的虚拟摄像机列表，在最小防区内的虚拟摄像机即为与待观察点关联的虚拟摄像机。
[0084]尽管已经得到了待观察点关联的虚拟摄像机列表，但待观察点不一定落在防区内所有虚拟摄像机的可视域内，因此由最小防区虚拟摄像机获取子单元遍历所关联的虚拟摄像机列表，逐个判断待观察点是否落在最小防区内的各个虚拟摄像机的可视域中，从而排除无法观察到待观察点的虚拟摄像机，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。
[0085]虚拟摄像机的可视域可以精确地表示为视锥体，视锥体为由六个面组成的六面体。每个面可以表示为由三个点组成的平面方程，表示为Plane (VI，V2, V3)，其中VI，V2, V3为平面上的三个点，视锥体如图8所示。图8中F表示摄像机，Gl表示视锥体的近裁剪面，G2表示物体模型，G3表示视锥体的远裁剪面，O至3分别为近裁剪面的顶点，4至7分别为远裁剪面的顶点。
[0086]对于视锥体各个平面的方程，可以直接通过平面上的三个点表示。而对于视锥体八个顶点的坐标求值，可以直接利用水平视场角和竖直视场角的公式、虚拟摄像机的位置和方向进行计算。对于每个虚拟摄像机，判断待观察点是否在该虚拟摄像机可视域中的具体流程如下:
[0087]I)计算视锥体的裁剪面各个顶点在摄像机坐标系下的坐标值。以近裁剪面上任意一个顶点为例，NearDist为近裁剪面距离，则该顶点在水平方向上距离的一半为:
[0088]halfw= tan(AGhoe).NearDist
[0089]该顶点在竖直方向上距离的一半为
[0090]halfh= tan(AGver).NearDist
[0091]继而可以得出顶点0-3的摄像机坐标为(土halfw，土halfh，-NearDist),4-7的坐标将近裁剪面距离换为远裁剪面距离后类推。
[0092]2)将各个顶点在摄像机坐标系下的坐标值转换为世界坐标系下的坐标值。由于求出的待观察点坐标为世界坐标系下的坐标值，因此裁剪面上的坐标值需要转换为世界坐标系下的坐标值。此时必须求得摄像机视图矩阵CamViewMatrix的逆矩阵CamViewMatrix.1nverse O，将逆矩阵乘上视图坐标即可。如顶点O的世界坐标可表示为
[0093]WorldSpaceCorners[O]=
[0094]CamViewMatrix.1nverse ().(halfw, halfh, -NearDist)
[0095]3)求得各个平面的方程，同时规定计算平面朝外的法向量。如图9所示，四边形表示平面，箭头表示法向量，箭头所在一侧即为平面的外侧。如对于近裁剪面，平面方程可表示为Plane_NCP = Plane (V0, VI，V2)，其法向量η为01向量叉乘02向量，表示如下
[0096]n = (Vl-VO) X (V2-V0)。
[0097]如果一个点位于视锥体的内部，那么这个点一定位于每个平面的内侧，即相反法向量的一侧。这里，定义法向量一侧为平面的外侧，法向量相反方向的一侧为平面的内侧。平面方程也可表示为点法式，即η.V+d = O。
[0098]获得各个面的方程和法向量后，对于任意测试点V(X，Y, Z)，只要将该测试点坐标代入平面方程，有如下情况:
[0099]a.如果η.V+d = 0，V点在平面上；
[0100]b.如果η.V+d > 0，V点在平面外侧；
[0101]c.如果η.V+d < 0，V点在平面内侧；
[0102]因此，判断待观察点是否在视锥体内，只要将待观察点的坐标分别代入视锥体的六个平面方程中，如果结果都在平面的内侧，则待观察点在该虚拟摄像机的视锥体内，即意味着待观察点在该摄像机的可视域内。
[0103]在当前实施例中，是使用点信息判断是否在视锥体内部，同样可以使用判断选中的三角面是否与视锥体相交来实现，双击点是通过鼠标射线与模型物体的面相交获得点信息，此时同时可以得到射线相交面的信息，通过该面是否与视锥体相交同样可以达到效果。
[0104]在步骤C操作的结果中，如果只得到一个可视域包含待观察点的摄像机，则无需计算关联度，直接开启该虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。如果出现多个虚拟摄像机的可视域同时覆盖待观察点的情况，则需要计算各虚拟摄像机与待观察点的关联度。因此通过判断启动子单元来判断可视域包含待观察点的虚拟摄像机个数判断单元:如果个数为一个，则启动该虚拟摄像机所对应的真实摄像机；如果个数大于等于两个，则计算各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况。在当前实施例中，满足条件的虚拟摄像机为多个，因此，进入步骤D。
[0105]D，计算可视域中包含待观察点的各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。
