運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備，包括：全景圖像采集器，與全景圖像采集器電連接的控制器，與控制器分別電連接的多個分鏡攝像系統(tǒng)；多個分鏡攝像系統(tǒng)分別設(shè)置于全景圖像采集器的采集區(qū)域內(nèi)的指定位置；全景圖像采集器用于采集全景環(huán)境圖像，將全景環(huán)境圖像傳輸至控制器；控制器用于接收全景環(huán)境圖像，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)發(fā)送運動目標跟蹤指令；分鏡攝像系統(tǒng)用于接收運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。本實用新型中的設(shè)備在保持拍攝鏡頭指向不變的情況下通過光線反射原理進行運動目標的捕捉與跟蹤，避免機械調(diào)節(jié)鏡頭方向調(diào)節(jié)速度慢的問題，提高了運動目標的捕捉跟蹤速度。
【專利說明】
運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及光學(xué)設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]運動目標捕捉與跟蹤是當(dāng)前計算機視覺領(lǐng)域的研究熱點，運動目標捕捉與跟蹤是指利用計算機在視頻序列中確定感興趣的、具有某種顯著特征的運動目標的位置、大小、以及運動目標完整的運動軌跡。近年來，隨著計算機數(shù)據(jù)處理能力的飛速增長、以及圖像分析技術(shù)的發(fā)展，運動目標的實時捕捉與跟蹤技術(shù)脫穎而出。對運動目標進行實時捕捉與跟蹤，在視頻監(jiān)控、視頻壓縮編碼、機器人導(dǎo)航與定位、智能人機交互以及虛擬現(xiàn)實等領(lǐng)域有著重要的實用價值。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)提供了運動目標的捕捉與跟蹤設(shè)備，該設(shè)備包括控制器，與控制器電連接的云臺攝像機。該設(shè)備的工作原理是:通過云臺攝像機獲取多個運動目標的圖像并傳輸至控制器，控制器對接收到的圖像進行運動目標檢測與跟蹤，確定需要跟蹤的運動目標，向云臺攝像機發(fā)送控制指令，云臺攝像機接收控制指令后，在控制指令的控制下調(diào)節(jié)鏡頭的拍攝方向，對需要跟蹤的運動目標進行跟蹤拍攝。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，利用云臺攝像機對運動目標進行跟蹤拍攝，由于運動目標的位置動態(tài)變化，因此云臺攝像機需要及時調(diào)節(jié)鏡頭方向。然而，云臺攝像機采用機械轉(zhuǎn)動的方式調(diào)節(jié)鏡頭方向，具有調(diào)節(jié)速度慢的缺陷，導(dǎo)致對運動目標的捕捉跟蹤速度降低。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型提供了運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備，能夠在保持拍攝鏡頭指向不變的情況下通過光線反射原理進行運動目標的捕捉與跟蹤，避免機械調(diào)節(jié)鏡頭方向調(diào)節(jié)速度慢的問題，提高運動目標的捕捉跟蹤速度。
[0006]第一方面，本實用新型實施例提供了一種運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備，包括:全景圖像采集器，與所述全景圖像采集器電連接的控制器，與所述控制器分別電連接的多個分鏡攝像系統(tǒng);多個所述分鏡攝像系統(tǒng)分別設(shè)置于所述全景圖像采集器的采集區(qū)域內(nèi)的指定位置;所述全景圖像采集器用于采集全景環(huán)境圖像，將所述全景環(huán)境圖像傳輸至所述控制器；所述控制器用于接收所述全景環(huán)境圖像，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)發(fā)送運動目標跟蹤指令；所述分鏡攝像系統(tǒng)用于接收所述運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。
[0007]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面第一種可能的實施方式，其中，所述控制器包括相互電連接的GPU(Graphic Processing Unit，圖形處理器)和CPU(Central Processing Unit，中央處理器)；所述CPU與所述全景圖像采集器電連接，用于接收所述全景環(huán)境圖像的當(dāng)前幀圖像，將所述當(dāng)前幀圖像傳輸給所述GPU;所述GPU用于接收所述當(dāng)前幀圖像，向所述CPU發(fā)送所述當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征;所述CPU分別與多個所述分鏡攝像系統(tǒng)電連接，用于接收所述各個運動目標的圖像特征，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)發(fā)送運動目標跟蹤指令。
[0008]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面第二種可能的實施方式，其中，所述設(shè)備還包括用于固定所述全景圖像采集器的支架，所述全景圖像采集器通過螺旋結(jié)構(gòu)固定在所述支架上。
