基于云臺(tái)精確控制的環(huán)境污染視頻監(jiān)控系統(tǒng)可行性報(bào)告

1、編號(hào)：太原市科技項(xiàng)目立項(xiàng)可行性研究報(bào)告項(xiàng)目名稱：基于云臺(tái)精確控制的環(huán)境污染視頻監(jiān)控系統(tǒng)所屬領(lǐng)域：電子信息申請(qǐng)單位：協(xié)作單位：起止時(shí)間：2012.1-2012.12太 原 市 科 學(xué) 技 術(shù) 局填報(bào)時(shí)間：二0一一 年 十 月（二）太原市科技項(xiàng)目立項(xiàng)可行性研究報(bào)告編制提綱一、總論1申請(qǐng)項(xiàng)目的概述。應(yīng)包括項(xiàng)目主要內(nèi)容、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)水平，項(xiàng)目的主要用途及應(yīng)用范圍（限200字以內(nèi)）。項(xiàng)目利用云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)在環(huán)境污染視頻監(jiān)控系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了對(duì)監(jiān)控目標(biāo)的精確定位。該技術(shù)利用軟件實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)的預(yù)置位功能，預(yù)置位精度高、數(shù)量多，受云臺(tái)設(shè)備性能影響小，能以低成本實(shí)現(xiàn)高精度的控制。創(chuàng)新點(diǎn)是：采用隔點(diǎn)掃描，對(duì)圖像相

2、似性分析算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)任意位置的精確閉環(huán)控制；利用兩重灰度方差法進(jìn)行圖像清晰度分析，基于遠(yuǎn)程閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)焦距鏡頭的自動(dòng)聚焦。技術(shù)水平達(dá)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。項(xiàng)目主要用途是對(duì)環(huán)境空氣污染進(jìn)行視頻監(jiān)控，應(yīng)用于環(huán)境保護(hù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)。2簡(jiǎn)述項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)意義、目前的進(jìn)展情況?？諝馕廴臼俏覈?guó)乃至世界面臨的一個(gè)十分嚴(yán)重的環(huán)境問題。它直接影響著人類的生存和發(fā)展，積極防治空氣污染是保護(hù)環(huán)境的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，環(huán)保部門必須加大監(jiān)管力度，采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)視設(shè)備打擊非法排放煙塵的行為。煙氣排放網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可綜合發(fā)揮多點(diǎn)煙氣排放監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能，對(duì)城市或地區(qū)的大氣污染源實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為大氣污染物排放總量控制提供優(yōu)質(zhì)先

3、進(jìn)的服務(wù)。目前國(guó)內(nèi)已有較多的有關(guān)煙氣及空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究及應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用也越來(lái)越成熟。特別是隨著視頻圖像壓縮算法的不斷改進(jìn)，煙塵遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在這些煙塵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍采用200mm以上(最長(zhǎng)的采用800mm)的長(zhǎng)焦距電動(dòng)三可變或二可變鏡頭，其設(shè)計(jì)監(jiān)控范圍為一般為5公里。有的系統(tǒng)帶有預(yù)置位，或32個(gè)，或64個(gè)，最多的有256個(gè)，有的系統(tǒng)沒帶。由于鏡頭焦距長(zhǎng)，無(wú)法采用一體化攝像系統(tǒng)，鏡頭、攝像機(jī)、云臺(tái)采用分體式， 因此，均未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦功能。當(dāng)使用人員對(duì)準(zhǔn)監(jiān)控目標(biāo)并進(jìn)行變倍操作時(shí)，必須手動(dòng)調(diào)焦，為使用都造成了一定的不便。

4、為了在遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控中精確定位污染點(diǎn),需要對(duì)云臺(tái)攝像系統(tǒng)采取精確定位，這樣監(jiān)控人員就可以實(shí)時(shí)快速定位監(jiān)控點(diǎn)，準(zhǔn)確的找到污染源并獲得點(diǎn)位的相關(guān)信息。目前市場(chǎng)上遠(yuǎn)程監(jiān)控所用的中型、重型云臺(tái)預(yù)置位精度都不太高，并且預(yù)置位點(diǎn)數(shù)一般小于64個(gè)，不能滿足精確控制的要求，因此我們需要解決全方位云臺(tái)預(yù)置位的精準(zhǔn)控制技術(shù)，以提高污染源遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的性能。本項(xiàng)目利用軟件方式實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)的精準(zhǔn)控制，其預(yù)置位的準(zhǔn)確度非常高，預(yù)置位個(gè)數(shù)理論上可達(dá)無(wú)窮多個(gè)，無(wú)論從數(shù)量還是精度上，都遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的預(yù)置位控制技術(shù)。本項(xiàng)目產(chǎn)品的應(yīng)用，可以提高整個(gè)環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)化和智能化程度，簡(jiǎn)化操作，提高工作效率，為我市節(jié)能減排起到積極的

5、作用。 我單位在2000年以后，一直致力于環(huán)保部門軟硬件產(chǎn)品的開發(fā)。2004年我單位開發(fā)了污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件及用于ph值、污染設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)以及遠(yuǎn)程視頻圖像采集的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)設(shè)備，并且已成功研制出第一代的遠(yuǎn)程可視監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。2009年，我單位取得了宇佳環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)、宇佳無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等兩項(xiàng)與環(huán)境遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控相關(guān)的軟件著作權(quán)。 2010年，我單位研發(fā)了全方位云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)，并于2011年取了科技成果，其技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。目前，正在將該成果進(jìn)一步推廣應(yīng)用。3項(xiàng)目計(jì)劃目標(biāo)（此欄目各項(xiàng)指標(biāo)是項(xiàng)目立項(xiàng)后，簽訂合同的主要內(nèi)容，也是項(xiàng)目驗(yàn)收的主要依據(jù)。）（1）總體目標(biāo)：包括項(xiàng)目執(zhí)行期間（從項(xiàng)

6、目起始時(shí)間到計(jì)劃完成時(shí)間）計(jì)劃投資額；項(xiàng)目完成時(shí)達(dá)到的階段（中試或批量生產(chǎn)）、實(shí)現(xiàn)的年生產(chǎn)能力（或階段成果）、企業(yè)資產(chǎn)規(guī)模、企業(yè)人員總數(shù)和因項(xiàng)目實(shí)施而新增就業(yè)人數(shù)等。項(xiàng)目執(zhí)行期間計(jì)劃投資288萬(wàn)；項(xiàng)目完成是達(dá)到中試階段，實(shí)現(xiàn)年產(chǎn)值2000萬(wàn)元,企業(yè)資產(chǎn)規(guī)模達(dá)1600萬(wàn)元，企業(yè)人員總數(shù)達(dá)40人，因項(xiàng)目實(shí)施而新增就業(yè)人數(shù)10人。（2）經(jīng)濟(jì)目標(biāo)：（此目標(biāo)不是指企業(yè)指標(biāo)，也不是指本項(xiàng)目達(dá)到的生產(chǎn)能力，而是指本項(xiàng)目在執(zhí)行期內(nèi)可實(shí)際累計(jì)實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)。）包括項(xiàng)目計(jì)劃完成時(shí)累計(jì)實(shí)現(xiàn)的工業(yè)增加值、銷售收入、繳稅總額、凈利潤(rùn)、創(chuàng)匯額等。本項(xiàng)目在項(xiàng)目執(zhí)行期內(nèi)，預(yù)計(jì)可實(shí)現(xiàn)工業(yè)增加值1500萬(wàn)元，銷售收入2000萬(wàn)元，繳

