基于云台精确控制的环境污染视频监控系统可行性报告.doc

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1、太原市科技项目立项可行性研究报告（二）太原市科技项目立项可行性研究报告编制提纲一、总论1申请项目的概述。应包括项目主要内容、创新点、技术水平，项目的主要用途及应用范围（限200字以内）。项目利用云台预置位精准控制技术在环境污染视频监控系统中实现了对监控目标的精确定位。该技术利用软件实现了云台的预置位功能，预置位精度高、数量多，受云台设备性能影响小，能以低成本实现高精度的控制。创新点是：采用隔点扫描，对图像相似性分析算法进行了改进，实现了云台任意位置的精确闭环控制；利用两重灰度方差法进行图像清晰度分析，基于远程闭环控制，实现了长焦距镜头的自动聚焦。技术水平达国内领先。项目主要用途是对环境空气污染

2、进行视频监控，应用于环境保护与环境监测。2简述项目的社会经济意义、目前的进展情况。空气污染是我国乃至世界面临的一个十分严重的环境问题。它直接影响着人类的生存和发展，积极防治空气污染是保护环境的一个重要环节，环保部门必须加大监管力度，采用先进的监测、监视设备打击非法排放烟尘的行为。烟气排放网络监测系统可综合发挥多点烟气排放监测系统的功能，对城市或地区的大气污染源实行动态监测，为大气污染物排放总量控制提供优质先进的服务。目前国内已有较多的有关烟气及空气质量远程监控系统的研究及应用。由于计算机网络的迅速发展，基于计算机网络的各种应用也越来越成熟。特别是随着视频图像压缩算法的不断改进，烟尘远程视频监控

3、系统的应用也越来越广泛。在这些烟尘视频监控系统中，普遍采用200mm以上(最长的采用800mm)的长焦距电动三可变或二可变镜头，其设计监控范围为一般为5公里。有的系统带有预置位，或32个，或64个，最多的有256个，有的系统没带。由于镜头焦距长，无法采用一体化摄像系统，镜头、摄像机、云台采用分体式， 因此，均未实现自动聚焦功能。当使用人员对准监控目标并进行变倍操作时，必须手动调焦，为使用都造成了一定的不便。为了在远程视频监控中精确定位污染点,需要对云台摄像系统采取精确定位，这样监控人员就可以实时快速定位监控点，准确的找到污染源并获得点位的相关信息。目前市场上远程监控所用的中型、重型云台预置位精

4、度都不太高，并且预置位点数一般小于64个，不能满足精确控制的要求，因此我们需要解决全方位云台预置位的精准控制技术，以提高污染源远程视频监控的性能。本项目利用软件方式实现了云台的精准控制，其预置位的准确度非常高，预置位个数理论上可达无穷多个，无论从数量还是精度上，都远远优于传统的预置位控制技术。本项目产品的应用，可以提高整个环境视频监控系统的自动化和智能化程度，简化操作，提高工作效率，为我市节能减排起到积极的作用。 我单位在2000年以后，一直致力于环保部门软硬件产品的开发。2004年我单位开发了污染源在线监测系统软件及用于PH值、污染设施运行状态以及远程视频图像采集的数据采集存储设备，并且已成

5、功研制出第一代的远程可视监测产品。2009年，我单位取得了宇佳环境视频监控系统、宇佳无线远程监控系统等两项与环境远程视频监控相关的软件著作权。 2010年，我单位研发了全方位云台预置位精准控制技术，并于2011年取了科技成果，其技术水平为国内领先。目前，正在将该成果进一步推广应用。3项目计划目标（此栏目各项指标是项目立项后，签订合同的主要内容，也是项目验收的主要依据。）（1）总体目标：包括项目执行期间（从项目起始时间到计划完成时间）计划投资额；项目完成时达到的阶段（中试或批量生产）、实现的年生产能力（或阶段成果）、企业资产规模、企业人员总数和因项目实施而新增就业人数等。项目执行期间计划投资28

6、8万；项目完成是达到中试阶段，实现年产值2000万元,企业资产规模达1600万元，企业人员总数达40人，因项目实施而新增就业人数10人。（2）经济目标：（此目标不是指企业指标，也不是指本项目达到的生产能力，而是指本项目在执行期内可实际累计实现的指标。）包括项目计划完成时累计实现的工业增加值、销售收入、缴税总额、净利润、创汇额等。本项目在项目执行期内，预计可实现工业增加值1500万元，销售收入2000万元，缴税总额300万元，净利润600万元。（3）技术、质量指标：包括项目计划完成时达到的主要技术与性能指标(需用定量的数据描述)、执行的质量标准、通过的国家相关行业许可认证及企业通过的质量认证体系