[0009]結(jié)合第一方面第二種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第三種可能的實施方式，其中，所述支架上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)旋鈕，通過所述高度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)所述全景圖像采集器的高度。
[0010]結(jié)合第一方面，本實用新型實施例提供了第一方面第四種可能的實施方式，其中，所述分鏡攝像系統(tǒng)包括聲光調(diào)制器和高清攝像頭;所述聲光調(diào)制器與所述控制器電連接，接收所述運動目標跟蹤指令，對來自所述待跟蹤運動目標的光線進行反射，將所述光線反射至所述高清攝像頭內(nèi)；所述高清攝像頭與所述控制器電連接，接收所述運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時對所述待跟蹤運動目標進行拍攝。
[0011]結(jié)合第一方面第四種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第五種可能的實施方式，其中，所述聲光調(diào)制器包括縱向聲光調(diào)制器和橫向聲光調(diào)制器，所述縱向聲光調(diào)制器、所述橫向聲光調(diào)制器和所述高清攝像頭依次排列，所述縱向聲光調(diào)制器和所述橫向聲光調(diào)制器分別與所述控制器電連接;所述縱向聲光調(diào)制器接收所述運動目標跟蹤指令，將來自所述待跟蹤運動目標的光線縱向反射至所述橫向聲光調(diào)制器;所述橫向聲光調(diào)制器接收所述運動目標跟蹤指令，將所述縱向反射后的光線橫向反射至所述高清攝像頭內(nèi)。
[0012]結(jié)合第一方面第五種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第六種可能的實施方式，其中，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡，所述縱向聲光調(diào)制器、所述橫向聲光調(diào)制器、所述液晶透鏡和所述高清攝像頭依次排列;所述液晶透鏡與所述控制器電連接;所述液晶透鏡接收所述運動目標跟蹤指令，進行焦距調(diào)節(jié);所述橫向反射后的光線穿過所述液晶透鏡進入所述高清攝像頭。
[0013]結(jié)合第一方面第四種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第七種可能的實施方式，其中，所述聲光調(diào)制器包括橫向聲光調(diào)制器和縱向聲光調(diào)制器，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡，所述橫向聲光調(diào)制器、所述縱向聲光調(diào)制器、所述液晶透鏡和所述高清攝像頭依次排列;所述橫向聲光調(diào)制器、所述縱向聲光調(diào)制器和所述液晶透鏡分別與所述控制器電連接。
[0014]結(jié)合第一方面第六種可能的實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第八種可能的實施方式，其中，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡安裝架、高清攝像頭安裝架、橫向聲光調(diào)制器安裝架和縱向聲光調(diào)制器安裝架;所述液晶透鏡安裝架、所述高清攝像頭安裝架、所述橫向聲光調(diào)制器安裝架和所述縱向聲光調(diào)制器安裝架上分別設(shè)置有調(diào)節(jié)元件；通過所述調(diào)節(jié)元件分別調(diào)節(jié)所述液晶透鏡、所述高清攝像頭、所述橫向聲光調(diào)制器和所述縱向聲光調(diào)制器的安裝位置。
[0015]結(jié)合第一方面上述實施方式，本實用新型實施例提供了第一方面第九種可能的實施方式，其中，所述全景圖像采集器包括CMOS全景高清1080P攝像機。
[0016]本實用新型實施例中，全景圖像采集器和分鏡攝像系統(tǒng)分別與控制器電連接。分鏡攝像系統(tǒng)對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，利用光線反射原理在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。由于捕捉及跟蹤待跟蹤運動目標時鏡頭指向不需要改變，因此本實施例中的設(shè)備及方法能夠提高運動目標的捕捉跟蹤速度，避免現(xiàn)有技術(shù)中機械調(diào)節(jié)鏡頭方向調(diào)節(jié)速度慢的問題。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，應(yīng)當(dāng)理解，以下附圖僅示出了本實用新型的某些實施例，因此不應(yīng)被看作是對范圍的限定，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他相關(guān)的附圖。