7、稅總額300萬(wàn)元，凈利潤(rùn)600萬(wàn)元。（3）技術(shù)、質(zhì)量指標(biāo)：包括項(xiàng)目計(jì)劃完成時(shí)達(dá)到的主要技術(shù)與性能指標(biāo)(需用定量的數(shù)據(jù)描述)、執(zhí)行的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、通過的國(guó)家相關(guān)行業(yè)許可認(rèn)證及企業(yè)通過的質(zhì)量認(rèn)證體系等。主要技術(shù)與性能指標(biāo)： （1）在中型、重型云臺(tái)上實(shí)現(xiàn)精確的預(yù)置位，并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)焦距攝像機(jī)的自動(dòng)聚焦功能。（2）預(yù)置位精度小于等于0.05度。（3）調(diào)整時(shí)間小于3秒。（4）預(yù)置位個(gè)數(shù)大于500。執(zhí)行質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：iso9001-2000版質(zhì)量管理體系認(rèn)證gb/t 8566 信息技術(shù)-軟件生存周期過程gb/t 15532 計(jì)算機(jī)軟件單元測(cè)試二、申報(bào)企業(yè)情況1申報(bào)企業(yè)基本情況包括企業(yè)名稱、通訊地址、注冊(cè)時(shí)間、注冊(cè)資金、

8、企業(yè)登記注冊(cè)類型。企業(yè)名稱：山西奧克斯電子系統(tǒng)工程中心注冊(cè)時(shí)間：1992年注冊(cè)資金：301.2萬(wàn)企業(yè)登記注冊(cè)類型：全民所有2企業(yè)人員及開發(fā)能力論述企業(yè)法定代表人、項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人的基本情況，包括學(xué)歷、所學(xué)專業(yè)及主要工作業(yè)績(jī)。法人張福生，男，漢族，1956年4月出生，黑龍江省佳木斯市人。1974年4月參加工作。先后主持并參與了山西省機(jī)電公司物資計(jì)算機(jī)管理軟件、計(jì)算機(jī)模擬垂直磁記錄過程分析、水電工程概預(yù)算軟件、山西焦化廠計(jì)劃統(tǒng)計(jì)計(jì)算機(jī)管理軟件、以及磁卡考勤系統(tǒng)等多個(gè)項(xiàng)目的開發(fā)研制工作，均通過省、部級(jí)鑒定，其中中國(guó)珠算技術(shù)等級(jí)試題庫(kù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成軟件、兒童防疫金卡系統(tǒng)軟件經(jīng)省科委鑒定，獲國(guó)家軟件專利；

9、永久信息磁卡和脈沖消磁機(jī)榮獲國(guó)家專利；并主持過山西省煤焦出省控制管理系統(tǒng)、河南省農(nóng)行通存、通兌三門峽分行應(yīng)用系統(tǒng)等多個(gè)信息系統(tǒng)的研究開發(fā)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。曾主持編著物聯(lián)網(wǎng)開啟智能生活新時(shí)代一書，并發(fā)表多篇學(xué)術(shù)論文。該同志還負(fù)責(zé)中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十三研究所與太原科技大學(xué)聯(lián)合創(chuàng)辦的工程碩士點(diǎn)的工作，先后指導(dǎo)建立了“計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)” 、“材料學(xué)” 和“材料物理化學(xué)”三個(gè)碩士學(xué)位授予點(diǎn)，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀畢業(yè)生和在讀研究生。技術(shù)負(fù)責(zé)人張游杰，男，漢族，1973年10月出生，1996年畢業(yè)于西安市電子科技大學(xué)自動(dòng)控制專業(yè)。歷年來(lái)主持的主要項(xiàng)目如下：基于internet的虛擬局域網(wǎng)(山西省科技攻關(guān)

10、項(xiàng)目)磁性能綜合測(cè)系統(tǒng)（山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目）開放式污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目）山西焦化廠焦?fàn)t壓力分布式控制系統(tǒng)山西省煤焦公路收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)山西焦化廠配煤比計(jì)算機(jī)升級(jí)擴(kuò)容改造工程陽(yáng)泉、長(zhǎng)治軍分區(qū)軍庫(kù)多媒體監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)工程太原市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站環(huán)境數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)太原市環(huán)保局綜合信息管理系統(tǒng)清徐縣環(huán)保局綜合信息管理系統(tǒng)太原市六城區(qū)環(huán)保分局(分局站院所)綜合信息管理系統(tǒng)太原市環(huán)保局煙塵遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)山西省環(huán)保局建設(shè)項(xiàng)目審批系統(tǒng)清徐縣環(huán)保局上報(bào)軟件系統(tǒng)太原市環(huán)保局重點(diǎn)企業(yè)網(wǎng)建設(shè)全方位云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)（取得科技成果）企業(yè)人員基本情況，包括企業(yè)人員總數(shù)、大專以上人員數(shù)；主要管理人員數(shù)、文

11、化水平。職工總數(shù) 28 人；大專以上人員28人；主要管理人員3人文化水平大學(xué)。新產(chǎn)品開發(fā)能力情況，包括企業(yè)研發(fā)投入占企業(yè)年銷售收入比例；科研開發(fā)隊(duì)伍情況。山西奧克斯電子系統(tǒng)工程中心隸屬于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十三研究所是山西省高新技術(shù)企業(yè)，主要從事電子產(chǎn)品、計(jì)算機(jī)軟件開發(fā)憑借雄厚的軍工研發(fā)實(shí)力，成功的完成了“jw-8601焦?fàn)t壓力微機(jī)控制系統(tǒng)”、“全方位云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)”等數(shù)十項(xiàng)研發(fā)課題，獲研發(fā)成果6項(xiàng)，省科技進(jìn)步獎(jiǎng)2項(xiàng)。研發(fā)投入占銷售收入的20%。現(xiàn)有高級(jí)工程師6名，工程師10名中高級(jí)職稱以上的科技人員占職工總?cè)藬?shù)的百分之60以上，科研開發(fā)隊(duì)伍占高中級(jí)職稱人員的50%。公司為信息產(chǎn)業(yè)

