手持式自動(dòng)跟拍裝置及其目標(biāo)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及視頻成像技術(shù)領(lǐng)域，具體的涉及一種手持式自動(dòng)跟拍裝置及其目標(biāo)跟 蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，隨著電子技術(shù)、攝影技術(shù)等領(lǐng)域日星月異的發(fā)展，攝影的一個(gè)重要裝置一 云臺(tái)的使用也越來越廣泛。云臺(tái)是指光學(xué)設(shè)備底部和固定支架連接的轉(zhuǎn)向軸，是用于安裝 成像裝置的支撐工作臺(tái)。成像裝置是指攝像機(jī)或照相機(jī)之類的攝像裝置。成像裝置被放置 在云臺(tái)上，通過對(duì)云臺(tái)的調(diào)整，可以調(diào)整其鏡頭朝向，從而準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的觀察和攝 像。大型的云臺(tái)主要運(yùn)用于現(xiàn)代影視工業(yè)中，為了實(shí)現(xiàn)拍攝畫面的平穩(wěn)，這種大型的手持云 臺(tái)往往尺寸較大并且重量較重。無法適應(yīng)多種環(huán)境對(duì)拍攝的需要。
[0003] 目前市場(chǎng)上已經(jīng)出現(xiàn)了適合日常使用的手持云臺(tái)，把相機(jī)或手機(jī)安裝在云臺(tái)上， 用手拿著云臺(tái)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，此類便攜式手持式云臺(tái)已經(jīng)能獲取穩(wěn)定流暢的影像畫 質(zhì)。這種云臺(tái)基本可以滿足短時(shí)間拍攝的需求。但是，如果想對(duì)某個(gè)目標(biāo)進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的跟 拍，一方面僅以手臂為支承點(diǎn)，難以長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定，同時(shí)使用者要密切關(guān)注目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方 向，隨時(shí)調(diào)整云臺(tái)方向。造成使用者的不適，而無法長(zhǎng)時(shí)間通過人完成有效的跟拍。這些都 為便攜式云臺(tái)的廣泛使用帶來了困難。
[0004] 目標(biāo)跟蹤是計(jì)算機(jī)視覺分析中一個(gè)重要的問題，通過處理與分析從成像傳感器獲 得的圖像序列，計(jì)算出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在每一幀圖像上的二維坐標(biāo)位置。利用目標(biāo)跟蹤，可以方便 地獲得目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)、姿態(tài)或行為參數(shù)，為后續(xù)的行為理解和識(shí)別奠定了基礎(chǔ)。目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域 常用的跟蹤方法有:卡爾曼濾波、粒子濾波、Mean Shift、壓縮跟蹤、TLD等等。與一般的目標(biāo) 跟蹤系統(tǒng)不同，手持式跟拍裝置既要具有較高的實(shí)時(shí)處理能力，又不受限于其體積而不能 耗費(fèi)較多的硬件資源。Mean Shift跟蹤方法作為一種經(jīng)典的跟蹤方法，實(shí)時(shí)性較好，但無法 應(yīng)對(duì)目標(biāo)尺度的變換和目標(biāo)物被遮擋后再次尋回的問題，因此跟蹤結(jié)果的準(zhǔn)確性不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種能解決上述背景介紹中提到的技術(shù)問題的手持式自 動(dòng)跟拍裝置及其目標(biāo)跟蹤方法。