[0018]圖1示出本實用新型第一實施例所提供的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2示出本實用新型第一實施例所提供的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3示出本實用新型第一實施例所提供的分鏡攝像系統(tǒng)的一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4示出本實用新型第一實施例所提供的分鏡攝像系統(tǒng)的另一種結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖5示出本實用新型第一實施例所提供的圖像處理算法的流程示意圖；
[0023]圖6示出本實用新型第二實施例所提供的運動目標捕捉與跟蹤方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0024]為使本實用新型實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本實用新型實施例中附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。通常在此處附圖中描述和示出的本實用新型實施例的組件可以以各種不同的配置來布置和設(shè)計。因此，以下對在附圖中提供的本實用新型的實施例的詳細描述并非旨在限制要求保護的本實用新型的范圍，而是僅僅表示本實用新型的選定實施例?；诒緦嵱眯滦偷膶嵤├绢I(lǐng)域技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
[0025]考慮到現(xiàn)有技術(shù)中利用云臺攝像機對運動目標進行跟蹤拍攝，云臺攝像機采用機械轉(zhuǎn)動的方式調(diào)節(jié)鏡頭方向，具有調(diào)節(jié)速度慢的缺陷，導(dǎo)致對運動目標的捕捉跟蹤速度降低，本實用新型提供了運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備及運動目標捕捉與跟蹤方法，下面結(jié)合實施例進行具體描述。
[0026]實施例一
[0027]圖1示出了本實用新型第一實施例提供的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備的一種結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實施例中的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備I包括:
[0028]全景圖像采集器10，與全景圖像采集器10電連接的控制器20，與控制器20分別電連接的多個分鏡攝像系統(tǒng)30;多個分鏡攝像系統(tǒng)30分別設(shè)置于全景圖像采集器10的采集區(qū)域內(nèi)的指定位置；
[0029]全景圖像采集器10用于采集全景環(huán)境圖像，將全景環(huán)境圖像傳輸至控制器20;
[0030]控制器20用于接收全景環(huán)境圖像，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30發(fā)送運動目標跟蹤指令；
[0031]分鏡攝像系統(tǒng)30用于接收運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。
[0032]本實用新型實施例中，全景圖像采集器10和分鏡攝像系統(tǒng)30分別與控制器20電連接。分鏡攝像系統(tǒng)30對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，利用光線反射原理在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。由于捕捉及跟蹤待跟蹤運動目標時鏡頭指向不需要改變，因此本實施例中的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備能夠提高運動目標的捕捉跟蹤速度，避免現(xiàn)有技術(shù)中機械調(diào)節(jié)鏡頭方向調(diào)節(jié)速度慢的問題。
[0033]上述控制器20具體用于接收全景環(huán)境圖像，根據(jù)全景環(huán)境圖像確定待跟蹤運動目標和待跟蹤運動目標的位置;根據(jù)待跟蹤運動目標的位置生成運動目標跟蹤指令;確定與待跟蹤運動目標的位置對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30;將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)30。
[0034]上述分鏡攝像系統(tǒng)30具體用于接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，利用光線反射原理在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。
[0035]本實施例中，全景圖像采集器10的采集區(qū)域被分割成若干子區(qū)域，每個子區(qū)域都標定坐標，各個子區(qū)域都對應(yīng)設(shè)置一個分鏡攝像系統(tǒng)30。當(dāng)待跟蹤運動目標位于某一子區(qū)域內(nèi)時，通過該子區(qū)域內(nèi)的分鏡攝像系統(tǒng)30進行待跟蹤運動目標的捕捉與跟蹤。本實施例中，分鏡攝像系統(tǒng)30對待跟蹤運動目標進行捕捉拍攝，還將拍攝的圖像傳輸回控制器20，以便控制器20進行后續(xù)處理。