12、部雙軟認(rèn)證的軟件企業(yè)。三項(xiàng)目的技術(shù)可行性和成熟性分析1項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新性論述（1）詳細(xì)說明本項(xiàng)目的基本原理及關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容；論述項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)，包括技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝創(chuàng)新、產(chǎn)品性能及使用效果的顯著變化等?；驹恚篴.云臺(tái)閉環(huán)控制基本原理采用閉環(huán)控制的方法實(shí)現(xiàn)云臺(tái)預(yù)置位的精準(zhǔn)控制。由于攝像機(jī)可以返回視頻圖像（輸出量）而原預(yù)置點(diǎn)圖像（輸入量）可以事先存儲(chǔ)，這使得輸出信號(hào)與輸入信號(hào)具備可比較性，最終具備閉環(huán)控制系統(tǒng)的基本條件。其控制框圖如下：圖1云臺(tái)預(yù)置位閉環(huán)控制系統(tǒng)控制框圖控制流程如下：控制系統(tǒng)輸入一個(gè)恒定控制量并與計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)輸出的反饋量進(jìn)行矢量疊加，然后通過自控系統(tǒng)共同控制云臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)

13、動(dòng)作，云臺(tái)動(dòng)作停止后攝像機(jī)返回拍攝圖像傳送到計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)中，計(jì)算測(cè)量系統(tǒng)計(jì)算出控制精度，當(dāng)精度滿足預(yù)定精度時(shí)完成控制，否則重復(fù)上述過程。在軟件上實(shí)現(xiàn)時(shí)，其步驟如下：1) 首選將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)要觀測(cè)的目標(biāo)，并記錄其圖片（稱為模板圖片）。2) 當(dāng)攝像機(jī)離開目標(biāo)并再次回到該目標(biāo)時(shí)，已經(jīng)不能準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)了。3) 此時(shí)，記錄當(dāng)前的圖片（稱為實(shí)際圖片）。對(duì)實(shí)際圖片與模板圖片經(jīng)過圖像分析與比較，確定這兩幅圖片的位置誤差，以(x,y)記錄其水平、垂直方向的誤差。4) 按照誤差調(diào)整云臺(tái)位置，然后轉(zhuǎn)到步驟3，直到x=0并且y=0。5) 此時(shí)已經(jīng)非常精確地對(duì)準(zhǔn)了目標(biāo)。根據(jù)此原理，可計(jì)算出控制精度。以本項(xiàng)目中所用的鏡頭

14、tokina tm16z7518gaipn為例，當(dāng)鏡頭處于焦距最短的位置時(shí)，其水平視角最大，其值為35.5，其圖像的成像像素為704*574（d1格式），則其水平方向每個(gè)像素代表的角度為：35.5/7040.05當(dāng)鏡頭處于焦距最長(zhǎng)位置時(shí)，其水平視角最小，其值為2.3，此時(shí)，水平方向每個(gè)像素代表的角度值為:2.3/7040.0033在本項(xiàng)目中，采用閉環(huán)控制方式，可使實(shí)際圖片與模板圖片誤差在1個(gè)像以內(nèi)，因此，其最小精度可達(dá)0.05，最高精度可達(dá)0.0033。b自動(dòng)聚焦基本原理自動(dòng)聚焦同樣采用閉環(huán)控制方式。其原理是：向任意方向(遠(yuǎn)或近)聚焦，如果所得圖像的清晰度變高，則認(rèn)為沒有聚焦到最佳位置；直到圖

15、像清晰度由高變低（在此過程中需記錄最高的清晰度值），此時(shí)認(rèn)為已過了聚焦的最佳位置，需要向反向聚焦，直到清晰度值達(dá)到了所記錄的最高值，則認(rèn)為聚焦到了最佳位置。關(guān)鍵技術(shù)：a圖像分析速度在本項(xiàng)目中，采用了閉環(huán)控制的思想，因此，其精確度是非常高的。在這個(gè)解決方法中，有一個(gè)非常重要的問題：圖片分析速度。圖片分析上的速度直接決定了控制的速度。為了加快圖片分析速度，我們采用基于隔行掃描的最大互相關(guān)匹配算法。圖像匹配通常是在已知的個(gè)象素的圖象中尋找個(gè)象素的子圖像的匹配位置。最大互相關(guān)算法具有對(duì)噪聲不敏感、匹配位置準(zhǔn)確等特點(diǎn)，因而成為圖像匹配采用的主要方法. 但采用最大互相關(guān)算法進(jìn)行全搜索圖像匹配，它的運(yùn)算量非

16、常大，約是的常數(shù)倍。相關(guān)匹配模型如下：設(shè)為一幅大小為的圖像(記為)，是一幅的模板圖像(記為)，本文根據(jù)相關(guān)匹配在中找出與相匹配的子塊。用表示中以為左上角點(diǎn)與大小相同的的子塊同時(shí)也表示該子塊對(duì)應(yīng)的矩陣，即 (1)表示與的相關(guān)系數(shù)，具體定義如下: (2) 其中為的方差，為的方差，為和的協(xié)方差：從而 (3) (4)其中，和分別表示圖像和的灰度均值。如果很大或接近1，則表明圖像在點(diǎn)與圖像匹配 通過上述模型尋找匹配時(shí)需要對(duì)a 的每個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行搜索，計(jì)算量很大。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，匹配一幅圖需要的時(shí)間很長(zhǎng)，不適合本系統(tǒng)使用。因此，對(duì)引入另一個(gè)改造后的搜索方案：如果子塊與圖像相匹配，則他們的方差一定接近，所以引入相對(duì)誤

17、差 當(dāng)時(shí)就不用計(jì)算，而去搜索下一個(gè)點(diǎn)，否則就計(jì)算，搜索完畢所有的點(diǎn)，使最大的點(diǎn)即為匹配位置。對(duì)于一幅給定的圖象,規(guī)定左上角的象素坐標(biāo)為（1，1），從上向下的方向?yàn)檩S正向，從左向右的方向?yàn)?軸正向，按此算法進(jìn)行搜索，可大大減小計(jì)算量，提高運(yùn)算速度。但是，該方法還可以繼續(xù)改進(jìn)。在此算法中，每比較一次的圖片需要對(duì)每個(gè)點(diǎn)進(jìn)行匹配。由于攝像機(jī)所攝圖像是一個(gè)動(dòng)態(tài)的視頻流，所以每一個(gè)靜態(tài)的截圖都有一定的模糊。因此，在進(jìn)行匹配時(shí)，完全可以隔一個(gè)點(diǎn)比較一次甚至隔2個(gè)點(diǎn)比較一次，直到找到匹配的區(qū)域，然后在此區(qū)域內(nèi)再進(jìn)行逐點(diǎn)匹配，直到找到精確的位置。b自動(dòng)聚焦功能的實(shí)現(xiàn)在本項(xiàng)目中，采用基于圖像清晰度的自動(dòng)聚焦算法。