7、等。主要技术与性能指标： （1）在中型、重型云台上实现精确的预置位，并实现长焦距摄像机的自动聚焦功能。（2）预置位精度小于等于0.05度。（3）调整时间小于3秒。（4）预置位个数大于500。执行质量标准：ISO9001-2000版质量管理体系认证GB/T 8566 信息技术-软件生存周期过程GB/T 15532 计算机软件单元测试二、申报企业情况1申报企业基本情况包括企业名称、通讯地址、注册时间、注册资金、企业登记注册类型。企业名称：山西奥克斯电子系统工程中心注册时间：1992年注册资金：301.2万企业登记注册类型：全民所有2企业人员及开发能力论述企业法定代表人、项目技术负责人的基本情况，包

8、括学历、所学专业及主要工作业绩。法人张福生，男，汉族，1956年4月出生，黑龙江省佳木斯市人。1974年4月参加工作。先后主持并参与了山西省机电公司物资计算机管理软件、计算机模拟垂直磁记录过程分析、水电工程概预算软件、山西焦化厂计划统计计算机管理软件、以及磁卡考勤系统等多个项目的开发研制工作，均通过省、部级鉴定，其中中国珠算技术等级试题库计算机自动生成软件、儿童防疫金卡系统软件经省科委鉴定，获国家软件专利；永久信息磁卡和脉冲消磁机荣获国家专利；并主持过山西省煤焦出省控制管理系统、河南省农行通存、通兑三门峡分行应用系统等多个信息系统的研究开发，取得了较好的经济效益。曾主持编著物联网开启智能生活新

9、时代一书，并发表多篇学术论文。该同志还负责中国电子科技集团公司第三十三研究所与太原科技大学联合创办的工程硕士点的工作，先后指导建立了“计算机应用技术” 、“材料学” 和“材料物理化学”三个硕士学位授予点，培养了一批优秀毕业生和在读研究生。技术负责人张游杰，男，汉族，1973年10月出生，1996年毕业于西安市电子科技大学自动控制专业。历年来主持的主要项目如下：基于Internet的虚拟局域网(山西省科技攻关项目)磁性能综合测系统（山西省科技攻关项目）开放式污染源在线监测系统（山西省科技攻关项目）山西焦化厂焦炉压力分布式控制系统山西省煤焦公路收费计算机网络系统山西焦化厂配煤比计算机升级扩容改造工

10、程阳泉、长治军分区军库多媒体监控网络工程太原市环境监测中心站环境数据管理信息系统太原市环保局综合信息管理系统清徐县环保局综合信息管理系统太原市六城区环保分局(分局站院所)综合信息管理系统太原市环保局烟尘远程环境监控系统山西省环保局建设项目审批系统清徐县环保局上报软件系统太原市环保局重点企业网建设全方位云台预置位精准控制技术（取得科技成果）企业人员基本情况，包括企业人员总数、大专以上人员数；主要管理人员数、文化水平。职工总数 28 人；大专以上人员28人；主要管理人员3人文化水平大学。新产品开发能力情况，包括企业研发投入占企业年销售收入比例；科研开发队伍情况。山西奥克斯电子系统工程中心隶属于中国

11、电子科技集团公司第三十三研究所是山西省高新技术企业，主要从事电子产品、计算机软件开发凭借雄厚的军工研发实力，成功的完成了“JW-8601焦炉压力微机控制系统”、“全方位云台预置位精准控制技术”等数十项研发课题，获研发成果6项，省科技进步奖2项。研发投入占销售收入的20%。现有高级工程师6名，工程师10名中高级职称以上的科技人员占职工总人数的百分之60以上，科研开发队伍占高中级职称人员的50%。公司为信息产业部双软认证的软件企业。三项目的技术可行性和成熟性分析1项目的技术创新性论述（1）详细说明本项目的基本原理及关键技术内容；论述项目创新点，包括技术创新、产品结构创新、生产工艺创新、产品性能及使