[0036]本實施例中，全景圖像采集器10安裝在預(yù)設(shè)位置。全景圖像采集器10優(yōu)選采用CMOS (Comp lementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物半導(dǎo)體)全景高清1080P攝像機，CMOS全景高清1080P攝像機以每秒25幀的速率將分辨率為1080P(1920X1080)的視頻流圖像以1000Mbps的速率通過網(wǎng)絡(luò)線纜實時傳輸至控制器20?，F(xiàn)有技術(shù)中采用的視頻流分辨率一般是VGA(video graphics array，視頻圖形陣列)(640 X 480)，很少能達到720P(1280 X 720)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例中通過CMOS全景高清1080P攝像機能夠獲取到清晰度高的全景環(huán)境圖像，從而提高后續(xù)圖像分析處理的準確性，并且，視頻分辨率的提高能使控制器20處理的細節(jié)更多，提高對體積較小或距離較遠的運動目標的檢測成功率。
[0037]圖2示出了本實用新型第一實施例提供的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖2中，以一個分鏡攝像系統(tǒng)30為例進行描述。如圖2所示，本實施例中，控制器20包括相互電連接的GPU21和CPU22;CPU22與全景圖像采集器10電連接，用于接收全景環(huán)境圖像的當(dāng)前幀圖像，將當(dāng)前幀圖像傳輸給GPU21;GPU21用于接收當(dāng)前幀圖像，向CPU22發(fā)送當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征;CPU22分別與多個分鏡攝像系統(tǒng)30電連接，用于接收各個運動目標的圖像特征，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30發(fā)送運動目標跟蹤指令。
[0038]上述GPU21具體用于對當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，得到當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征并發(fā)送至CPU22;其中，運動目標的圖像特征包括運動目標的圖像坐標、顏色特征和紋理特征。上述CPU22分別與多個分鏡攝像系統(tǒng)30電連接，具體用于接收各個運動目標的圖像特征，將各個運動目標的圖像特征分別融合，并與預(yù)先存儲的圖像特征進行匹配，根據(jù)特征匹配結(jié)果對當(dāng)前幀圖像中的各個運動目標進行篩選，確定待跟蹤運動目標和待跟蹤運動目標的圖像坐標;將該圖像坐標轉(zhuǎn)換為空間坐標，根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標生成運動目標跟蹤指令;確定與待跟蹤運動目標的空間坐標對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30;將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)30。
[0039]上述GPU21對當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，得到當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征并發(fā)送至CPU22的具體過程是:GPU21對當(dāng)前幀圖像進行預(yù)處理，該預(yù)處理包括解碼和/或去噪;采用混合高斯進行背景建模，生成預(yù)設(shè)數(shù)量的背景模型;根據(jù)預(yù)設(shè)數(shù)量的背景模型對預(yù)處理后的當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，得到當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征并發(fā)送至CPU22。
[0040]具體地，GPU21對當(dāng)前幀圖像解碼，或者對當(dāng)前幀圖像進行去噪，或者對當(dāng)前幀圖像進行解碼和去噪處理。GPU21采用混合高斯進行背景建模，生成5-7個背景模型。GPU21根據(jù)5-7個背景模型對預(yù)處理后的當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，從當(dāng)前幀圖像中剔除背景圖像，得到當(dāng)前幀圖像中各個運動目標以及當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征，并將當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征發(fā)送至CPU22。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實施例中GPU21采用5-7個模型建立穩(wěn)定背景，更大的計算規(guī)模導(dǎo)致運動前景與背景分割準確度的提高，而GPU21并行計算特性保證大量計算的實時完成。
[0041]通過GPU21對當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，能夠從當(dāng)前幀圖像中檢測得到多個運動目標，以及多個運動目標各自的圖像坐標、顏色特征和紋理特征，其中顏色特征能夠通過顏色直方圖表示，紋理特征能夠通過局部旋轉(zhuǎn)不變紋理、梯度直方圖表示。GPU21將多個運動目標各自的圖像坐標、顏色特征和紋理特征發(fā)送至CPU22。