18、具體步驟如下：(1)攝像機(jī)定位到某個(gè)方向后，判斷當(dāng)前圖像的清晰度。(2)對(duì)鏡頭做一次聚集操作，再次判斷圖像的清晰度。(3)如果本次清晰度大于或高于上次清晰度，則向相同方像再次做聚焦操作，且執(zhí)行操作，并重新計(jì)算。重復(fù)執(zhí)行這一步，直到。此時(shí)再向相反的方向執(zhí)行一次聚焦操作，即可認(rèn)為聚焦成功。(4)如果, 則向相反方像再次做聚焦操作，且執(zhí)行操作，并重新計(jì)算。重復(fù)執(zhí)行這一步，直到。此時(shí)再向相反的方向執(zhí)行一次聚焦操作，即可認(rèn)為聚焦成功。在此過程中，最關(guān)鍵的步驟是圖像清晰度的判斷。一般用來(lái)標(biāo)志圖像清晰度的函數(shù)有1、基于圖像統(tǒng)計(jì)的方法如信息熵法,灰度方差法和直方圖法等。2、基于圖像邊緣檢測(cè)的方法如laplac

19、ian 算子法和sobel 算子法等。3、基于變換域的方法如快速fouricr 算法等 。以上的清晰度曲線圖均具有單峰特性,即存在一個(gè)唯一的焦距位置使圖像的清晰度函數(shù)值最大。各種方法在計(jì)算速度和對(duì)圖像清晰度的敏感程度上各不相同,而且對(duì)具體的圖像也有不同的敏感性。在本項(xiàng)目進(jìn)行過程中，分可采用多重灰度方差法。在此方法中，要計(jì)算相鄰的左面與上面的各2個(gè)像素的方差。其公式如下： c圖像差別判定算法在本項(xiàng)目中，在判斷云臺(tái)(或鏡頭)是否在動(dòng)作時(shí)，使用了圖像差別判定算法。其原理是：如果云臺(tái)（或鏡頭）在動(dòng)作，那么連續(xù)兩次采集(可以相差一定時(shí)間如100ms，下同)的圖片差別將會(huì)很大；如果云臺(tái)和鏡頭全部處于靜止?fàn)?/p>

20、態(tài)，則連續(xù)兩次采集的圖片差別將會(huì)很小。圖像差別判定算法的原理是：將兩個(gè)圖像對(duì)應(yīng)像素的灰度值相減，取其絕對(duì)值的和。其和越大，則圖像差別越大；和越小，圖像差別越??；如果和為0，則認(rèn)為兩圖像完全相同。創(chuàng)新點(diǎn)：a.采用隔點(diǎn)掃描，對(duì)圖像相似性分析算法進(jìn)行了改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了云臺(tái)任意位置的精確閉環(huán)控制；b.利用兩重灰度方差法進(jìn)行圖像清晰度分析，基于遠(yuǎn)程閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)焦距鏡頭的自動(dòng)聚焦。c. 可在普通中型、重型云臺(tái)上以低成本實(shí)現(xiàn)高精度的云臺(tái)預(yù)置位控制，具有可任意設(shè)置預(yù)置位、控制精度受云臺(tái)等設(shè)備的性能影響小等特點(diǎn)。d預(yù)置位精度高，預(yù)置位數(shù)量多（理論上可達(dá)無(wú)窮多個(gè)）。（2）詳細(xì)描述項(xiàng)目的技術(shù)來(lái)源、合作單位情況；說

21、明項(xiàng)目知識(shí)產(chǎn)權(quán)的歸屬情況。技術(shù)來(lái)源為我單位自有項(xiàng)目，合作單位為太原市環(huán)境保護(hù)局，項(xiàng)目知識(shí)產(chǎn)權(quán)全部歸我單位所有。項(xiàng)目涉及到的知識(shí)產(chǎn)權(quán)有：軟件著作權(quán)兩項(xiàng)：宇佳環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)、宇佳無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)科技成果一項(xiàng)：全方位云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)（3）簡(jiǎn)述本項(xiàng)目國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀、存在的主要問題及近期發(fā)展趨勢(shì)，并就本項(xiàng)目與國(guó)內(nèi)、外同類產(chǎn)品現(xiàn)行指標(biāo)進(jìn)行比較。國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀：空氣污染是我國(guó)乃至世界面臨的一個(gè)十分嚴(yán)重的環(huán)境問題。它直接影響著人類的生存和發(fā)展，積極防治空氣污染是保護(hù)環(huán)境的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，環(huán)保部門必須加大監(jiān)管力度，采用先進(jìn)的監(jiān)測(cè)、監(jiān)視設(shè)備打擊非法排放煙塵的行為。煙氣排放網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可綜合發(fā)揮多點(diǎn)煙氣排放監(jiān)

22、測(cè)系統(tǒng)的功能，對(duì)城市或地區(qū)的大氣污染源實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為大氣污染物排放總量控制提供優(yōu)質(zhì)先進(jìn)的服務(wù)。目前國(guó)內(nèi)已有較多的有關(guān)煙氣及空氣質(zhì)量遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的研究及應(yīng)用。由于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的各種應(yīng)用也越來(lái)越成熟。特別是隨著視頻圖像壓縮算法的不斷改進(jìn)，煙塵遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。在這些煙塵視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，普遍采用200mm以上(最長(zhǎng)的采用800mm)的長(zhǎng)焦距電動(dòng)三可變或二可變鏡頭，其設(shè)計(jì)監(jiān)控范圍為一般為5公里。有的系統(tǒng)帶有預(yù)置位，或32個(gè)，或64個(gè)，最多的有256個(gè)，有的系統(tǒng)沒帶。由于鏡頭焦距長(zhǎng)，無(wú)法采用一體化攝像系統(tǒng)，鏡頭、攝像機(jī)、云臺(tái)采用分體式， 因此，均未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)聚焦

23、功能。當(dāng)使用人員對(duì)準(zhǔn)監(jiān)控目標(biāo)并進(jìn)行變倍操作時(shí)，必須手動(dòng)調(diào)焦，為使用都造成了一定的不便。同類技術(shù)對(duì)比：傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)都是通過云臺(tái)設(shè)備本身實(shí)現(xiàn)預(yù)置位。其實(shí)現(xiàn)方式有以下兩種。高速球的預(yù)置位功能實(shí)現(xiàn)是這樣的，高速球機(jī)云臺(tái)在上電瞬間，球機(jī)自身要自檢一次，一般是來(lái)回360度轉(zhuǎn)一圈，然后停留在一個(gè)固定的位置。因?yàn)楦咚偾虍a(chǎn)品可以連續(xù)360度旋轉(zhuǎn)，所以必須在機(jī)械結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)導(dǎo)電環(huán)，并且在機(jī)械結(jié)構(gòu)上設(shè)置一個(gè)光電開關(guān)。這個(gè)開關(guān)是光信號(hào)作為云臺(tái)的始點(diǎn)與終點(diǎn)。因高速球云臺(tái)采用的是步進(jìn)電機(jī)，在云臺(tái)一上電，球機(jī)解碼板單片機(jī)采取中斷方式記錄電機(jī)轉(zhuǎn)一圈到光電開關(guān)的電機(jī)步數(shù)，然后把步數(shù)保存在單片機(jī)內(nèi)作為將來(lái)設(shè)置預(yù)置位和調(diào)用預(yù)置