[0006] 本發(fā)明的一方面提供一種目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟:步驟S100: 通過具有拍攝功能的手持云臺(tái)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行拍攝，所得視頻圖像實(shí)時(shí)傳回至計(jì)算機(jī)上，通過 人工在視頻圖像中選擇目標(biāo)追蹤用初始框;步驟S200:根據(jù)初始框通過跟蹤算法實(shí)時(shí)更新 視頻圖像每一幀中目標(biāo)的位置;步驟S300:根據(jù)兩相鄰幀圖像中目標(biāo)的位移量，通過計(jì)算機(jī) 控制手持云臺(tái)移動(dòng)，以使得目標(biāo)處于視頻圖像的畫面中心區(qū)域。
[0007] 進(jìn)一步地，步驟100包括以下步驟:人工選擇目標(biāo)追蹤框的初始位置是指用手指在 初始幀圖像的目標(biāo)左上角觸擊屏幕，然后手指不離開屏幕，向右下方滑行，這時(shí)屏幕會(huì)出現(xiàn) 一個(gè)綠色的矩形框，當(dāng)該矩形框完整的將目標(biāo)框住后，手指離開屏幕，所得即為包含目標(biāo)的 目標(biāo)追蹤初始框。
[0008] 進(jìn)一步地，步驟S300中包括以下步驟:設(shè)兩相鄰幀圖像中的前一幀圖像中目標(biāo)的 中心位置坐標(biāo)為(XQ，yo)，與該前一幀圖像相鄰的下一幀圖像中目標(biāo)的中心位置坐標(biāo)為(XI， yi)，則兩相鄰幀圖像中目標(biāo)的位移量為(xmyi-yo)。從而控制該手持云臺(tái)移動(dòng)的（Χ1-χ〇， yi-y〇)〇
[0009] 進(jìn)一步地，步驟S200包括以下步驟：
[0010] 步驟S210:根據(jù)初始框初始化經(jīng)典Mean Shift目標(biāo)跟蹤算法，記初始框框住的含 有目標(biāo)的圖像區(qū)域?yàn)槟繕?biāo)模板，計(jì)算目標(biāo)模板的概率密度，并用經(jīng)典Mean Shift目標(biāo)跟蹤 算法計(jì)算當(dāng)前幀圖像中跟蹤框的位置；
[0011] 步驟S220:計(jì)算前一幀的目標(biāo)框中圖像和當(dāng)前幀的目標(biāo)框中圖像在1.0倍、1.1倍 和0.9倍縮放尺度下的余弦相似度，以余弦相似度最高值對(duì)應(yīng)的縮放尺度目標(biāo)框的中心位 置坐標(biāo)和框作為當(dāng)前幀目標(biāo)跟蹤用的當(dāng)前目標(biāo)框；
[0012] 步驟S230:將當(dāng)前目標(biāo)框區(qū)域內(nèi)的圖像劃分為8*8塊子區(qū)域，然后將前一幀圖像的 目標(biāo)對(duì)應(yīng)位置也劃分為8*8塊子區(qū)域后，當(dāng)前目標(biāo)框中圖像塊和前一幀目標(biāo)圖像塊一一進(jìn) 行區(qū)域匹配，匹配當(dāng)前目標(biāo)框的圖像塊和前一幀圖像的目標(biāo)對(duì)應(yīng)位置的圖像塊的重疊率高 于60%的當(dāng)前目標(biāo)框的圖像塊記為0，重疊率低于60 %的當(dāng)前目標(biāo)框的圖像塊則記為1，如 果被記為1的當(dāng)前目標(biāo)框的圖像塊占比在30%以上，認(rèn)為當(dāng)前目標(biāo)框中目標(biāo)存在遮擋，否則 認(rèn)為當(dāng)前目標(biāo)框中目標(biāo)沒有被遮擋；
[0013] 步驟S240:如果當(dāng)前目標(biāo)框圖像塊的判斷結(jié)果為目標(biāo)在當(dāng)前目標(biāo)框內(nèi)存在遮擋， 那么目標(biāo)模板不更新，并以前一幀圖像作為目標(biāo)模板；
[0014] 如果當(dāng)前目標(biāo)框圖像塊的判斷結(jié)果為目標(biāo)不存在遮擋，則將當(dāng)前目標(biāo)框中的圖像 保存作為下次跟蹤所用的目標(biāo)模板。
[0015] 進(jìn)一步地，步驟S220中相似度的計(jì)算包括以下步驟：
[0016] (1)分別統(tǒng)計(jì)前一幀圖像和當(dāng)前幀圖像的灰度圖像直方圖分布，將直方圖劃分為 32個(gè)部分，前一幀圖像和當(dāng)前幀圖像分別得到一個(gè)32維的向量，前一幀圖像的32維向量記 為向量A，當(dāng)前幀圖像的32維向量記為向量B;
[0017] ⑵按公式⑷計(jì)算向量A和向量晌夾角Θ的余弦相似度：
[0018]
[0019] 所得余弦值越接近1，就表明夾角Θ越接近〇°，g卩向量A和向量B越相似，反之則說明 向量A和向量B越不相似；