12、用效果的显著变化等。基本原理：A.云台闭环控制基本原理采用闭环控制的方法实现云台预置位的精准控制。由于摄像机可以返回视频图像（输出量）而原预置点图像（输入量）可以事先存储，这使得输出信号与输入信号具备可比较性，最终具备闭环控制系统的基本条件。其控制框图如下：图1云台预置位闭环控制系统控制框图控制流程如下：控制系统输入一个恒定控制量并与计算测量系统输出的反馈量进行矢量叠加，然后通过自控系统共同控制云台执行机构动作，云台动作停止后摄像机返回拍摄图像传送到计算测量系统中，计算测量系统计算出控制精度，当精度满足预定精度时完成控制，否则重复上述过程。在软件上实现时，其步骤如下：1) 首选将摄像机对准要观

13、测的目标，并记录其图片（称为模板图片）。2) 当摄像机离开目标并再次回到该目标时，已经不能准确地对准目标了。3) 此时，记录当前的图片（称为实际图片）。对实际图片与模板图片经过图像分析与比较，确定这两幅图片的位置误差，以(x,y)记录其水平、垂直方向的误差。4) 按照误差调整云台位置，然后转到步骤3，直到x=0并且y=0。5) 此时已经非常精确地对准了目标。根据此原理，可计算出控制精度。以本项目中所用的镜头Tokina TM16Z7518GAIPN为例，当镜头处于焦距最短的位置时，其水平视角最大，其值为35.5，其图像的成像像素为704*574（D1格式），则其水平方向每个像素代表的角度为：3

14、5.5/7040.05当镜头处于焦距最长位置时，其水平视角最小，其值为2.3，此时，水平方向每个像素代表的角度值为:2.3/7040.0033在本项目中，采用闭环控制方式，可使实际图片与模板图片误差在1个像以内，因此，其最小精度可达0.05，最高精度可达0.0033。B自动聚焦基本原理自动聚焦同样采用闭环控制方式。其原理是：向任意方向(远或近)聚焦，如果所得图像的清晰度变高，则认为没有聚焦到最佳位置；直到图像清晰度由高变低（在此过程中需记录最高的清晰度值），此时认为已过了聚焦的最佳位置，需要向反向聚焦，直到清晰度值达到了所记录的最高值，则认为聚焦到了最佳位置。关键技术：A图像分析速度在本项目中

15、，采用了闭环控制的思想，因此，其精确度是非常高的。在这个解决方法中，有一个非常重要的问题：图片分析速度。图片分析上的速度直接决定了控制的速度。为了加快图片分析速度，我们采用基于隔行扫描的最大互相关匹配算法。图像匹配通常是在已知的个象素的图象中寻找个象素的子图像的匹配位置。最大互相关算法具有对噪声不敏感、匹配位置准确等特点，因而成为图像匹配采用的主要方法. 但采用最大互相关算法进行全搜索图像匹配，它的运算量非常大，约是的常数倍。相关匹配模型如下：设为一幅大小为的图像(记为)，是一幅的模板图像(记为)，本文根据相关匹配在中找出与相匹配的子块。用表示中以为左上角点与大小相同的的子块同时也表示该子块对

16、应的矩阵，即 (1)表示与的相关系数，具体定义如下: (2) 其中为的方差，为的方差，为和的协方差：从而 (3) (4)其中，和分别表示图像和的灰度均值。如果很大或接近1，则表明图像在点与图像匹配 通过上述模型寻找匹配时需要对A 的每个像素点进行搜索，计算量很大。经实验，匹配一幅图需要的时间很长，不适合本系统使用。因此，对引入另一个改造后的搜索方案：如果子块与图像相匹配，则他们的方差一定接近，所以引入相对误差 当时就不用计算，而去搜索下一个点，否则就计算，搜索完毕所有的点，使最大的点即为匹配位置。对于一幅给定的图象,规定左上角的象素坐标为（1，1），从上向下的方向为轴正向，从左向右的方向为 轴

17、正向，按此算法进行搜索，可大大减小计算量，提高运算速度。但是，该方法还可以继续改进。在此算法中，每比较一次的图片需要对每个点进行匹配。由于摄像机所摄图像是一个动态的视频流，所以每一个静态的截图都有一定的模糊。因此，在进行匹配时，完全可以隔一个点比较一次甚至隔2个点比较一次，直到找到匹配的区域，然后在此区域内再进行逐点匹配，直到找到精确的位置。B自动聚焦功能的实现在本项目中，采用基于图像清晰度的自动聚焦算法。具体步骤如下：(1)摄像机定位到某个方向后，判断当前图像的清晰度。(2)对镜头做一次聚集操作，再次判断图像的清晰度。(3)如果本次清晰度大于或高于上次清晰度，则向相同方像再次做聚焦操作，且执