24、位的原始數(shù)據(jù)。普通云臺(tái)采用的是交流同步可逆電動(dòng)機(jī)；電機(jī)是交流的，并且沒有步進(jìn)電機(jī)那樣采用脈沖方式驅(qū)動(dòng)。在技術(shù)上是這樣處理的，云臺(tái)的ac24v一接入，電機(jī)在單片機(jī)程序控制下，會(huì)朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)，碰到限位開關(guān)，然后朝另外一個(gè)方向轉(zhuǎn)，碰到另外一個(gè)方向的開關(guān)，然后云臺(tái)停留在兩個(gè)開關(guān)的中間位置。云臺(tái)的水平方向與垂直方向在上電瞬間一樣這么轉(zhuǎn)。在ac24v接入的瞬間，云臺(tái)解碼板有一個(gè)電路是專門檢測(cè)交流電的周波數(shù)。這個(gè)電路是檢測(cè)云臺(tái)在左右方向自檢一圈需要多長(zhǎng)時(shí)間，也就是說這一段時(shí)間的交流周波數(shù)有多長(zhǎng)，這周波數(shù)就是作為云臺(tái)預(yù)置位的原始數(shù)據(jù)。上述兩種方式中，相對(duì)來(lái)說高速球的預(yù)置精度要高一些，而普通云臺(tái)的精度則較差。同

25、時(shí)，兩種方式對(duì)預(yù)置位的數(shù)量都是有限的。前者一般不超過256個(gè)，后者一般在64個(gè)以下。這些云臺(tái)預(yù)置位的實(shí)現(xiàn)方法均采用開環(huán)控制的方式，不能解決每次的誤差。隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，其誤差將越來(lái)越大。同時(shí)，由于存儲(chǔ)方式的限制，預(yù)置位的數(shù)量也較少。本項(xiàng)目產(chǎn)品與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品比較如下表：表1 同類產(chǎn)品比較普通云臺(tái)高速球本項(xiàng)目產(chǎn)品預(yù)置位個(gè)數(shù)最高64個(gè)最高256個(gè)無(wú)窮多預(yù)置位精度最低較高最高預(yù)置位信息存儲(chǔ)位置云臺(tái)控制器云臺(tái)控制器計(jì)算機(jī)控制方式開環(huán)控制開環(huán)控制閉環(huán)控制鏡頭最長(zhǎng)焦距不限已有1300mm80mm不限2項(xiàng)目的成熟性和可靠性論述詳細(xì)說明項(xiàng)目目前進(jìn)展情況、技術(shù)成熟程度、有關(guān)部門對(duì)本項(xiàng)目技術(shù)成果的技術(shù)鑒定（或驗(yàn)收）

26、情況；本項(xiàng)目產(chǎn)品的技術(shù)檢測(cè)、分析化驗(yàn)的情況；本項(xiàng)目在小試、中試或生產(chǎn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)或小批量試生產(chǎn)的情況，包括項(xiàng)目質(zhì)量的穩(wěn)定性、成品率；本項(xiàng)目產(chǎn)品在實(shí)際使用條件下的可靠性、耐久性、安全性的考核情況等（可提供用戶使用報(bào)告）。我單位在2000年以后，一直致力于環(huán)保部門軟硬件產(chǎn)品的開發(fā)。2004年我單位開發(fā)了污染源在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件及用于ph值、污染設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)以及遠(yuǎn)程視頻圖像采集的數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)設(shè)備，并且已成功研制出第一代的遠(yuǎn)程可視監(jiān)測(cè)產(chǎn)品。2009年，我單位取得了宇佳環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)、宇佳無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等兩項(xiàng)與環(huán)境遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控相關(guān)的軟件著作權(quán)。 2010年，我單位研發(fā)了全方位云臺(tái)預(yù)置位精準(zhǔn)控制技術(shù)，

27、并于2011年取了科技成果，其技術(shù)水平為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。該成果已應(yīng)用于太原市環(huán)境保護(hù)局，取得了良好的效果。本項(xiàng)目為該成果的應(yīng)用推廣。四、項(xiàng)目主要研究方案和工藝路線4.1名詞解釋硬預(yù)置位：云臺(tái)本身自帶的預(yù)置位，每個(gè)硬預(yù)置位對(duì)應(yīng)一個(gè)id，通過該id可控制云臺(tái)回到預(yù)置位。硬預(yù)置位數(shù)量有限，一般小于64個(gè)。軟預(yù)置位：通過本系統(tǒng)所設(shè)置的預(yù)置位。模板圖片：軟預(yù)置目標(biāo)位置的圖片。系統(tǒng)通過比較目標(biāo)圖片與模板圖片的偏差以確定是否到達(dá)了軟預(yù)置位。變倍：通過調(diào)整鏡頭的焦距而使成像范圍變大（或變少），從而使圖像變?。ɑ蜃兇螅Ｗ儽都樱赫{(diào)整鏡頭使焦距增加，從而使成像范圍變小，圖像變大。變倍減：調(diào)整鏡頭使焦距減小，從而使成像范

28、圍變大，圖像變小。最小變倍位置：鏡頭焦距處于最小時(shí)的位置，此時(shí)成像范圍最大，圖像最小。4.2軟預(yù)置位的保存與設(shè)置在本項(xiàng)目中，為了快速準(zhǔn)確的移動(dòng)到目標(biāo)（稱為軟件預(yù)置位），充分利用了普通云臺(tái)本身自帶的預(yù)置位（稱為硬預(yù)置位）。4.2.1軟預(yù)置位需保存的信息在軟預(yù)置位保存的信息中，包括有：軟預(yù)置位id、硬預(yù)置位id、模板圖片、變倍信息、云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。軟預(yù)置位的設(shè)置步驟為：1.利用控制云臺(tái)轉(zhuǎn)到距離目標(biāo)最近的硬預(yù)置位；2.控制云臺(tái)上下左右動(dòng)作、變倍、聚焦，將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)；3.將當(dāng)前位置設(shè)為軟預(yù)置位，保存其信息（軟預(yù)置位id、硬預(yù)置位id、模板圖片、變倍信息）。4.2.2軟預(yù)置位與硬預(yù)置位的關(guān)系本系統(tǒng)中，

