1.本发明涉及智能控制技术领域，更具体地说，它涉及基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法、系统及终端。
背景技术：
2.摄像头是在一些重要场所中用来观察现场情况的最常用的设备之一，广泛应用于大型公共场合、重要安防区域、关键工艺生产阶段和高压带电区域中，例如对于大型公共场合中异常情况的监测，又例如对高压带电区域中动物入侵监测。
3.为使摄像头覆盖更广的监测区域，摄像头一般采用固定转速进行单一方向的循环转动，其控制过程实现简单，但存在无法及时对突发情况进行监测。为此，现有技术中公开有应用声源定位技术来对摄像头的视角方向进行灵活控制的技术，其通过声源定位技术来识别某一个具有特定声源的目标对象的位置，再控制摄像的视角方向转动至目标对象。然而，随着目标对象的移动，为保证图像采集的质量，一般情况下需要动态更新声源定位的位置信息，这就需要频繁调控摄像头转动，甚至是实时调控摄像头转动。而摄像头频繁转动过程中的振动噪声也容易降低图像采集的质量，且在对环境变化较为敏感的活动对象进行监测时，摄像头频繁转动也会干扰到活动对象的正常行为。
4.因此，如何研究设计一种能够克服上述缺陷的基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法、系统及终端是我们目前急需解决的问题。
技术实现要素：
5.为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法、系统及终端，可以减少摄像头频繁转动过程中的振动噪声干扰，综合提高一段时间内的图像采集质量。
6.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：第一方面，提供了基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法，包括以下步骤：依据所采集的音频数据对目标对象进行声源定位，得到目标对象的空间位置信息；依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动，以使得目标对象处于摄像头的拍摄视角范围内；在第一周期内连续采集目标对象的多个采集图像，并依据多个采集图像中目标对象的位置信息拟合得到目标对象在第二周期内的预测活动轨迹；以等时间间隔或等距离间隔从预测活动轨迹中提取多个活动点位，并以活动点位的空间坐标与摄像头的空间坐标之差计算得到各个活动点位的位置向量；计算单个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数，并以所有活动点位所对应的第一空间夹角度数之和最小为优化目标求解得到最优的预设向量；以最优的预设向量作为摄像头的优化视角方向控制摄像头二次转动，二次转动后
的摄像头采集目标对象在第二周期内的实时图像。
7.进一步的，所述依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动的过程具体为：以目标对象的空间位置信息与摄像头的空间坐标之差计算得到目标对象的初始向量；计算初始视角方向所对应的视角向量与初始向量之间的第二空间夹角度数；依据摄像头的视角偏角与预设最小偏角之差计算得到偏角差值；以第二空间夹角度数与偏角差值之差计算得到控制偏角；以视角向量与初始向量处于同一平面建立基准面；通过控制摄像头的初始视角方向在基准面内由初始视角方向朝初始向量偏移转动控制偏角，完成摄像头的初次转动控制。
8.进一步的，所述优化目标求解的表达式为：；其中，表示第个活动点位的空间坐标；表示摄像头的空间坐标；表示第个活动点位的位置向量；表示预设向量；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示活动点位的数量；表示相邻活动点位的等时间间隔；表示第二周期；表示预设的第一角度；表示第1个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第1个活动点
位的位置向量与第个活动点位的位置向量之间的第一空间夹角度数；表示预设的第二角度。
9.进一步的，该方法还依据位置向量的模长为相应的第一空间夹角度数分配修正参数，且位置向量的模长越大，相应的第一空间夹角度数所分配的修正参数越小。
10.进一步的，所述修正参数的分配公式为：；其中，表示第个活动点位的位置向量所分配的修正参数；表示第个活动点位的位置向量的模长；表示活动点位的数量。
11.进一步的，所述优化目标求解的表达式为：；其中，表示第个活动点位的空间坐标；表示摄像头的空间坐标；表示第个活动点位的位置向量；表示预设向量；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量所分配的修正参数；表示活动点位的数量；表示相邻活动点位的等时间间隔；表示第二周期；表示预设的第一角度；表示第1个活动点位的位置向量与预设向量之间
的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第1个活动点位的位置向量与第个活动点位的位置向量之间的第一空间夹角度数；表示预设的第二角度。
12.进一步的，若所述预测活动轨迹沿以摄像头为中心的圆周方向存在轨迹折返，则提取预测活动轨迹中位于折返点前部的局部轨迹进行摄像头角度自适应调控，同时将第二周期替换为局部轨迹所对应的第三周期。