[0106]定义关联度为W，表示所选待观察点与当前虚拟摄像机的联系紧密度。它可由η个关联度影响因子控制，X1, \，χ3，…，χη，同时，每个关联度影响因子对关联度的贡献程度可用关联度影响因子的权值表示，权值越大代表贡献越大，η个关联因子的权值分别为U1,U2,…，un。因此，W = U1.Xfu2.X2+…+un.Xn，用矩阵表示则为 W = U.Xt，其中 U = [U1,u2，…，un]，X = [X1, X2,…，Xn]。
[0107]关联度影响因子可以包括:待观察点到虚拟摄像机的距离；待观察点处摄像机的可视域在可视宽度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到 的值(水平清晰度)；待观察点处摄像机的可视域在可视高度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到的值(垂直清晰度)；待观察点方向与摄像机视线方向的夹角等。每种关联因子的权值可以根据需求设置。
[0108]由于待观察点是静态的，在当前实施例中，选择待观察点到虚拟摄像机的距离L和摄像机在待观察点处的水平清晰度R作为影响因素，各占50%的权值。
[0109]计算L和R时，假设待观察点坐标为V，虚拟摄像机的水平分辨率为Q则
[0110]L= (V-CamfforldPosit1n).Length
[0111]R = Q/ (2*tan (AGhor) *( (V—CamWor I dPosit1n)
[0112].CamfforldDirect1n))
[0113]W = 0.5*R_0.5*L
[0114]由W的计算公式可知，R值越大关联度越大，L越大关联度越小，其中Length表示向量(V-CamWor I dPosit1n)的模，CamWorldPosit1n表示虚拟摄像机的世界坐标，CamfforldDirect1n表示虚拟摄像机的视线方向。
[0115]由于对观察点具有最佳视角的虚拟摄像机并不一定是关联度最大的虚拟摄像机，所以必须保存所有可视域内包含待观察点的虚拟摄像机列表信息。当前实施例还包括列表显示单元，由列表显示单元将可视域包含待观察点的虚拟摄像机的列表信息按关联度的大小依次排列显示。由用户手动观察选择列表中的虚拟摄像机，当前实施例采用的是通过实况窗格上的视角切换按钮来切换虚拟摄像机，由用户逐个手动切换虚拟摄像机来选择最佳视角。
[0116]当用户需要查看某展台前的情况，原有的三维监控软件此时需要查询该展台相关的摄像机，然后启动摄像机实况，通过此方案的应用，只需要在三维虚拟环境中快速定位到该展台的物体模型，鼠标双击需要查看的区域位置，此时自动关联该位置的摄像机启动实况，如果多个摄像机覆盖，还可以通过视角切换按钮切换到不同的摄像机。
[0117]本发明的监控实况方法及装置一方面避免了用户在较大空间内要选中一个较小模型所造成的操作困难，另一方面为用户排除了大量无法看到需观察位置的无关摄像机，用户不需要在包含无关摄像机的摄像机群中找到想要启动的摄像机，从而减少了用户启动监控实况的复杂度，大大提高了效率。并且，在具有多个虚拟摄像机时，通过虚拟摄像机的关联度计算及排序，为用户筛选出最符合用户需求的虚拟摄像机，进一步减少了用户操作复杂度。
【主权项】
1.一种面向待观察点的监控实况启动方法，包括构建三维虚拟环境的步骤以及在三维虚拟环境中生成和真实摄像机一一对应的虚拟摄像机的步骤，其特征在于，还包括步骤: 在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机； 启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。2.如权利要求1所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，在产生待观察点之前，还包括步骤:调整虚拟摄像机的参数，使虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致；所述虚拟摄像机的参数调整包括以下至少一者:虚拟摄像机的安装位置调整，使虚拟摄像机的安装位置与真实摄像机的安装位置一致；虚拟摄像机的焦距调整，使虚拟摄像机的焦距与真实摄像机的焦距一致；虚拟摄像机的感光元件的宽度和高度调整，使虚拟摄像机的感光元件与真实摄像机的感光元件一致。3.如权利要求1所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机包括步骤:计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的防区，判断待观察点对应防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。4.如权利要求1所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，单个防区由多个最小防区组成，获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机包括步骤:计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的最小防区，判断待观察点对应最小防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。