29、要定位到軟預(yù)置位首先要定位到硬預(yù)置位。為了保證軟置位的模板圖片與硬預(yù)置位的目標(biāo)圖片可以通過圖像相似性分析得出其像素差，必須保證兩幅圖之間有較大面積的重疊。在本系統(tǒng)中，硬預(yù)置位的目標(biāo)圖片上的任意一點(diǎn)都可作為軟預(yù)置位的中心，因此，理論上，每個(gè)硬預(yù)置位可對(duì)應(yīng)704*572=402688個(gè)軟預(yù)置位。如圖2和圖3中，圖2是硬預(yù)置位的目標(biāo)圖片，而圖3則是軟預(yù)置位的模板圖片，其水平位置差為13個(gè)像素。 圖2 硬預(yù)置位目標(biāo)圖片圖3 軟預(yù)置位模板圖片假設(shè)鏡頭的最大視角（處于最小變倍時(shí)的視角）為30，則每一圈水平圖像只需360/30=12個(gè)硬預(yù)置位即可保證包含全部水平方向的圖像。假設(shè)鏡頭在垂直方向的最大視角為20

30、,垂直方向轉(zhuǎn)動(dòng)角度為90，則垂直方向有90/205個(gè)硬預(yù)置位即可保證包含全部垂直方向的圖像。由上可知，只需要有12*5=60個(gè)硬預(yù)置位，即可包含所有方向的圖像。再通過軟預(yù)置位的方式，所有方向上任意一點(diǎn)均可作為預(yù)置目標(biāo)。按上述假設(shè)，理論上預(yù)置位可達(dá)402688*60=24161280個(gè)，可以認(rèn)為是無(wú)窮多預(yù)置位。3.2.3變倍信息的獲取與設(shè)置4.3.1變倍信息的保存方式在軟預(yù)置位的信息中，需要保存其變倍信息。變倍信息的保存方式有兩種。1.保存目標(biāo)位置的圖片。這種方式下，需要保存的是目標(biāo)位置的圖片（稱為目標(biāo)圖片）。當(dāng)需要將攝像機(jī)鏡頭的最小變數(shù)變到目標(biāo)要求的變數(shù)時(shí)，其控制原理為：首先使云臺(tái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，然

31、后逐步增加（或減?。┳儽?，并抓取圖片(稱為當(dāng)前圖片)與目標(biāo)圖片相比較，如果當(dāng)前圖片與目標(biāo)圖片的差值最小，則認(rèn)為鏡頭的變倍到了目標(biāo)位置。要實(shí)現(xiàn)這種變倍方式，需要分兩步進(jìn)行：第一步，取得變倍過程中當(dāng)前圖片與目標(biāo)圖片的最小差值。其執(zhí)行過程是：首先將鏡頭變倍到最小；然后將其變倍到最大，在增大變倍的過程中，不斷抓取當(dāng)前圖片，并與目標(biāo)圖片比較,記錄其差值；最后將這些差值排序，取得其最小值即為最小差值。第二步，將變倍從最大向最小逐步減小，并不斷抓取其當(dāng)前圖片，比較當(dāng)前圖片與目標(biāo)圖片的差值，當(dāng)差值最接近最小差值時(shí)，即可認(rèn)為到達(dá)了目標(biāo)位置。其流程圖如下：圖4 到達(dá)預(yù)置變倍位置控制流程圖圖4中，getimaged

32、iff（）是圖像比較函數(shù)，其功能是比較兩個(gè)圖片的差值，其返回值越小，則認(rèn)為兩個(gè)圖片越接近。2.保存達(dá)到目標(biāo)位置的時(shí)間這種方式下，需要保存的是從最小變倍位置達(dá)到目標(biāo)位置所需的時(shí)間。由于增加變倍和減小變倍只是兩個(gè)方向相反的過程，而速度是相同的。因此，可以認(rèn)為：鏡頭從目標(biāo)位置達(dá)到最小變倍位置所用的最短時(shí)間與從最小變倍位置達(dá)到目標(biāo)位置所用的最短時(shí)間是相同的。在本系統(tǒng)中，將鏡頭從目標(biāo)位置達(dá)到最小變倍位置所用的最短時(shí)間（稱作變倍時(shí)間）作為變倍信息保存起來(lái)。當(dāng)需要將攝像機(jī)鏡頭的最小變數(shù)變到目標(biāo)要求的變數(shù)時(shí)，其控制流程為：首先將變倍置于最小位置，然后發(fā)一條變倍增加命令，延時(shí)變倍時(shí)間后，發(fā)一條停止命令。此時(shí)，可

33、認(rèn)為到達(dá)了預(yù)置的目標(biāo)位置。在這種方式下，最重要的就是如何獲取最短時(shí)間。為了保證獲取最短時(shí)間的準(zhǔn)確性，可采用多線程方式。由于在設(shè)置軟預(yù)置位時(shí)，攝像機(jī)所處的位置就是變倍位置，因此，只需要發(fā)一條變倍小的命令，然后開啟一個(gè)線程不斷抓圖并判斷相臨兩個(gè)圖片的差值，直到相臨的兩圖差值最小時(shí)，可認(rèn)為圖不動(dòng)了，即鏡頭到了最小變倍位置。其流程圖如圖5和圖6：圖5計(jì)算變倍時(shí)間主程序流程圖6計(jì)算變倍時(shí)間子線程流程4.4云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的計(jì)算為了精確、快速控制云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到軟預(yù)置位，需要計(jì)算出云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度。速度分為水平轉(zhuǎn)速和垂直轉(zhuǎn)速。本系統(tǒng)中，云臺(tái)轉(zhuǎn)速以像素/毫秒（pixel/ms）為單位。有兩種計(jì)算機(jī)速度的方式。4.4.1

34、通過參數(shù)計(jì)算速度通過得到各種參數(shù)來(lái)獲得每個(gè)軟預(yù)置位對(duì)應(yīng)的云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)速度。這種方式可適用于各種變倍環(huán)境下的情況。其參數(shù)獲取過程是：首選將攝像機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，調(diào)整好變倍及焦距;第二步，將該位置設(shè)為軟預(yù)置位;第三步，將云臺(tái)左右轉(zhuǎn)動(dòng)特定時(shí)間，計(jì)算出云臺(tái)水平轉(zhuǎn)速；第四步，將云臺(tái)上下轉(zhuǎn)動(dòng)特定時(shí)間，計(jì)算機(jī)出云臺(tái)垂直轉(zhuǎn)速。由于每個(gè)軟預(yù)置位對(duì)應(yīng)的變倍數(shù)不同，因此每個(gè)軟預(yù)置位都有不同的云臺(tái)速度。以水平轉(zhuǎn)速為例，云臺(tái)轉(zhuǎn)速的計(jì)算方法如下：首先假設(shè)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)分為三個(gè)階段，啟動(dòng)、勻速轉(zhuǎn)動(dòng)、停止。再假設(shè)啟停時(shí)間（啟動(dòng)和停止合起來(lái)所用的時(shí)間）為,啟停像素(啟動(dòng)和停止合起來(lái)在圖像上移動(dòng)的以像素為單位的距離)為，云臺(tái)轉(zhuǎn)速為 (單位為)。