18、行操作，并重新计算。重复执行这一步，直到。此时再向相反的方向执行一次聚焦操作，即可认为聚焦成功。(4)如果, 则向相反方像再次做聚焦操作，且执行操作，并重新计算。重复执行这一步，直到。此时再向相反的方向执行一次聚焦操作，即可认为聚焦成功。在此过程中，最关键的步骤是图像清晰度的判断。一般用来标志图像清晰度的函数有1、基于图像统计的方法如信息熵法,灰度方差法和直方图法等。2、基于图像边缘检测的方法如Laplacian 算子法和Sobel 算子法等。3、基于变换域的方法如快速Fouricr 算法等 。以上的清晰度曲线图均具有单峰特性,即存在一个唯一的焦距位置使图像的清晰度函数值最大。各种方法在计算速

19、度和对图像清晰度的敏感程度上各不相同,而且对具体的图像也有不同的敏感性。在本项目进行过程中，分可采用多重灰度方差法。在此方法中，要计算相邻的左面与上面的各2个像素的方差。其公式如下： C图像差别判定算法在本项目中，在判断云台(或镜头)是否在动作时，使用了图像差别判定算法。其原理是：如果云台（或镜头）在动作，那么连续两次采集(可以相差一定时间如100ms，下同)的图片差别将会很大；如果云台和镜头全部处于静止状态，则连续两次采集的图片差别将会很小。图像差别判定算法的原理是：将两个图像对应像素的灰度值相减，取其绝对值的和。其和越大，则图像差别越大；和越小，图像差别越小；如果和为0，则认为两图像完全相

20、同。创新点：A.采用隔点扫描，对图像相似性分析算法进行了改进，实现了云台任意位置的精确闭环控制；B.利用两重灰度方差法进行图像清晰度分析，基于远程闭环控制，实现了长焦距镜头的自动聚焦。C. 可在普通中型、重型云台上以低成本实现高精度的云台预置位控制，具有可任意设置预置位、控制精度受云台等设备的性能影响小等特点。D预置位精度高，预置位数量多（理论上可达无穷多个）。（2）详细描述项目的技术来源、合作单位情况；说明项目知识产权的归属情况。技术来源为我单位自有项目，合作单位为太原市环境保护局，项目知识产权全部归我单位所有。项目涉及到的知识产权有：软件著作权两项：宇佳环境视频监控系统、宇佳无线远程监控系

21、统科技成果一项：全方位云台预置位精准控制技术（3）简述本项目国内外发展现状、存在的主要问题及近期发展趋势，并就本项目与国内、外同类产品现行指标进行比较。国内外发展现状：空气污染是我国乃至世界面临的一个十分严重的环境问题。它直接影响着人类的生存和发展，积极防治空气污染是保护环境的一个重要环节，环保部门必须加大监管力度，采用先进的监测、监视设备打击非法排放烟尘的行为。烟气排放网络监测系统可综合发挥多点烟气排放监测系统的功能，对城市或地区的大气污染源实行动态监测，为大气污染物排放总量控制提供优质先进的服务。目前国内已有较多的有关烟气及空气质量远程监控系统的研究及应用。由于计算机网络的迅速发展，基于计

22、算机网络的各种应用也越来越成熟。特别是随着视频图像压缩算法的不断改进，烟尘远程视频监控系统的应用也越来越广泛。在这些烟尘视频监控系统中，普遍采用200mm以上(最长的采用800mm)的长焦距电动三可变或二可变镜头，其设计监控范围为一般为5公里。有的系统带有预置位，或32个，或64个，最多的有256个，有的系统没带。由于镜头焦距长，无法采用一体化摄像系统，镜头、摄像机、云台采用分体式， 因此，均未实现自动聚焦功能。当使用人员对准监控目标并进行变倍操作时，必须手动调焦，为使用都造成了一定的不便。同类技术对比：传统的监控系统都是通过云台设备本身实现预置位。其实现方式有以下两种。高速球的预置位功能实现

23、是这样的，高速球机云台在上电瞬间，球机自身要自检一次，一般是来回360度转一圈，然后停留在一个固定的位置。因为高速球产品可以连续360度旋转，所以必须在机械结构上设置一个导电环，并且在机械结构上设置一个光电开关。这个开关是光信号作为云台的始点与终点。因高速球云台采用的是步进电机，在云台一上电，球机解码板单片机采取中断方式记录电机转一圈到光电开关的电机步数，然后把步数保存在单片机内作为将来设置预置位和调用预置位的原始数据。普通云台采用的是交流同步可逆电动机；电机是交流的，并且没有步进电机那样采用脉冲方式驱动。在技术上是这样处理的，云台的AC24V一接入，电机在单片机程序控制下，会朝一个方向转，碰