[0042]本實施例中，GPU21將對高分辨率的數(shù)字圖像的處理過程劃分成小矩陣塊分配到上千個計算單元和處理線程中同時進行，極大地提高了處理速度。GHJ21利用內(nèi)嵌的運動目標與特征檢測算法將圖像中的大部分無用信息過濾掉，保留有效信息，即當(dāng)前幀圖像中多個運動目標的圖像特征，僅將數(shù)據(jù)規(guī)模很小的有效信息傳輸給CPU22。
[0043]CPU22接收各個運動目標各自的圖像坐標、顏色特征和紋理特征，對于每個運動目標，將其各自的圖像坐標、顏色特征和紋理特征進行融合，并將融合后的特征與預(yù)先存儲的圖像特征進行匹配，若匹配成功，則確定該融合后的特征對應(yīng)的運動目標為待跟蹤運動目標，并將該融合后的特征存儲在內(nèi)存中，作為下一幀匹配計算的模板。CPU22還確定待跟蹤運動目標的圖像坐標，將該圖像坐標轉(zhuǎn)換為空間坐標，根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標生成運動目標跟蹤指令，并根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標確定與其對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30，將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)30。
[0044]為了彌補背景建模方法對目標運動速度較低情況的不準確性，本實施例中CPU22進行運動目標篩選時，融合運動目標的多種圖像特征，包括圖像坐標、顏色特征和紋理特征，進一步提高了前景與背景分離的準確度，實現(xiàn)對復(fù)雜環(huán)境中感興趣的運動目標的準確檢測。本實施例中，CPU22實現(xiàn)了運動目標位置和顏色、紋理特征融合的匹配算法，實現(xiàn)了對目標運動軌跡的快速準確描述。
[0045]由于分鏡攝像系統(tǒng)需要根據(jù)運動目標的空間坐標進行運動目標的捕捉與跟蹤，因此CPU22根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標生成運動目標跟蹤指令的具體過程是:CPU22根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標進行分析，生成待跟蹤運動目標對應(yīng)的光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)、焦距調(diào)節(jié)參數(shù)以及拍攝參數(shù)，根據(jù)光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)、焦距調(diào)節(jié)參數(shù)以及拍攝參數(shù)生成運動目標跟蹤指令。另外，CPU22還根據(jù)預(yù)先設(shè)定的坐標對應(yīng)關(guān)系確定與待跟蹤運動目標的空間坐標對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)30，將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)30。
[0046]本實施例中，控制器20采用GPU21與CPU22異構(gòu)并行處理方式對環(huán)境圖像進行處理，通過這種異構(gòu)并行處理方式能夠提到GPU21與CPU22的工作效率，從而提高圖像處理速度。
[0047]為了方便全景圖像采集器10的拍攝工作，本實施例中的設(shè)備還包括用于固定全景圖像采集器10的支架，全景圖像采集器10通過螺旋結(jié)構(gòu)固定在支架上。該支架上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)旋鈕，通過高度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)全景圖像采集器10的高度。
[0048]如圖2所示，分鏡攝像系統(tǒng)30包括聲光調(diào)制器31和高清攝像頭32;上述運動目標跟蹤指令攜帶有光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)和拍攝參數(shù);聲光調(diào)制器31與控制器20電連接，接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令攜帶的光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，將該光線反射至高清攝像頭32內(nèi)；高清攝像頭32與控制器20電連接，接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令攜帶的拍攝參數(shù)在鏡頭指向不變時對待跟蹤運動目標進行拍攝。
[0049]圖2中，聲光調(diào)制器31與高清攝像頭32之間的線段表示光路傳播方向。本實施例中，聲光調(diào)制器31根據(jù)光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)進行光線反射，該光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)包括光線偏轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)。當(dāng)來自待跟蹤運動目標的光線被聲光調(diào)制器31反射進入高清攝像頭32內(nèi)后，高清攝像頭32根據(jù)拍攝參數(shù)、如快門時長、光圈大小等參數(shù)進行拍攝，從而達到捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標的效果。