5.如权利要求1所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况包括判断可视域包含待观察点的虚拟摄像机的个数步骤:如果个数为一个，则启动该虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；如果个数大于等于两个，则计算各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况； 所述虚拟摄像机与待观察点的关联度为若干个关联度影响因子与各自对应的权值的乘积之和。6.如权利要求5所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，所述关联度影响因子包括以下至少一者: 待观察点到虚拟摄像机的距离； 待观察点处虚拟摄像机的可视域在可视宽度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到的值； 待观察点处虚拟摄像机的可视域在可视高度上所包含的像素个数除以可视宽度所得到的值； 待观察点方向与虚拟摄像机视线方向的夹角。7.如权利要求1-6任一项所述面向待观察点的监控实况启动方法，其特征在于，所述待观察点为多个围成一待观察区域，对应地，所获取虚拟摄像机的可视域完整包含所述的待观察区域。8.—种面向待观察点的监控实况启动装置，包括构建三维虚拟环境的虚拟环境构建单元以及在三维虚拟环境中生成虚拟摄像机的虚拟摄像机生成单元，其特征在于，还包括: 待观察点关联单元，在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机； 监控实况启动单元，启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。9.如权利要求8所述面向待观察点的监控实况启动装置，其特征在于，还包括虚拟摄像机参数调整单元，用于在产生待观察点之前，调整虚拟摄像机的参数，使虚拟摄像机的可视域与真实摄像机的可视域一致，所述虚拟摄像机参数调整单元包括以下至少一者:安装位置调整模块，用于虚拟摄像机的安装位置调整，使虚拟摄像机的安装位置与真实摄像机的安装位置一致；焦距调整模块，用于虚拟摄像机的焦距调整，使虚拟摄像机的焦距与真实摄像机的焦距一致；感光元件调整模块，用于虚拟摄像机的感光元件的宽度和高度调整，使虚拟摄像机的感光元件与真实摄像机的感光元件一致。10.如权利要求8所述面向待观察点的监控实况启动装置，其特征在于，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，待观察点关联单元包括: 防区获取子单元，用于计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的防区； 防区虚拟摄像机获取子单元，用于判断待观察点对应防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。11.如权利要求8所述面向待观察点的监控实况启动装置，其特征在于，所述三维虚拟环境被划分为若干防区，单个防区由多个最小防区组成，待观察点关联单元包括: 最小防区获取子单元，用于计算出待观察点的坐标值，根据待观察点的坐标值得到待观察点所在的最小防区； 最小防区虚拟摄像机获取子单元，用于判断待观察点对应最小防区内各个虚拟摄像机的可视域是否包含待观察点的坐标值，获得可视域中包含待观察点的所有虚拟摄像机。12.如权利要求8所述面向待观察点的监控实况启动装置，其特征在于，监控实况启动单元包括判断启动子单元，用于判断可视域包含待观察点的虚拟摄像机个数判断单元:如果个数为一个，则启动该虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况；如果个数大于等于两个，则计算各个虚拟摄像机与待观察点的关联度，并启动关联度最大的虚拟摄像机所对应的真实摄像机监控实况； 所述虚拟摄像机与待观察点的关联度为若干个关联度影响因子与各自对应的权值的乘积之和。
【专利摘要】本发明公开了一种面向待观察点的监控实况启动方法，包括构建三维虚拟环境的步骤以及在三维虚拟环境中生成和真实摄像机一一对应的虚拟摄像机的步骤，还包括步骤：在三维虚拟环境中产生待观察点，并获取可视域包含待观察点的全部虚拟摄像机；启动可视域包含待观察点的虚拟摄像机所对应的真实摄像机的监控实况。本发明利用该方法还公开了一种监控实况启动装置。本发明方法及装置将用户的操作方式从选中虚拟摄像机改为选中需观察区域，减少了用户启动监控实况的复杂度，大大提高了效率。
【IPC分类】G06T7/00, H04N7/18, G06T17/00
【公开号】CN104881870
【申请号】CN201510251501
【发明人】单远达
【申请人】浙江宇视科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年5月18日