24、到限位开关，然后朝另外一个方向转，碰到另外一个方向的开关，然后云台停留在两个开关的中间位置。云台的水平方向与垂直方向在上电瞬间一样这么转。在AC24V接入的瞬间，云台解码板有一个电路是专门检测交流电的周波数。这个电路是检测云台在左右方向自检一圈需要多长时间，也就是说这一段时间的交流周波数有多长，这周波数就是作为云台预置位的原始数据。上述两种方式中，相对来说高速球的预置精度要高一些，而普通云台的精度则较差。同时，两种方式对预置位的数量都是有限的。前者一般不超过256个，后者一般在64个以下。这些云台预置位的实现方法均采用开环控制的方式，不能解决每次的误差。随着时间的延长，其误差将越来越大。同时，

25、由于存储方式的限制，预置位的数量也较少。本项目产品与国内外同类产品比较如下表：表1 同类产品比较普通云台高速球本项目产品预置位个数最高64个最高256个无穷多预置位精度最低较高最高预置位信息存储位置云台控制器云台控制器计算机控制方式开环控制开环控制闭环控制镜头最长焦距不限已有1300mm80mm不限2项目的成熟性和可靠性论述详细说明项目目前进展情况、技术成熟程度、有关部门对本项目技术成果的技术鉴定（或验收）情况；本项目产品的技术检测、分析化验的情况；本项目在小试、中试或生产条件下进行试验或小批量试生产的情况，包括项目质量的稳定性、成品率；本项目产品在实际使用条件下的可靠性、耐久性、安全性的考核

26、情况等（可提供用户使用报告）。我单位在2000年以后，一直致力于环保部门软硬件产品的开发。2004年我单位开发了污染源在线监测系统软件及用于PH值、污染设施运行状态以及远程视频图像采集的数据采集存储设备，并且已成功研制出第一代的远程可视监测产品。2009年，我单位取得了宇佳环境视频监控系统、宇佳无线远程监控系统等两项与环境远程视频监控相关的软件著作权。 2010年，我单位研发了全方位云台预置位精准控制技术，并于2011年取了科技成果，其技术水平为国内领先。该成果已应用于太原市环境保护局，取得了良好的效果。本项目为该成果的应用推广。四、项目主要研究方案和工艺路线4.1名词解释硬预置位：云台本身自

27、带的预置位，每个硬预置位对应一个ID，通过该ID可控制云台回到预置位。硬预置位数量有限，一般小于64个。软预置位：通过本系统所设置的预置位。模板图片：软预置目标位置的图片。系统通过比较目标图片与模板图片的偏差以确定是否到达了软预置位。变倍：通过调整镜头的焦距而使成像范围变大（或变少），从而使图像变小（或变大）。变倍加：调整镜头使焦距增加，从而使成像范围变小，图像变大。变倍减：调整镜头使焦距减小，从而使成像范围变大，图像变小。最小变倍位置：镜头焦距处于最小时的位置，此时成像范围最大，图像最小。4.2软预置位的保存与设置在本项目中，为了快速准确的移动到目标（称为软件预置位），充分利用了普通云台本身

28、自带的预置位（称为硬预置位）。4.2.1软预置位需保存的信息在软预置位保存的信息中，包括有：软预置位ID、硬预置位ID、模板图片、变倍信息、云台转动速度。软预置位的设置步骤为：1.利用控制云台转到距离目标最近的硬预置位；2.控制云台上下左右动作、变倍、聚焦，将摄像机对准目标；3.将当前位置设为软预置位，保存其信息（软预置位ID、硬预置位ID、模板图片、变倍信息）。4.2.2软预置位与硬预置位的关系本系统中，要定位到软预置位首先要定位到硬预置位。为了保证软置位的模板图片与硬预置位的目标图片可以通过图像相似性分析得出其像素差，必须保证两幅图之间有较大面积的重叠。在本系统中，硬预置位的目标图片上的任