35、由此，可得到以下公式：其中:是實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間；是實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)的像素由上述公式可得知，理論上只需要做兩次實(shí)現(xiàn)，即可計(jì)算出p、t和v。假設(shè)兩次實(shí)驗(yàn)的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間分別為,，轉(zhuǎn)動(dòng)像素分別為,。則可得出以下公式： 變換后可得:設(shè) 當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)置位時(shí)，只需判斷當(dāng)前圖片與模板圖片的像素偏差（假設(shè)為），就可用以下公式計(jì)算出云臺(tái)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。 在實(shí)際操作中,和可多次測(cè)量取均值,這樣可提高精度,但其代價(jià)是增加了計(jì)算和的時(shí)間。4.4.2通過經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算速度可以針對(duì)某一種云臺(tái)，首先計(jì)算出一些經(jīng)驗(yàn)值，然后根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)值直接計(jì)算出需要轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。如表2 是一組數(shù)據(jù)。表2 轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間與像素差對(duì)應(yīng)關(guān)系表時(shí)間(ms)501002003

36、00400500600700800900像素差3820344863738798111時(shí)間(ms)100011001200130014001500160017001800像素差125137151163179191206217232計(jì)算速度時(shí)，首先要根據(jù)表2判斷像素差在哪個(gè)范圍內(nèi)，假設(shè)這個(gè)范圍的上一個(gè)時(shí)間為,下一個(gè)時(shí)間為,上一個(gè)像素值為,下一個(gè)像素值為，則此范圍內(nèi)的速度： 當(dāng)需要轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)置位時(shí)，只需判斷當(dāng)前圖片與模板圖片的像素偏差（假設(shè)為），就可用以下公式計(jì)算出云臺(tái)需要轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)間。 以表2為例，如果當(dāng)前圖片與模板圖片的像素差為51,則:此時(shí)，只需要向云臺(tái)發(fā)命令轉(zhuǎn)動(dòng)即可達(dá)指定位置。4.5定位到軟預(yù)置

37、位定位到軟件預(yù)置位可分為兩種情況，第一種是變倍為最小時(shí)定位到軟預(yù)置位，第二種是變倍不為最小時(shí)定位到軟預(yù)置位。4.5.1定位到變倍為最小軟預(yù)置位這種情況是最簡(jiǎn)單的軟預(yù)置位。其過程為：1.轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的硬預(yù)置位；2.計(jì)算當(dāng)前圖片與模板圖片的位置偏差，如果偏差為0 (或小于給定值)則認(rèn)為到達(dá)了軟預(yù)置位，直接退出,否則進(jìn)入下一步。3.根據(jù)水平偏差和云臺(tái)水平速度計(jì)算出需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（左轉(zhuǎn)或右轉(zhuǎn)）和時(shí)間4.發(fā)命令使云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)時(shí)間；5.計(jì)算當(dāng)前圖片與模板圖片的位置偏差, 如果偏差為0(或小于給定值)則認(rèn)為到達(dá)了軟預(yù)置位，直接退出,否則進(jìn)入下一步；6.根據(jù)垂直偏差和云臺(tái)垂直速度計(jì)算出需要轉(zhuǎn)動(dòng)的方向（上轉(zhuǎn)或下轉(zhuǎn)）

38、和時(shí)間；7.發(fā)命令使云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)時(shí)間；8.轉(zhuǎn)到第2步。其流程圖如圖7。圖7 定位到軟預(yù)置位流程圖在執(zhí)行此流程以前，由于云臺(tái)可能處于任意位置（同時(shí)鏡頭也可能不在最小變倍位置），因此，第一步“轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)的硬預(yù)置位”的執(zhí)行時(shí)間不是一個(gè)固定值。需要云判斷臺(tái)是否已轉(zhuǎn)到了硬預(yù)置位指定的位置，其判斷原理是：當(dāng)云臺(tái)轉(zhuǎn)到硬預(yù)置位時(shí)，云臺(tái)會(huì)停止動(dòng)作，此時(shí)，圖像也會(huì)相對(duì)靜止，因此只需判斷圖像是否靜止即可判斷云臺(tái)是否已達(dá)到硬預(yù)置位。其判斷流程如圖8：圖8 定位到硬預(yù)置位判定流程圖4.5.2定位到變倍不為最小的軟預(yù)置位這種情況由于增加了鏡頭的變倍，其過程相對(duì)復(fù)雜一些。為了實(shí)現(xiàn)這種情況下的軟預(yù)置位，可采用兩種方式：第一種，

39、使用軟預(yù)置位中存儲(chǔ)的變倍信息進(jìn)行變倍。 第二種，使用硬預(yù)置位中存儲(chǔ)的變倍信息進(jìn)行變倍。下面分別討論這兩種方式。1使用軟預(yù)置位中存儲(chǔ)的變倍信息進(jìn)行變倍這種方式下其定位到軟預(yù)置位的過程是：首先定位按最小變倍的情況將云臺(tái)定位到該軟預(yù)置位對(duì)應(yīng)的位置,然后根據(jù)軟預(yù)置位中保存的變倍信息進(jìn)行鏡頭的變倍操作(其操作過程見3.2.3“變倍信息的獲取與設(shè)置”)。采用這種方式時(shí)，要求所有的硬預(yù)置位全部處于最小變倍的位置。這種方式下，其設(shè)置軟預(yù)置位的過程是：首先定位到硬預(yù)置位（硬預(yù)置位處于最小變倍位置）；然后上下左右移動(dòng)云臺(tái)，對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)，變調(diào)節(jié)鏡頭變倍，使目標(biāo)成像大小處于最適合的狀態(tài)；最后記錄軟預(yù)置位的各種信息。2使用

40、硬預(yù)置位中存儲(chǔ)的變倍信息進(jìn)行變倍采用這種方式時(shí)，在軟預(yù)置位中不保存變倍信息，而是采用硬預(yù)置位的變倍信息。因此，硬預(yù)置位的變倍信息決定了軟預(yù)置位的變倍信息。這種方式下，其設(shè)置軟預(yù)置位的過程是：首先定位到硬預(yù)置位（硬預(yù)置位已調(diào)整到合適的變倍位置）；然后上下左右移動(dòng)云臺(tái)，使其對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)（注意不可以調(diào)整變倍）；最后記錄軟預(yù)置位信息。這種方式下，其定位到軟預(yù)置位的過程與3.2.5.1“定位到變倍為最小軟預(yù)置位”中所述的過程相同。在定位的過程中，涉及到了由位置偏差計(jì)算云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間的問題。由于這種方式下鏡頭的變倍數(shù)未定，因此，無(wú)法獲取其經(jīng)驗(yàn)速度數(shù)據(jù)，只能采用參數(shù)計(jì)算速度的方法。4.6自動(dòng)聚焦自動(dòng)聚焦有開環(huán)控制