13.进一步的，该方法还依据触发信号重新启动摄像头角度自适应调控；所述触发信号包括：目标对象不在所采集的实时图像中时所生成的第一信号；目标对象在第二周期中的实际活动轨迹与预测活动轨迹之间偏移超过阈值时生成的第二信号；更新目标对象时所生成的第三信号。
14.第二方面，提供了基于声源定位的摄像头角度自适应调控系统，包括：声源定位模块，用于依据所采集的音频数据对目标对象进行声源定位，得到目标对象的空间位置信息；初次转动模块，用于依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动，以使得目标对象处于摄像头的拍摄视角范围内；轨迹预测模块，用于在第一周期内连续采集目标对象的多个采集图像，并依据多个采集图像中目标对象的位置信息拟合得到目标对象在第二周期内的预测活动轨迹；点位提取模块，用于以等时间间隔或等距离间隔从预测活动轨迹中提取多个活动点位，并以活动点位的空间坐标与摄像头的空间坐标之差计算得到各个活动点位的位置向量；优化求解模块，用于计算单个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数，并以所有活动点位所对应的第一空间夹角度数之和最小为优化目标求解得到最优的预设向量；优化控制模块，用于以最优的预设向量作为摄像头的优化视角方向控制摄像头二次转动，二次转动后的摄像头采集目标对象在第二周期内的实时图像。
15.第三方面，提供了一种计算机终端，包含存储器、处理器及存储在存储器并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如第一方面中任意一项所述的基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法。
16.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：1、本发明提供的基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法，整个摄像头角度自适应调控分前期的短时间调控和后期长时间调控，在短时间调控中对目标对象的位置变化分析得到预测活动轨迹，再基于预测活动轨迹来优化选取方向偏移对图像采集质量影响较小时所对应的最优的预设向量来对摄像头进行调控，可以减少摄像头频繁转动过程中的振动噪声干扰，综合提高一段时间内的图像采集质量；
2、本发明在考虑方向偏移对图像采集质量影响的基础上，还考虑了图像采集距离对图像采集质量的影响，使得摄像头角度自适应调控更为合理、可靠；3、本发明在预测活动轨迹沿以摄像头为中心的圆周方向存在轨迹折返时，提取预测活动轨迹中位于折返点前部的局部轨迹进行摄像头角度自适应调控，可有效降低密集活动对最优的预设向量优化求解的干扰，提高了最优的预设向量优化求解的准确性与可靠性；4、本发明还考虑了第一周期内目标对象随机移动对图像采集的影响，可减少目标对象脱离摄像头的拍摄视角范围的情况；5、本发明在最优的预设向量优化求解过程中，通过对预设向量与摄像头的拍摄视角边界之间的角度进行约束，可对部分摄像头调控角度较小的场景进行过滤，进一步增强了摄像头角度自适应调控的稳定性。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本技术的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：图1是本发明实施例1中的流程图；图2是本发明实施例1中摄像头初次转动的示意图；图3是本发明实施例2中的系统框图。
具体实施方式
18.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
19.实施例1：基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法，如图1所示，包括以下步骤：s1：依据所采集的音频数据对目标对象进行声源定位，得到目标对象的空间位置信息；s2：依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动，以使得目标对象处于摄像头的拍摄视角范围内；s3：在第一周期内连续采集目标对象的多个采集图像，并依据多个采集图像中目标对象的位置信息拟合得到目标对象在第二周期内的预测活动轨迹；s4：以等时间间隔或等距离间隔从预测活动轨迹中提取多个活动点位，并以活动点位的空间坐标与摄像头的空间坐标之差计算得到各个活动点位的位置向量；s5：计算单个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数，并以所有活动点位所对应的第一空间夹角度数之和最小为优化目标求解得到最优的预设向量；s6：以最优的预设向量作为摄像头的优化视角方向控制摄像头二次转动，二次转动后的摄像头采集目标对象在第二周期内的实时图像。
20.本实施例中的摄像头可以采用全景摄像头，既可以实现方位角调控，又可以实现俯仰角调控，且摄像头还可以配置如自动清洗、自动补光等功能的结构，在此不受限制。
21.需要说明的是，声源定位时可以依据预设的特定声源进行目标追踪，也可以选取声能最大的方向作为识别方向，还可以选取声能密度最大的方向作为识别方向，在此不受限制。而在目标对象的空间位置信息时，可以以摄像头的安装位置为原点建立三维坐标系，以此获得目标对象的三维坐标。
