监控摄像头快速标定和坐标系快速转换方法及设备与流程

本发明涉及一种监控摄像头快速标定和坐标系快速转换方法及设备。

背景技术：

1、近年来，建筑信息模型（bim）技术在建筑领域得到了广泛应用。bim通过将各个领域的信息有机整合，提供了一个全方位、精细化的数字化平台，使得施工现场的管理和监控更加高效和精确。然而，bim模型的建立和维护需要大量的数据输入和更新工作，信息更新滞后和数据不准确的问题经常导致其应用受到限制。尽管bim技术在示范项目中展示了先进性，但其高昂的成本和复杂的操作流程，使得大规模推广面临挑战。

2、与此同时，视频监控系统在建筑施工现场的应用日益普及。视频监控系统具有无需建立复杂模型、成本低、易于大规模推广的优势，能够实时提供现场的影像信息。然而，视频监控系统的数据通常是非结构化的，缺乏与其他数据源的关联，导致问题难以追溯和分析。尽管视频监控系统在大量项目中成功应用，但其对实际生产效益的提升有限。

3、尽管bim技术和视频监控系统各有优劣，但二者的结合应用仍较为罕见。将bim模型的精确建模能力与视频监控的实时性结合起来，可以大幅提升施工现场的管理水平和安全保障。然而，如何实现监控摄像头与bim模型的精确对应，使实时视频能够投影到bim模型的表面，并在3d空间中准确显示监控对象的位置，成为了一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种监控摄像头快速标定和坐标系快速转换方法及设备。

2、为解决上述问题，本发明提供一种监控摄像头快速标定和坐标系快速转换方法，包括：

3、步骤1：引入项目的bim模型和在施工现场高处安装视频监控的摄像头；

4、步骤2：在bim模型中对所述摄像头的外参进行标定；

5、步骤3：基于参数，求解摄像头的内部坐标系的前、左、上三个方向在bim模型中的方向向量。

6、进一步的，在上述方法中，步骤1：引入项目的bim模型和在施工现场高处安装视频监控的摄像头，包括：

7、步骤1.1：集成场部模型和建筑模型，场部模型和建筑模型与现实的比例为1:1，得到bim模型，通过图形引擎呈现所述bim模型；

8、步骤1.2：在施工现场高处安装摄像头，摄像头与固定处刚性连接，摄像头能够在水平面和垂直面上旋转视角。

9、进一步的，在上述方法中，步骤2：在bim模型中对所述摄像头的外参进行标定，包括：

10、步骤2.1：摄像头的外参定义为：；其中，参数x,y,z为摄像头在bim模型坐标系中的坐标，单位为米，x、y、z三个轴为摄像头在bim模型坐标系中坐标轴，其中，z轴为垂直轴以z轴为基准，用右手坐标系对应建立x、y轴；参数为摄像头依次绕着x、y、z三个轴旋转的角度，用于修正摄像头的镜头和塔吊刚性连接产生的扭转；另外，pan和tilt为摄像头的内部参数，pan表示摄像头在水平面上的旋转角度，tilt表示摄像头在垂直面上的旋转角度，pan和tilt这两个参数直接通过摄像头获取；

11、步骤2.2：在bim模型中对摄像头的外参进行标定；

12、进一步的，在上述方法中，步骤2.2：在bim模型中对摄像头的外参进行标定，包括：

13、步骤2.2.1：在bim模型的正交俯视视图下获取已知的摄像头的x,y坐标；

14、步骤2.2.2：控制摄像头，使摄像头垂直旋转至tilt=0°、水平旋转至pan=0°或180°，测量摄像头的视频画面中地平线与视频画面水平面的夹角度作为；

15、步骤2.2.3：控制摄像头，使摄像头垂直旋转至tilt=0°、水平旋转至pan=90°或270°，测量摄像头的画面中地平线与视频画面水平面的夹角的角度作为 ；

