用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控技術(shù)，特別涉及一種用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在視頻監(jiān)控中通常需要對(duì)特定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，但由于特定目標(biāo)在監(jiān)控場(chǎng)景中的位置往往是動(dòng)態(tài)變化的，而單個(gè)攝像頭的鏡頭視角范圍又難以覆蓋全部的視頻監(jiān)控場(chǎng)景，因此，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)的跟蹤，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種場(chǎng)景全覆蓋方式，即，在視頻監(jiān)控場(chǎng)景中布放多個(gè)攝像頭，以利用多個(gè)攝像頭的視角范圍疊加覆蓋視頻監(jiān)控場(chǎng)景的全部區(qū)域。
[0003]然而，場(chǎng)景全覆蓋方式顯然會(huì)導(dǎo)致成本隨著攝像頭的數(shù)量而線(xiàn)性增加，因此，現(xiàn)有技術(shù)還提供了一種聲源定向方式，即，利用一位置和角度固定的聲音拾取裝置形成一靜態(tài)聲源坐標(biāo)系，當(dāng)聲音拾取裝置感測(cè)視頻監(jiān)控場(chǎng)景中的特定目標(biāo)產(chǎn)生的聲源信號(hào)時(shí)，通過(guò)對(duì)聲源信號(hào)的解算得到聲源(也即特定目標(biāo))在靜態(tài)聲源坐標(biāo)系中的絕對(duì)方位角，然后再利用解算出的絕對(duì)方位角調(diào)節(jié)攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)，以使攝像頭的視角范圍追蹤覆蓋聲源(也即特定目標(biāo))在視頻監(jiān)控場(chǎng)景中所處的部分區(qū)域。
[0004]如上可見(jiàn)，聲源定向方式無(wú)需利用多個(gè)攝像頭的視角范圍疊加覆蓋視頻監(jiān)控場(chǎng)景的全部區(qū)域，因而能夠減少在視頻監(jiān)控場(chǎng)景中布放的攝像頭數(shù)量，從而節(jié)省成本。但與此同時(shí)，為了更準(zhǔn)確地解算出絕對(duì)方位角以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)的準(zhǔn)確定向，勢(shì)必需要提高解算算法的精確度，但隨著算法的精確度的不斷提高，運(yùn)行算法所消耗的資源也會(huì)隨之增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]有鑒于此，本發(fā)明提供一種用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置及方法。
[0006]本發(fā)明提供的一種用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置，包括:
[0007]聲音拾取部件，其可與攝像頭同步旋轉(zhuǎn)；
[0008]聲音采集部件，其采集聲音拾取部件接收到的聲源信號(hào)；
[0009]方位解算部件，其利用聲源信號(hào)解算得到聲源相比于攝像頭的鏡頭法線(xiàn)的方位角；
[0010]角度收斂部件，其在解算得到的方位角超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外時(shí)，產(chǎn)生用于將方位角收斂至預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0011]調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件，其依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)使攝像頭與聲音拾取部件同步旋轉(zhuǎn)。
[0012]優(yōu)選地，聲音拾取部件固定于攝像頭、以形成與攝像頭同步的旋轉(zhuǎn)。
[0013]優(yōu)選地，聲音拾取部件包括至少兩個(gè)麥克風(fēng)。
[0014]優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)定的角度范圍小于或等于攝像頭的鏡頭視角范圍。
[0015]優(yōu)選地,攝像頭裝設(shè)于轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)、該轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)由調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件驅(qū)動(dòng)。
[0016]優(yōu)選地，進(jìn)一步包括:環(huán)路濾波部件，其位于角度收斂部件與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件之間。
[0017]本發(fā)明提供的一種用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制方法，包括:
[0018]步驟a0、將聲音拾取部件設(shè)置為可與攝像頭同步旋轉(zhuǎn)；
[0019]步驟al、采集聲音拾取部件接收到的聲源信號(hào)；
[0020]步驟a2、利用聲源信號(hào)解算得到聲源相比于攝像頭的鏡頭法線(xiàn)的方位角；
[0021]步驟a3、在解算得到的方位角超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外時(shí)，產(chǎn)生用于將方位角收斂至預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)；
[0022]步驟a4、依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)使攝像頭與聲音拾取部件同步旋轉(zhuǎn)。
[0023]優(yōu)選地，步驟aO通過(guò)將聲音拾取部件固定于攝像頭而使聲音拾取部件與攝像頭同步旋轉(zhuǎn)。
[0024]優(yōu)選地，聲音拾取部件包括至少兩個(gè)麥克風(fēng)。