[0050]圖3是本實施例中的分鏡攝像系統(tǒng)30的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖3所示，為了保證聲光調(diào)制器31對光線進行準確偏轉(zhuǎn)，聲光調(diào)制器31包括縱向聲光調(diào)制器311和橫向聲光調(diào)制器312，縱向聲光調(diào)制器311、橫向聲光調(diào)制器312和高清攝像頭32依次排列，縱向聲光調(diào)制器311和橫向聲光調(diào)制器312分別與控制器20電連接;縱向聲光調(diào)制器311接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令攜帶的光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)將來自待跟蹤運動目標的光線縱向反射至橫向聲光調(diào)制器312;橫向聲光調(diào)制器312接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令攜帶的光線偏轉(zhuǎn)參數(shù)將縱向反射后的光線橫向反射至高清攝像頭32內(nèi)。
[0051 ]本實施例中，來自待跟蹤運動目標的光線通過縱向聲光調(diào)制器311，利用聲光效應(yīng)所產(chǎn)生的布雷格衍射的特點，實現(xiàn)對光線傳播方向的控制，將光線進行縱向偏轉(zhuǎn)到指定的角度，經(jīng)過橫向聲光調(diào)制器312，將光線進行橫向偏轉(zhuǎn)，匯聚至高清攝像頭32內(nèi)，通過高清攝像頭32的拍攝作用，實現(xiàn)待跟蹤運動目標的捕捉與跟蹤。
[0052]考慮到高清攝像頭32捕捉待跟蹤運動目標時還需要進行焦距調(diào)節(jié)，為了避免機械調(diào)節(jié)焦距調(diào)節(jié)時間慢的問題，如圖3所示，本實施例中，分鏡攝像系統(tǒng)30還包括液晶透鏡33，縱向聲光調(diào)制器311、橫向聲光調(diào)制器312、液晶透鏡33和高清攝像頭32依次排列;液晶透鏡33與控制器20電連接;運動目標跟蹤指令攜帶有焦距調(diào)節(jié)參數(shù);液晶透鏡33接收運動目標跟蹤指令，根據(jù)運動目標跟蹤指令攜帶的焦距調(diào)節(jié)參數(shù)進行焦距調(diào)節(jié)；上述橫向反射后的光線穿過液晶透鏡33進入高清攝像頭32。
[0053]圖3中，縱向聲光調(diào)制器311、橫向聲光調(diào)制器312、液晶透鏡33和高清攝像頭32之間的線段表示光路傳播方向。通過圖3中的分鏡攝像系統(tǒng)30，來自待跟蹤運動目標的光線首先經(jīng)過縱向反射，然后經(jīng)過橫向反射，最后穿過液晶透鏡33進入高清攝像頭32。
[0054]本實施例中，通過液晶透鏡33與控制器20電連接進行拍攝焦距調(diào)節(jié)，能夠達到焦距調(diào)節(jié)速度快的效果，避免現(xiàn)有技術(shù)中機械調(diào)節(jié)拍攝焦距調(diào)節(jié)速度慢的問題。
[0055]本實施例中，聲光調(diào)制器31還能夠用高速振鏡代替。在分鏡攝像系統(tǒng)30中高清攝像頭32前加液晶透鏡33、聲光調(diào)制器31或者高速振鏡，根據(jù)光路可逆原理可以通過聲光調(diào)制器31或高速振鏡對光路的偏折作用，光路傳回的視域成像在高清攝像頭32上，經(jīng)過液晶透鏡33的高速調(diào)焦作用，可以清楚地得到清晰的待跟蹤運動目標的圖像。
[0056]當(dāng)分鏡攝像系統(tǒng)30包括多個時，將每一個分鏡攝像系統(tǒng)30獲取的圖像傳回給控制器20，聲光調(diào)制器31和液晶透鏡33等設(shè)備的反應(yīng)速度都可達到納秒量級，則分鏡攝像系統(tǒng)30獲取圖像的速度能達到微秒量級，傳回圖像速度也可達到微秒量級，通過控制器20與分鏡攝像系統(tǒng)30的配合，可以實現(xiàn)微秒級運動目標捕捉與跟蹤。如果用高速振鏡代替聲光調(diào)制器31，反應(yīng)速度達到毫秒到微秒量級，則可實現(xiàn)毫秒級運動目標捕捉與跟蹤。
[0057]實際應(yīng)用中，通過多個分鏡攝像系統(tǒng)30能夠捕捉同一待跟蹤運動目標的不同視角的圖像，從而構(gòu)建待跟蹤運動目標的全景信息，也可獲得待跟蹤運動目標在較大范圍的具體運動路線。
[0058]如圖4所示，本實施例中的分鏡攝像系統(tǒng)30還有另一種結(jié)構(gòu)形式，聲光調(diào)制器31包括橫向聲光調(diào)制器312和縱向聲光調(diào)制器311，分鏡攝像系統(tǒng)30還包括液晶透鏡33，橫向聲光調(diào)制器312、縱向聲光調(diào)制器311、液晶透鏡33和高清攝像頭32依次排列;橫向聲光調(diào)制器312、縱向聲光調(diào)制器311和液晶透鏡33分別與控制器20電連接。
[0059]圖4中，縱向聲光調(diào)制器311、橫向聲光調(diào)制器312、液晶透鏡33和高清攝像頭32之間的線段表示光路傳播方向。通過圖4中的分鏡攝像系統(tǒng)30，來自待跟蹤運動目標的光線首先經(jīng)過橫向反射，然后經(jīng)過縱向反射，最后穿過液晶透鏡33進入高清攝像頭32。