29、意一点都可作为软预置位的中心，因此，理论上，每个硬预置位可对应704*572=402688个软预置位。如图2和图3中，图2是硬预置位的目标图片，而图3则是软预置位的模板图片，其水平位置差为13个像素。 图2 硬预置位目标图片图3 软预置位模板图片假设镜头的最大视角（处于最小变倍时的视角）为30，则每一圈水平图像只需360/30=12个硬预置位即可保证包含全部水平方向的图像。假设镜头在垂直方向的最大视角为20,垂直方向转动角度为90，则垂直方向有90/205个硬预置位即可保证包含全部垂直方向的图像。由上可知，只需要有12*5=60个硬预置位，即可包含所有方向的图像。再通过软预置位的方式，所有方向

30、上任意一点均可作为预置目标。按上述假设，理论上预置位可达402688*60=24161280个，可以认为是无穷多预置位。3.2.3变倍信息的获取与设置4.3.1变倍信息的保存方式在软预置位的信息中，需要保存其变倍信息。变倍信息的保存方式有两种。1.保存目标位置的图片。这种方式下，需要保存的是目标位置的图片（称为目标图片）。当需要将摄像机镜头的最小变数变到目标要求的变数时，其控制原理为：首先使云台对准目标，然后逐步增加（或减小）变倍，并抓取图片(称为当前图片)与目标图片相比较，如果当前图片与目标图片的差值最小，则认为镜头的变倍到了目标位置。要实现这种变倍方式，需要分两步进行：第一步，取得变倍过程

31、中当前图片与目标图片的最小差值。其执行过程是：首先将镜头变倍到最小；然后将其变倍到最大，在增大变倍的过程中，不断抓取当前图片，并与目标图片比较,记录其差值；最后将这些差值排序，取得其最小值即为最小差值。第二步，将变倍从最大向最小逐步减小，并不断抓取其当前图片，比较当前图片与目标图片的差值，当差值最接近最小差值时，即可认为到达了目标位置。其流程图如下：图4 到达预置变倍位置控制流程图图4中，GetImageDiff（）是图像比较函数，其功能是比较两个图片的差值，其返回值越小，则认为两个图片越接近。2.保存达到目标位置的时间这种方式下，需要保存的是从最小变倍位置达到目标位置所需的时间。由于增加变倍

32、和减小变倍只是两个方向相反的过程，而速度是相同的。因此，可以认为：镜头从目标位置达到最小变倍位置所用的最短时间与从最小变倍位置达到目标位置所用的最短时间是相同的。在本系统中，将镜头从目标位置达到最小变倍位置所用的最短时间（称作变倍时间）作为变倍信息保存起来。当需要将摄像机镜头的最小变数变到目标要求的变数时，其控制流程为：首先将变倍置于最小位置，然后发一条变倍增加命令，延时变倍时间后，发一条停止命令。此时，可认为到达了预置的目标位置。在这种方式下，最重要的就是如何获取最短时间。为了保证获取最短时间的准确性，可采用多线程方式。由于在设置软预置位时，摄像机所处的位置就是变倍位置，因此，只需要发一条变

33、倍小的命令，然后开启一个线程不断抓图并判断相临两个图片的差值，直到相临的两图差值最小时，可认为图不动了，即镜头到了最小变倍位置。其流程图如图5和图6：图5计算变倍时间主程序流程图6计算变倍时间子线程流程4.4云台转动速度的计算为了精确、快速控制云台转动到软预置位，需要计算出云台转动的速度。速度分为水平转速和垂直转速。本系统中，云台转速以像素/毫秒（pixel/ms）为单位。有两种计算机速度的方式。4.4.1通过参数计算速度通过得到各种参数来获得每个软预置位对应的云台转动速度。这种方式可适用于各种变倍环境下的情况。其参数获取过程是：首选将摄像机对准目标，调整好变倍及焦距;第二步，将该位置设为软预

34、置位;第三步，将云台左右转动特定时间，计算出云台水平转速；第四步，将云台上下转动特定时间，计算机出云台垂直转速。由于每个软预置位对应的变倍数不同，因此每个软预置位都有不同的云台速度。以水平转速为例，云台转速的计算方法如下：首先假设云台转动分为三个阶段，启动、匀速转动、停止。再假设启停时间（启动和停止合起来所用的时间）为,启停像素(启动和停止合起来在图像上移动的以像素为单位的距离)为，云台转速为 (单位为)。由此，可得到以下公式：其中:是实际转动的时间；是实际转动的像素由上述公式可得知，理论上只需要做两次实现，即可计算出P、T和v。假设两次实验的转动时间分别为,，转动像素分别为,。则可得出以下公