[0025]優(yōu)選地，預(yù)先設(shè)定的角度范圍小于或等于攝像頭的鏡頭視角范圍。
[0026]優(yōu)選地，步驟a4通過(guò)驅(qū)動(dòng)裝設(shè)有攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)驅(qū)使攝像頭和聲音拾取部件同步旋轉(zhuǎn)。
[0027]優(yōu)選地，進(jìn)一步包括:在執(zhí)行步驟a4之前對(duì)步驟a3產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)進(jìn)行環(huán)路濾波。
[0028]如上可見(jiàn)，在本發(fā)明中，聲音拾取部件可與攝像頭同步旋轉(zhuǎn)，因而能夠形成隨攝像頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系，相應(yīng)地，基于該動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系，解算得到的方位角就為聲源相比于攝像頭的鏡頭法線(xiàn)的相對(duì)方位角，進(jìn)而，通過(guò)使該相對(duì)方位角向預(yù)先設(shè)定的角度范圍內(nèi)收斂，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制、并通過(guò)對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制使攝像頭的鏡頭視角范圍追蹤聲源所處方位。由于對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制所產(chǎn)生的環(huán)路增益能夠抑制解算算法產(chǎn)生的精度誤差，因而本發(fā)明無(wú)需提高解算算法的精確度即可提高聲源定向的準(zhǔn)確性，從而能夠節(jié)省運(yùn)行算法所消耗的資源。
【附圖說(shuō)明】
[0029]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置的示例性結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2a和圖2b為如圖1所示的示例性結(jié)構(gòu)中聲音拾取部件的優(yōu)選布置方式示意圖；
[0031]圖3a和圖3b為基于如圖2所示優(yōu)選布置方式的閉環(huán)控制實(shí)例示意圖；
[0032]圖4為本發(fā)明實(shí)施例中用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制方法的示例性流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0034]請(qǐng)參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例中用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置包括:聲音拾取部件11、聲音采集部件12、方位解算部件13、角度收斂部件14、環(huán)路濾波部件15、以及調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16。
[0035]聲音拾取部件11可與攝像頭10同步旋轉(zhuǎn)。其中，由于聲音拾取部件11具有與攝像頭10同步旋轉(zhuǎn)的特性，因而聲音拾取部件11所形成的聲源坐標(biāo)系能夠隨著攝像頭10的轉(zhuǎn)動(dòng)而同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從能夠形成隨攝像頭10同步轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系。
[0036]實(shí)際應(yīng)用中，聲音拾取部件11可以固定于攝像頭10、以形成聲音拾取部件11可與攝像頭10同步旋轉(zhuǎn)的特性，而且，固定于攝像頭10的聲音拾取裝置11可以采用不同的布置方式，以實(shí)現(xiàn)二維空間、或者更高維空間的定向。
[0037]其中，若需要聲音拾取裝置11實(shí)現(xiàn)二維空間的180°范圍內(nèi)的聲源定向，則請(qǐng)參見(jiàn)圖2a和圖2b，聲音拾取部件11可以包括位于同一平面內(nèi)的一對(duì)麥克風(fēng)11a和11b，該對(duì)麥克風(fēng)11a和lib分別于鏡頭100法線(xiàn)N的兩側(cè)固定于攝像頭10、以形成與鏡頭100法線(xiàn)N共面的二維平面。需要說(shuō)明的是，圖2a和圖2b中僅僅是以球形的攝像頭100為例，但攝像頭100的具體形狀并不影響聲音拾取裝置11的布置方式。
[0038]若需要聲音拾取裝置11實(shí)現(xiàn)二維空間360°范圍內(nèi)的聲源定向，則聲音拾取部件11可以包括三個(gè)麥克風(fēng)在同一平面。
[0039]若需要聲音拾取裝置11實(shí)現(xiàn)三維及三維以上空間的定向，則聲音拾取部件11可以包括至少四個(gè)不共面的麥克風(fēng)，其中，對(duì)于四個(gè)麥克風(fēng)中的每?jī)蓚€(gè)麥克風(fēng)，可以像類(lèi)似于圖2a和圖2b所示的那樣分別于鏡頭100法線(xiàn)N的兩側(cè)固定于攝像頭10，以形成與鏡頭100法線(xiàn)N共面的二維平面，只是每?jī)蓚€(gè)麥克風(fēng)所分別形成的二維平面的角度不同，即互不平行。
[0040]聲音采集部件12采集聲音拾取部件11接收到的聲源信號(hào)。其中，對(duì)于聲音拾取部件11基于麥克風(fēng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的情況，聲音拾取部件11所拾取到的音頻信號(hào)通常為模擬信號(hào)，此時(shí)，聲音采集部件12的主要作用在于對(duì)模擬信號(hào)采樣、以得到數(shù)字化的聲源信號(hào)，例如，聲音采集部件12可以選用具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能的采樣電路。