[0060]為了便于調(diào)節(jié)分鏡攝像系統(tǒng)30中各個器件的位置，分鏡攝像系統(tǒng)30還包括液晶透鏡安裝架、高清攝像頭安裝架、橫向聲光調(diào)制器安裝架和縱向聲光調(diào)制器安裝架;液晶透鏡安裝架、高清攝像頭安裝架、橫向聲光調(diào)制器安裝架和縱向聲光調(diào)制器安裝架上分別設(shè)置有調(diào)節(jié)元件;通過該調(diào)節(jié)元件分別調(diào)節(jié)液晶透鏡33、高清攝像頭32、橫向聲光調(diào)制器312和縱向聲光調(diào)制器311的安裝位置。
[0061 ]通過本實施例中的運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備，有效提高了運動目標的跟蹤效率，能夠消除變形、遮擋、交叉等不利情況對跟蹤效果的負面影響，從而建立運動目標完整、長時間內(nèi)的運動軌跡數(shù)據(jù)。
[0062]本實施例中，全景圖像采集器10包括CMOS全景高清1080P攝像機。
[0063]圖5示出了本實施例提供的圖像處理算法的流程示意圖，該圖像處理算法由CPU和GTO協(xié)同執(zhí)行，如圖5所示，該圖像處理算法包括:
[0064]步驟502，對當(dāng)前幀圖像進行預(yù)處理，該預(yù)處理包括解碼和/或去噪；
[0065]步驟504，采用混合高斯進行背景建模，生成5-7個背景模型；
[0066]步驟506，根據(jù)5-7個背景模型對預(yù)處理后的當(dāng)前幀圖像進行運動目標檢測，得到當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征;其中，運動目標的圖像特征包括運動目標的圖像坐標、顏色特征和紋理特征；
[0067]步驟508，將當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征分別進行融合，并與預(yù)先存儲的圖像特征進行匹配，根據(jù)特征匹配結(jié)果對當(dāng)前幀圖像中的多個運動目標進行篩選，確定待跟蹤運動目標以及待跟蹤運動目標的圖像坐標；
[0068]步驟S510，將該圖像坐標轉(zhuǎn)換為空間坐標，根據(jù)待跟蹤運動目標的空間坐標生成運動目標跟蹤指令，確定與待跟蹤運動目標的空間坐標對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)，將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)。
[0069]圖5中所示的圖像處理算法由CPU和GPU協(xié)同執(zhí)行，保證了圖像處理的準確性、快速性和魯棒性，提高了圖像處理速度，實現(xiàn)了運動目標位置、顏色和紋理特征的融合，實現(xiàn)了快速準確的描述運動目標的運動軌跡。
[0070]通過圖5中的方法，采用模糊集合理論融合運動位置和速度估計與顏色、梯度特征的匹配，增大在歷史數(shù)據(jù)中的搜索范圍，有效提升了運動目標跟蹤效率，能消除變形、遮擋、交叉等不利情況對跟蹤效果的負面影響，建立運動目標完整、長時間內(nèi)的運動軌跡數(shù)據(jù)。
[0071]實施例二
[0072]圖6示出了本實用新型第二實施例提供的運動目標捕捉與跟蹤方法的流程示意圖，如圖6所示，該方法包括:
[0073]步驟602，采集全景環(huán)境圖像；
[0074]步驟604，根據(jù)全景環(huán)境圖像確定待跟蹤運動目標和待跟蹤運動目標的位置；
[0075]步驟606，根據(jù)待跟蹤運動目標的位置生成運動目標跟蹤指令；
[0076]步驟608，確定與待跟蹤運動目標的位置對應(yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)；其中，圖像采集區(qū)域內(nèi)的指定位置分別設(shè)置有多個分鏡攝像系統(tǒng)；
[0077]步驟610，將生成的運動目標跟蹤指令傳輸至確定的分鏡攝像系統(tǒng)；
[0078]步驟612，分鏡攝像系統(tǒng)根據(jù)運動目標跟蹤指令對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，利用光線反射原理在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。
[0079]本實用新型實施例中，分鏡攝像系統(tǒng)對來自待跟蹤運動目標的光線進行反射，利用光線反射原理在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。由于捕捉及跟蹤待跟蹤運動目標時鏡頭指向不需要改變，因此本實施例中的運動目標捕捉與跟蹤方法能夠提高運動目標的捕捉跟蹤速度，避免現(xiàn)有技術(shù)中機械調(diào)節(jié)鏡頭方向調(diào)節(jié)速度慢的問題。
[0080]最后應(yīng)說明的是:以上所述實施例，僅為本實用新型的【具體實施方式】，用以說明本實用新型的技術(shù)方案，而非對其限制，本實用新型的保護范圍并不局限于此，盡管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改或可輕易想到變化，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本實用新型實施例技術(shù)方案的精神和范圍。都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護范圍為準。