35、式： 变换后可得:设 当需要转动到预置位时，只需判断当前图片与模板图片的像素偏差（假设为），就可用以下公式计算出云台需要转动的时间。 在实际操作中,和可多次测量取均值,这样可提高精度,但其代价是增加了计算和的时间。4.4.2通过经验值计算速度可以针对某一种云台，首先计算出一些经验值，然后根据这些经验值直接计算出需要转动的时间。如表2 是一组数据。表2 转动时间与像素差对应关系表时间(ms)50100200300400500600700800900像素差3820344863738798111时间(ms)100011001200130014001500160017001800像素差12513715

36、1163179191206217232计算速度时，首先要根据表2判断像素差在哪个范围内，假设这个范围的上一个时间为,下一个时间为,上一个像素值为,下一个像素值为，则此范围内的速度： 当需要转动到预置位时，只需判断当前图片与模板图片的像素偏差（假设为），就可用以下公式计算出云台需要转动的时间。 以表2为例，如果当前图片与模板图片的像素差为51,则:此时，只需要向云台发命令转动即可达指定位置。4.5定位到软预置位定位到软件预置位可分为两种情况，第一种是变倍为最小时定位到软预置位，第二种是变倍不为最小时定位到软预置位。4.5.1定位到变倍为最小软预置位这种情况是最简单的软预置位。其过程为：1.转到对

37、应的硬预置位；2.计算当前图片与模板图片的位置偏差，如果偏差为0 (或小于给定值)则认为到达了软预置位，直接退出,否则进入下一步。3.根据水平偏差和云台水平速度计算出需要转动的方向（左转或右转）和时间4.发命令使云台转动相应时间；5.计算当前图片与模板图片的位置偏差, 如果偏差为0(或小于给定值)则认为到达了软预置位，直接退出,否则进入下一步；6.根据垂直偏差和云台垂直速度计算出需要转动的方向（上转或下转）和时间；7.发命令使云台转动相应时间；8.转到第2步。其流程图如图7。图7 定位到软预置位流程图在执行此流程以前，由于云台可能处于任意位置（同时镜头也可能不在最小变倍位置），因此，第一步“转

38、到对应的硬预置位”的执行时间不是一个固定值。需要云判断台是否已转到了硬预置位指定的位置，其判断原理是：当云台转到硬预置位时，云台会停止动作，此时，图像也会相对静止，因此只需判断图像是否静止即可判断云台是否已达到硬预置位。其判断流程如图8：图8 定位到硬预置位判定流程图4.5.2定位到变倍不为最小的软预置位这种情况由于增加了镜头的变倍，其过程相对复杂一些。为了实现这种情况下的软预置位，可采用两种方式：第一种，使用软预置位中存储的变倍信息进行变倍。 第二种，使用硬预置位中存储的变倍信息进行变倍。下面分别讨论这两种方式。1使用软预置位中存储的变倍信息进行变倍这种方式下其定位到软预置位的过程是：首先定

39、位按最小变倍的情况将云台定位到该软预置位对应的位置,然后根据软预置位中保存的变倍信息进行镜头的变倍操作(其操作过程见3.2.3“变倍信息的获取与设置”)。采用这种方式时，要求所有的硬预置位全部处于最小变倍的位置。这种方式下，其设置软预置位的过程是：首先定位到硬预置位（硬预置位处于最小变倍位置）；然后上下左右移动云台，对准目标，变调节镜头变倍，使目标成像大小处于最适合的状态；最后记录软预置位的各种信息。2使用硬预置位中存储的变倍信息进行变倍采用这种方式时，在软预置位中不保存变倍信息，而是采用硬预置位的变倍信息。因此，硬预置位的变倍信息决定了软预置位的变倍信息。这种方式下，其设置软预置位的过程是：

40、首先定位到硬预置位（硬预置位已调整到合适的变倍位置）；然后上下左右移动云台，使其对准目标（注意不可以调整变倍）；最后记录软预置位信息。这种方式下，其定位到软预置位的过程与3.2.5.1“定位到变倍为最小软预置位”中所述的过程相同。在定位的过程中，涉及到了由位置偏差计算云台转动时间的问题。由于这种方式下镜头的变倍数未定，因此，无法获取其经验速度数据，只能采用参数计算速度的方法。4.6自动聚焦自动聚焦有开环控制和闭环控制两种方式。4.6.1闭环控制自动聚焦闭环控制自动聚焦的原理是：控制镜头向某个方向（远或近）聚焦，如果图像越来越清晰，则认为方向正确，继续控制镜向这个方向动作，直到清晰度达到最高；如