[0020] (3)對(duì)前一幀圖像的目標(biāo)框區(qū)域內(nèi)的圖像進(jìn)行放大尺度1.1倍和縮小尺度0.9倍處 理，在當(dāng)前幀圖像中以目標(biāo)框的中心為中心，使用進(jìn)行尺度縮放的框作為新的目標(biāo)框，這樣 可以獲得2個(gè)尺度的目標(biāo)框區(qū)域圖像，分別安公式(4)計(jì)算相同縮放尺度下前一幀目標(biāo)框和 當(dāng)前幀目標(biāo)框內(nèi)區(qū)域圖像的余弦相似度，得至1」1倍余弦相似度DuO.9倍余弦相似度Do.9和 1.1倍余弦相似度Du;將余弦相似度最高的尺度作為優(yōu)選尺度，用優(yōu)選尺度對(duì)應(yīng)的目標(biāo)框 替代由經(jīng)典Mean Shift目標(biāo)跟蹤算法得到的跟蹤框。
[0021] 本發(fā)明的另一方面還提供了一種如上述方法用手持式自動(dòng)跟拍裝置，包括:具有 拍攝功能的手持云臺(tái)和與手持云臺(tái)控制相連的計(jì)算機(jī);計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè)有：目標(biāo)跟蹤模塊，用于 通過人工在視頻圖像中選擇目標(biāo)追蹤框初始框，根據(jù)初始框通過跟蹤算法實(shí)時(shí)更新每一幀 視頻圖像中目標(biāo)的位置;云臺(tái)控制模塊，用于根據(jù)兩相鄰幀圖像中目標(biāo)的位移量，計(jì)算機(jī)控 制手持云臺(tái)進(jìn)行移動(dòng)，以使得目標(biāo)處于視頻圖像的畫面中心區(qū)域。
[0022] 進(jìn)一步地，計(jì)算機(jī)為手機(jī)或微處理器。
[0023] 進(jìn)一步地，手持云臺(tái)上設(shè)置陀螺儀裝置和器材固定裝置，陀螺儀裝置用于控制攝 像裝置的角度;器材固定裝置用于固定拍攝裝置。
[0024] 進(jìn)一步地，拍攝裝置為攝像機(jī)或運(yùn)動(dòng)相機(jī)。
[0025]本發(fā)明的技術(shù)效果：
[0026]本發(fā)明提供目標(biāo)跟蹤方法針對(duì)現(xiàn)有跟蹤方法的不足，提出一種適合手機(jī)等小尺寸 裝置長(zhǎng)時(shí)間有效跟拍的目標(biāo)跟蹤方法，在經(jīng)典Mean Shift目標(biāo)跟蹤算法的基礎(chǔ)上，加入尺 度變換和遮擋處理部分，使得本裝置在實(shí)時(shí)處理的同時(shí)保持較高的跟蹤效果。
[0027]本發(fā)明提供手持式自動(dòng)跟拍裝置通過計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的目標(biāo)跟蹤技術(shù)來完成對(duì) 目標(biāo)的跟拍行為，不需要使用者手動(dòng)跟蹤目標(biāo)，極大的減輕了使用者的工作量，整個(gè)系統(tǒng)具 有操作簡(jiǎn)單、使用方便。
[0028]本發(fā)明提供手持式自動(dòng)跟拍裝置能保證用戶隨時(shí)隨地獲取精度較好的穩(wěn)定畫面， 跟蹤系統(tǒng)能保證跟拍裝置自動(dòng)實(shí)現(xiàn)跟隨目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，無需用戶時(shí)刻對(duì)跟拍裝置進(jìn)行調(diào) 整。極大的減輕了用戶的工作量和辛苦程度。本發(fā)明提供的跟拍裝置只需一次手動(dòng)選擇目 標(biāo)的初始位置，該裝置后續(xù)即可完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟拍處理，操作簡(jiǎn)單，能滿足各類用戶的需 求。
[0029]具體請(qǐng)參考根據(jù)本發(fā)明的手持式自動(dòng)跟拍裝置及其目標(biāo)跟蹤方法提出的各種實(shí) 施例的如下描述，將使得本發(fā)明的上述和其他方面顯而易見。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例目標(biāo)跟蹤方法流程示意圖；
[0031] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例手持式自動(dòng)跟拍裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的不當(dāng)限定。
[0033] 參見圖1，本發(fā)明提供的一種目標(biāo)跟蹤方法，包括以下步驟：
[0034] 步驟S