【主權(quán)項】
1.一種運動目標捕捉與跟蹤設(shè)備，其特征在于，包括: 全景圖像采集器，與所述全景圖像采集器電連接的控制器，與所述控制器分別電連接的多個分鏡攝像系統(tǒng);多個所述分鏡攝像系統(tǒng)分別設(shè)置于所述全景圖像采集器的采集區(qū)域內(nèi)的指定位置； 所述全景圖像采集器用于采集全景環(huán)境圖像，將所述全景環(huán)境圖像傳輸至所述控制器； 所述控制器用于接收所述全景環(huán)境圖像，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)發(fā)送運動目標跟蹤指令； 所述分鏡攝像系統(tǒng)用于接收所述運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時捕捉并跟蹤待跟蹤運動目標。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述控制器包括相互電連接的GRJ和CRJ; 所述CPU與所述全景圖像采集器電連接，用于接收所述全景環(huán)境圖像的當(dāng)前幀圖像，將所述當(dāng)前幀圖像傳輸給所述GHJ; 所述GPU用于接收所述當(dāng)前幀圖像，向所述CPU發(fā)送所述當(dāng)前幀圖像中各個運動目標的圖像特征； 所述CPU分別與多個所述分鏡攝像系統(tǒng)電連接，用于接收所述各個運動目標的圖像特征，向?qū)?yīng)的分鏡攝像系統(tǒng)發(fā)送運動目標跟蹤指令。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備還包括用于固定所述全景圖像采集器的支架，所述全景圖像采集器通過螺旋結(jié)構(gòu)固定在所述支架上。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述支架上設(shè)置有高度調(diào)節(jié)旋鈕，通過所述高度調(diào)節(jié)旋鈕調(diào)節(jié)所述全景圖像采集器的高度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述分鏡攝像系統(tǒng)包括聲光調(diào)制器和高清攝像頭； 所述聲光調(diào)制器與所述控制器電連接，接收所述運動目標跟蹤指令，對來自所述待跟蹤運動目標的光線進行反射，將所述光線反射至所述高清攝像頭內(nèi)； 所述高清攝像頭與所述控制器電連接，接收所述運動目標跟蹤指令，在鏡頭指向不變時對所述待跟蹤運動目標進行拍攝。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述聲光調(diào)制器包括縱向聲光調(diào)制器和橫向聲光調(diào)制器，所述縱向聲光調(diào)制器、所述橫向聲光調(diào)制器和所述高清攝像頭依次排列，所述縱向聲光調(diào)制器和所述橫向聲光調(diào)制器分別與所述控制器電連接； 所述縱向聲光調(diào)制器接收所述運動目標跟蹤指令，將來自所述待跟蹤運動目標的光線縱向反射至所述橫向聲光調(diào)制器； 所述橫向聲光調(diào)制器接收所述運動目標跟蹤指令，將所述縱向反射后的光線橫向反射至所述高清攝像頭內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡，所述縱向聲光調(diào)制器、所述橫向聲光調(diào)制器、所述液晶透鏡和所述高清攝像頭依次排列;所述液晶透鏡與所述控制器電連接； 所述液晶透鏡接收所述運動目標跟蹤指令，進行焦距調(diào)節(jié);所述橫向反射后的光線穿過所述液晶透鏡進入所述高清攝像頭。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，所述聲光調(diào)制器包括橫向聲光調(diào)制器和縱向聲光調(diào)制器，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡，所述橫向聲光調(diào)制器、所述縱向聲光調(diào)制器、所述液晶透鏡和所述高清攝像頭依次排列;所述橫向聲光調(diào)制器、所述縱向聲光調(diào)制器和所述液晶透鏡分別與所述控制器電連接。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，所述分鏡攝像系統(tǒng)還包括液晶透鏡安裝架、高清攝像頭安裝架、橫向聲光調(diào)制器安裝架和縱向聲光調(diào)制器安裝架； 所述液晶透鏡安裝架、所述高清攝像頭安裝架、所述橫向聲光調(diào)制器安裝架和所述縱向聲光調(diào)制器安裝架上分別設(shè)置有調(diào)節(jié)元件； 通過所述調(diào)節(jié)元件分別調(diào)節(jié)所述液晶透鏡、所述高清攝像頭、所述橫向聲光調(diào)制器和所述縱向聲光調(diào)制器的安裝位置。10.根據(jù)權(quán)利要求1至9任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述全景圖像采集器包括CMOS全景高清1080P攝像機。
【文檔編號】H04N5/232GK205490869SQ201620164168
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年3月3日
【發(fā)明人】馬兆遠, 王路
【申請人】北京志光伯元科技有限公司