16、步骤2.2.4：将bim模型和视频画面左右分屏对比显示，调整z坐标与，以使左右分屏的两边bim模型和视频画面里的画面内容里面的物体分布接近；

17、步骤2.2.5：基于摄像头的x,y坐标，设置视频画面的透明度与bim模型重合，调整z坐标与，使监控画面与bim模型完全重合。

18、进一步的，在上述方法中，步骤3：基于参数，求解摄像头的内部坐标系的前、左、上三个方向在bim模型中的方向向量，包括：

19、步骤3.1：计算摄像头在初始状态时的方向向量；

20、步骤3.2：当摄像头发生了旋转，角度为时，基于角度和摄像头在初始状态pan=0°,tilt=0°时，摄像头内部坐标系在bim模型中的前、左、上三个方向向量前forward2、左left2、上up2，计算摄像头内部坐标系在bim模型中的方向向量。

21、进一步的，在上述方法中，步骤3.1：计算摄像头在初始状态时的方向向量，包括：

22、步骤3.1.1：定义初始向量前forward0=(1,0,0)、左left0=(0,1,0)、上up0=(0,0,1)；

23、步骤3.1.2：其中，向量u表示需要旋转的向量，向量v表示作为旋转轴的向量，表示向量u绕向量v按右手方向旋转α度得到旋转后的新向量，计算公式如下：

24、；

25、步骤3.1.3：将前forward0和左left0向量绕上up0旋转，分别代入步骤3.1.2的公式，得到旋转后的向量：

26、；

27、步骤3.1.4：将上up0和前forward1向量绕左left1旋转，分别代入步骤3.1.2的公式，得到旋转后的向量：

28、；

29、步骤3.1.5：将上up1和左left1向量绕前forward2旋转，分别代入步骤3.1.2的公式，得到旋转后的向量：

30、；

31、步骤3.1.6：经过以上旋转得到摄像头在初始状态时，即pan=0°,tilt=0°时， 摄像头内部坐标系在bim模型中的前、左、上三个方向向量前forward2、左left2、上up2。

32、进一步的，在上述方法中，步骤3.2：当摄像头发生了旋转，角度为时，基于角度和摄像头在初始状态pan=0°,tilt=0°时，摄像头内部坐标系在bim模型中的前、左、上三个方向向量前forward2、左left2、上up2，计算摄像头内部坐标系在bim模型中的方向向量，包括：

33、步骤3.2.1：将前forward2和左left2向量绕上up2旋转，分别代入步骤3.1.2的公式，得到旋转后的向量：

34、；

35、步骤3.2.2：将上up2和前forward3向量绕左left3旋转，分别代入步骤3.1.2的公式，得到旋转后的向量：

36、；

37、；

38、步骤3.2.3：经过以上旋转得到摄像头旋转角度后的前、左、上三个方向向量前forward4、左left3、上up3。

39、根据本发明的另一方面，还提供一种监控摄像头快速标定和坐标系快速转换系统，包括：

40、设置模块，用于引入项目的bim模型和在施工现场高处安装视频监控的摄像头；

41、标定模块，用于在bim模型中对所述摄像头的外参进行标定；

42、计算模块，用于基于参数，求解摄像头的内部坐标系的前、左、上三个方向在bim模型中的方向向量。

43、根据本发明的另一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机可执行指令，其中，该计算机可执行指令被处理器执行时使得该处理器：采用上述任一项所述的方法。

44、根据本发明的另一方面，还提供一种计算器设备，其中，包括：

45、处理器；以及

46、被安排成存储计算机可执行指令的存储器，所述可执行指令在被执行时使所述处理器：采用上述任一项所述的方法。

47、与现有技术相比，本发明通过引入项目的bim模型和在施工现场高处安装视频监控的摄像头；在bim模型中对所述摄像头的外参进行标定；基于参数，求解摄像头的内部坐标系的前、左、上三个方向在bim模型中的方向向量，能够快速、准确地建立监控摄像头与bim模型之间的关系，从而实现实时视频投影到bim模型的表面，并且在3d空间中正确显示监控对象的位置。本发明提高了摄像头标定的效率和准确性；简化了监控摄像头与bim模型之间的坐标系转换；实现了监控视频与bim模型的实时映射和对象位置的准确显示；提高了施工现场的安全管理和效率。