41、果清晰度越来越差，则认为方向错误，应该向反加聚焦。如此循环此过程，直到图像清晰度最高，则认为自动聚焦成功。其实现流程是：1首先向聚焦近方向动作特定时间(如500ms)；2然后向聚焦远方向动作，如果中间经过了焦点位置，则退出；否则动作经过5秒后退出（5秒可保证聚焦从最远到最近）;3如果中间经过了焦点位置，转到5。 4如果中间未经过焦点位置，则向聚焦近方向动作，在中间经过焦点位置后，退出。5.根据第2或第4步确定的聚焦方向，开始逐步动作，直到找到焦点。4.6.2开环控制自动聚焦所谓开环控制方式,指的是直接发一条命令让镜头向某个方向聚焦动作一段时间,然后就认为聚焦到了最佳位置。在这种控制方式下，最重

42、要的一个参数就是聚焦动作所需的时间。为获取该时间，可首先取得一些经验值（如表3），然后根据经值进行插值运算，获得当前需要聚焦的时间。表3 变倍时间与聚焦时间对应关系表(单位)变倍时间230023002500300035004000聚焦时间0730720650550500表3中，变倍时间指的是从最小变倍位置到达目标预置变倍位置所需动作的时间（该时间在设置软预置位时已经取得，见3.2.3.1“变倍信息的保存方式”）；聚焦时间是从聚焦最远位置向聚焦近动作所需的时间；当变倍时间小于2300时，焦距的位置基本上不会对图像的清晰度产生影响，因此不需要调焦。计算聚焦时间时，首先要根据表5判断变倍时间在哪个范

43、围内，假设这个范围的上一个聚焦时间为,下一个聚焦时间为,上一个变倍时间为,下一个变倍时间为，假设在一个范围内其变化是线性关系，则此范围内的变倍聚焦时间比为： 当需要定位到预置位时，只需得知变倍时间（假设为），就可用以下公式计算出镜头动作需要的时间。 以表5为例，如果当前变倍时间为3200,则:此时，只需要向镜头发命令使镜头从聚焦最远位置向聚焦近方向动作即可达指定位置。4.7多控制协议的实现本系统中，到目前为止可支持pelco-D协议和pelco-P协议，并且具有扩展功能。本系统中，利用VC实现了动态调用DLL的功能。每种协议可以生成一个DLL文件。在该DLL文件中，需要按给出定的函数接口规范实

44、现云台上下左右变倍聚焦等功能。以实现Pelco-D和Pelco-P协议为例，两种实现的实现文件分别是pelcop.dll和pelcod.dll。以云台向左转功能为例，函数的接口定义为：BOOL PASCAL EXPORT MyLeft(int address,int speed,int delay)；其中，address是云台的地址，speed是云台转动的速度，delay是向左转多长时间，单位为ms。在pelcop.dll和pelcod.dll中均实现了此函数。为了实现动态调用，定义一个专门的协议调用文件 pelco_client.dll。在该文件中，定义了向左转的函数为：BOOL PASCA

45、L EXPORT MyLeft(LPCTSTR strDll,int address,int speed,int delay)；其中strDll是不同协议的DLL文件名，后面三个参数与pelcop.dll中定义的MyLeft的参数相同。在该函数中，实现了动态调用strDll文件的功能。在应用程序中，只需要调用pelco_client.dll中的MyLeft，通过不同的参数就可以调用不同的控制协议。比如，要通过Pelco-D协议控制地址为1的云台以最高速度向左转200ms，则调用方式为：MyLeft(“pelcod.dll”,1,0xff,200);4.8与现有视频监控系统的集成本项目产品主要是一套软件，该软件可与现有的主流视频监控系统相集成，在现有视频监控系统上通过一套软件提供云台精确预置位的功能。与现有视频监控系统的接口主要有两个：1视频接口即如何获取视频图像。其视频图像的获取方式有两种：A通过视频采集卡采集B通过网络方式采集2控制接口即可何控制云台镜头动作。其控制方式有两种：A通过串口直接控制B通过网络控制五、项目实施方案及分阶段计划进度安排企业应根据项目实施的实际情况，对项目技术方案、生产方案及营销方案等方面情况进行论述。说明项目执行过程中的进度目标，阶段工作内容及经费投入。1技