[0041]方位解算部件13利用聲源信號(hào)解算得到聲源相比于攝像頭的鏡頭法線(xiàn)的方位角。其中，方位解算部件13可以采用任意一種現(xiàn)有的解算算法實(shí)施對(duì)聲源信號(hào)的解算。由于聲音拾取部件11形成的是隨攝像頭同步轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系，因此，按照任意一種解算算法得到的方位角都是以該動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系為參考坐標(biāo)，從而，只要以攝像頭的鏡頭法線(xiàn)為該動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸，則方位解算部件13解算得到的方位角即為聲源相比于攝像頭的鏡頭法線(xiàn)的方位角。
[0042]角度收斂部件14在解算得到的方位角超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外時(shí)，產(chǎn)生用于將方位角收斂至預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。其中，若解算得到的方位角在正向方向上超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外，則角度收斂部件14產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)表示沿反向方向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭和聲音拾取部件，使得聲源的方位角落在預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)。反之同理，若解算得到的方位角在反向方向上超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外，則角度收斂部件14產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號(hào)表示沿正向方向轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)節(jié)攝像頭和聲音拾取部件，同樣使得聲源的方位角落在預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)。另外，在解算得到的方位角未超出預(yù)先設(shè)定的角度范圍之外時(shí)，則角度收斂部件14可以無(wú)需產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0043]環(huán)路濾波部件15位于角度收斂部件14與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16之間。
[0044]調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)使攝像頭10和聲音拾取部件11同步旋轉(zhuǎn)。其中，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16主要的作用是依據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)使攝像頭10和聲音拾取部件11在正確的方向上旋轉(zhuǎn)、以使聲源的方位角能夠落在預(yù)先設(shè)定的角度范圍之內(nèi)，當(dāng)然，除了調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)方向之外，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16也可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)一步調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的速度等其它參數(shù)；另外，調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16可以由例如伺服裝置等任一種具有驅(qū)動(dòng)能力的部件來(lái)實(shí)現(xiàn)，攝像頭10可以裝設(shè)于由調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16驅(qū)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)，以使攝像頭10具有旋轉(zhuǎn)自由度，從而，只要調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)云臺(tái)旋轉(zhuǎn),攝像頭10即可發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng),相應(yīng)地，固定于攝像頭10的聲音拾取部件11即可與攝像頭10同步轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0045]如上可見(jiàn)，在本實(shí)施例用于視頻監(jiān)控的聲源定向控制裝置中，可與攝像頭10同步旋轉(zhuǎn)的聲音拾取部件11能夠形成隨攝像頭轉(zhuǎn)動(dòng)的動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系，因而基于該動(dòng)態(tài)聲源坐標(biāo)系，方位解算部件13解算得到的方位角就為聲源相比于攝像頭10的鏡頭100法線(xiàn)N的相對(duì)方位角，從而，通過(guò)角度收斂部件14與調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)部件16的配合，即可使該相對(duì)方位角向預(yù)先設(shè)定的角度范圍內(nèi)收斂，以實(shí)現(xiàn)對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制、并通過(guò)對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制使攝像頭10的鏡頭100視角范圍追蹤聲源所處方位。
[0046]按照控制理論，對(duì)該相對(duì)方位角的閉環(huán)控制必然能夠產(chǎn)生環(huán)路增益K，以抑制傳統(tǒng)的開(kāi)環(huán)方式中由解算算法產(chǎn)生的精度誤差，即開(kāi)環(huán)精度誤差E。其中，開(kāi)環(huán)精度誤差E與環(huán)路增益K抑制