22.此外，第一周期的时长小于第二周期的时长，而为了进一步保证预测活动轨迹的准确性，若在第一周期的图像中存在目标对象，则可以选取部分历史图像参与轨迹预测。
23.另外，本发明中摄像头的初始视角方向、优化视角方向均是指摄像头的采集中心方向。
24.考虑到第一周期内目标对象随机移动对图像采集的影响，为减少目标对象脱离摄像头的拍摄视角范围的情况。在本实施例中，如图2所示，依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动的过程具体为：以目标对象的空间位置信息a与摄像头的空间坐标q之差计算得到目标对象的初始向量；计算初始视角方向所对应的视角向量与初始向量之间的第二空间夹角度数4；依据摄像头的视角偏角1与预设最小偏角2之差计算得到偏角差值3；以第二空间夹角度数4与偏角差值3之差计算得到控制偏角5；以视角向量与初始向量处于同一平面建立基准面；通过控制摄像头的初始视角方向在基准面内由初始视角方向朝初始向量偏移转动控制偏角，完成摄像头的初次转动控制。
25.在本实施例中，初始视角方向所对应的视角向量可以是初始视角方向的单位向量。视角偏角即为摄像头的采集中心方向与视角边界之间的空间夹角。
26.作为一种可选的实施方式，优化目标求解的表达式为：；其中，表示第个活动点位的空间坐标；表示摄像头的空间坐标；表示第个活动点位的位置向量；表示预设向量；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示活动点位的数量；表示相邻活动点位
的等时间间隔；表示第二周期；表示预设的第一角度；表示第1个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第1个活动点位的位置向量与第个活动点位的位置向量之间的第一空间夹角度数；表示预设的第二角度。
27.作为另一种可选的实施方式，本发明还依据位置向量的模长为相应的第一空间夹角度数分配修正参数，且位置向量的模长越大，相应的第一空间夹角度数所分配的修正参数越小。
28.例如，修正参数的分配公式为：；其中，表示第个活动点位的位置向量所分配的修正参数；表示第个活动点位的位置向量的模长；表示活动点位的数量。
29.而优化目标求解的表达式为：；其中，表示第个活动点位的空间坐标；表示摄像头的空间坐标；表示
第个活动点位的位置向量；表示预设向量；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量所分配的修正参数；表示活动点位的数量；表示相邻活动点位的等时间间隔；表示第二周期；表示预设的第一角度；表示第1个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数；表示第1个活动点位的位置向量与第个活动点位的位置向量之间的第一空间夹角度数；表示预设的第二角度。
30.为降低密集活动对最优的预设向量优化求解的干扰，若预测活动轨迹沿以摄像头为中心的圆周方向存在轨迹折返，则提取预测活动轨迹中位于折返点前部的局部轨迹进行摄像头角度自适应调控，同时将第二周期替换为局部轨迹所对应的第三周期。
31.本发明还依据触发信号重新启动摄像头角度自适应调控。而触发信号可以是以下的任意一种信号：如目标对象不在所采集的实时图像中时所生成的第一信号；目标对象在第二周期中的实际活动轨迹与预测活动轨迹之间偏移超过阈值时生成的第二信号；更新目标对象时所生成的第三信号。
32.实施例2：基于声源定位的摄像头角度自适应调控系统，如图3所示，该系统用于实现实施例1中所记载的基于声源定位的摄像头角度自适应调控方法，包括声源定位模块、初次转动模块、轨迹预测模块、点位提取模块、优化求解模块和优化控制模块。
33.其中，声源定位模块，用于依据所采集的音频数据对目标对象进行声源定位，得到目标对象的空间位置信息；初次转动模块，用于依据目标对象的空间位置信息和摄像头的初始视角方向控制摄像头初次转动，以使得目标对象处于摄像头的拍摄视角范围内；轨迹预测模块，用于在第一周期内连续采集目标对象的多个采集图像，并依据多个采集图像中目标对象的位置信息拟合得到目标对象在第二周期内的预测活动轨迹；点位提取模块，用于以等时间间隔或等距离间隔从预测活动轨迹中提取多个活动点位，并以活动点位的空间坐标与摄像头的空间坐标之差计算得到各个活动点位的位置向量；优化求解模块，用于计算单个活动点位的位置向量与预设向量之间的第一空间夹角度数，并以所有活动点位所对应的第一空间夹角度数之和最小为优化目标求解得到最优的预设向量；优化控制模块，用于以最优的预设向量作为摄像头的优化视角方向控制摄像头二次转动，二次转动后的摄像头采集目标对象在第二周期内的实时图像。
34.工作原理：本发明将整个摄像头角度自适应调控分前期的短时间调控和后期长时间调控，在短时间调控中对目标对象的位置变化分析得到预测活动轨迹，再基于预测活动轨迹来优化选取方向偏移对图像采集质量影响较小时所对应的最优的预设向量来对摄像头进行调控，可以减少摄像头频繁转动过程中的振动噪声干扰，综合提高一段时间内的图
像采集质量。
35.以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。