41、和閉環(huán)控制兩種方式。4.6.1閉環(huán)控制自動(dòng)聚焦閉環(huán)控制自動(dòng)聚焦的原理是：控制鏡頭向某個(gè)方向（遠(yuǎn)或近）聚焦，如果圖像越來(lái)越清晰，則認(rèn)為方向正確，繼續(xù)控制鏡向這個(gè)方向動(dòng)作，直到清晰度達(dá)到最高；如果清晰度越來(lái)越差，則認(rèn)為方向錯(cuò)誤，應(yīng)該向反加聚焦。如此循環(huán)此過程，直到圖像清晰度最高，則認(rèn)為自動(dòng)聚焦成功。其實(shí)現(xiàn)流程是：1首先向聚焦近方向動(dòng)作特定時(shí)間(如500ms)；2然后向聚焦遠(yuǎn)方向動(dòng)作，如果中間經(jīng)過了焦點(diǎn)位置，則退出；否則動(dòng)作經(jīng)過5秒后退出（5秒可保證聚焦從最遠(yuǎn)到最近）;3如果中間經(jīng)過了焦點(diǎn)位置，轉(zhuǎn)到5。 4如果中間未經(jīng)過焦點(diǎn)位置，則向聚焦近方向動(dòng)作，在中間經(jīng)過焦點(diǎn)位置后，退出。5.根據(jù)第2或第4步確

42、定的聚焦方向，開始逐步動(dòng)作，直到找到焦點(diǎn)。4.6.2開環(huán)控制自動(dòng)聚焦所謂開環(huán)控制方式,指的是直接發(fā)一條命令讓鏡頭向某個(gè)方向聚焦動(dòng)作一段時(shí)間,然后就認(rèn)為聚焦到了最佳位置。在這種控制方式下，最重要的一個(gè)參數(shù)就是聚焦動(dòng)作所需的時(shí)間。為獲取該時(shí)間，可首先取得一些經(jīng)驗(yàn)值（如表3），然后根據(jù)經(jīng)值進(jìn)行插值運(yùn)算，獲得當(dāng)前需要聚焦的時(shí)間。表3 變倍時(shí)間與聚焦時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)系表(單位)變倍時(shí)間230023002500300035004000聚焦時(shí)間0730720650550500表3中，變倍時(shí)間指的是從最小變倍位置到達(dá)目標(biāo)預(yù)置變倍位置所需動(dòng)作的時(shí)間（該時(shí)間在設(shè)置軟預(yù)置位時(shí)已經(jīng)取得，見3.2.3.1“變倍信息的保存方式

43、”）；聚焦時(shí)間是從聚焦最遠(yuǎn)位置向聚焦近動(dòng)作所需的時(shí)間；當(dāng)變倍時(shí)間小于2300時(shí)，焦距的位置基本上不會(huì)對(duì)圖像的清晰度產(chǎn)生影響，因此不需要調(diào)焦。計(jì)算聚焦時(shí)間時(shí)，首先要根據(jù)表5判斷變倍時(shí)間在哪個(gè)范圍內(nèi)，假設(shè)這個(gè)范圍的上一個(gè)聚焦時(shí)間為,下一個(gè)聚焦時(shí)間為,上一個(gè)變倍時(shí)間為,下一個(gè)變倍時(shí)間為，假設(shè)在一個(gè)范圍內(nèi)其變化是線性關(guān)系，則此范圍內(nèi)的變倍聚焦時(shí)間比為： 當(dāng)需要定位到預(yù)置位時(shí)，只需得知變倍時(shí)間（假設(shè)為），就可用以下公式計(jì)算出鏡頭動(dòng)作需要的時(shí)間。 以表5為例，如果當(dāng)前變倍時(shí)間為3200,則:此時(shí)，只需要向鏡頭發(fā)命令使鏡頭從聚焦最遠(yuǎn)位置向聚焦近方向動(dòng)作即可達(dá)指定位置。4.7多控制協(xié)議的實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)中，到目前為

44、止可支持pelco-d協(xié)議和pelco-p協(xié)議，并且具有擴(kuò)展功能。本系統(tǒng)中，利用vc實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)用dll的功能。每種協(xié)議可以生成一個(gè)dll文件。在該dll文件中，需要按給出定的函數(shù)接口規(guī)范實(shí)現(xiàn)云臺(tái)上下左右變倍聚焦等功能。以實(shí)現(xiàn)pelco-d和pelco-p協(xié)議為例，兩種實(shí)現(xiàn)的實(shí)現(xiàn)文件分別是pelcop.dll和pelcod.dll。以云臺(tái)向左轉(zhuǎn)功能為例，函數(shù)的接口定義為：bool pascal export myleft(int address,int speed,int delay)；其中，address是云臺(tái)的地址，speed是云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度，delay是向左轉(zhuǎn)多長(zhǎng)時(shí)間，單位為ms。在pe

45、lcop.dll和pelcod.dll中均實(shí)現(xiàn)了此函數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)調(diào)用，定義一個(gè)專門的協(xié)議調(diào)用文件 pelco_client.dll。在該文件中，定義了向左轉(zhuǎn)的函數(shù)為：bool pascal export myleft(lpctstr strdll,int address,int speed,int delay)；其中strdll是不同協(xié)議的dll文件名，后面三個(gè)參數(shù)與pelcop.dll中定義的myleft的參數(shù)相同。在該函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)調(diào)用strdll文件的功能。在應(yīng)用程序中，只需要調(diào)用pelco_client.dll中的myleft，通過不同的參數(shù)就可以調(diào)用不同的控制協(xié)議。比如，要通

46、過pelco-d協(xié)議控制地址為1的云臺(tái)以最高速度向左轉(zhuǎn)200ms，則調(diào)用方式為：myleft(“pelcod.dll”,1,0xff,200);4.8與現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的集成本項(xiàng)目產(chǎn)品主要是一套軟件，該軟件可與現(xiàn)有的主流視頻監(jiān)控系統(tǒng)相集成，在現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)上通過一套軟件提供云臺(tái)精確預(yù)置位的功能。與現(xiàn)有視頻監(jiān)控系統(tǒng)的接口主要有兩個(gè)：1視頻接口即如何獲取視頻圖像。其視頻圖像的獲取方式有兩種：a通過視頻采集卡采集b通過網(wǎng)絡(luò)方式采集2控制接口即可何控制云臺(tái)鏡頭動(dòng)作。其控制方式有兩種：a通過串口直接控制b通過網(wǎng)絡(luò)控制五、項(xiàng)目實(shí)施方案及分階段計(jì)劃進(jìn)度安排企業(yè)應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目實(shí)施的實(shí)際情況，對(duì)項(xiàng)目技術(shù)方案、生產(chǎn)方案及營(yíng)銷方案等方面情況進(jìn)行論述。說明項(xiàng)目執(zhí)行過程中的進(jìn)度目標(biāo)，階段工作內(nèi)容及經(jīng)費(fèi)投入。1技術(shù)及生產(chǎn)方案(1)軟件開發(fā)工具及環(huán)境控制用dll文件：采用