CN101326488A - 自动跟踪相机 - Google Patents

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CN101326488A CNA2005800522439A CN200580052243A CN101326488A CN 101326488 A CN101326488 A CN 101326488A CN A2005800522439 A CNA2005800522439 A CN A2005800522439A CN 200580052243 A CN200580052243 A CN 200580052243A CN 101326488 A CN101326488 A CN 101326488A
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Abstract

一种跟踪系统包括发射器阵列(106)，所述发射器阵列被配置1来在至少一个维度上在要被跟踪的对象周围发射辐射，其中每个发射器或者发射器组被调制以允许识别所述辐射的源。接收器(200)被配置来从所述发射器阵列接收所述辐射，其中所述发射器阵列和所述接收器之一位于所述要被跟踪的对象上。处理器(304)被配置来解译辐射的改变，并且使所述改变与设备位置相互关联以输出设备位置控制信号。

Description

自动跟踪相机
技术领域
本发明一般地涉及用于产生并发送遥测数据的系统和方法，并且更具体地涉及跟踪摄像机的取景框内的拍摄对象的摄像机单元和方法。
背景技术
摄像机被用于许多应用，包括商业的和个人的使用。商业应用可以包括制作促销视频、录制表演或演讲等。在尤其有用的商业应用中，演讲者可以记录演讲或者提供教学视频。在许多情况下，这些视频需要有人来记录所述事件。通常，演讲者可以移动，同时需要拍摄人员调整相机位置或角度以将演讲者维持在视频框内。
虽然采用了相机跟踪设备，但是这样的早期产品包括经常被用坏并且出故障的电机驱动移动部分。在许多情况下，不可能或者不方便提供用于给演讲或陈述录像的人控相机或者“跟踪”产品。提供如下的自动跟踪系统和方法将是有益的，其允许演讲者自由地移动并且给陈述录像而无需拍摄人员的辅助。
发明内容
一种跟踪系统包括发射器阵列，所述发射器阵列被配置来在至少一个维度上在要被跟踪的对象周围发射辐射，其中所述发射器阵列包括至少一个被个别地调制以允许识别所述辐射的源的发射器。接收器被配置来从所述发射器阵列接收所述辐射，其中发射器和所述接收器至少一个位于所述要被跟踪的对象上。处理器被配置来测量来自至少一个发射器的相对辐射强度，解译(interpret)这样的数据，使对象位置的改变相关联，并且输出设备位置控制信号。
附图说明
在考虑了现在将要结合附图进行详细描述的说明性实施例之后，本发明的优点、本质和各种附加特征将更加完整地呈现，在附图中：
图1是示出在示例性系统中的具有一对在中轴线周围向要被跟踪的对象发光的二极管的发射器阵列的示意图；
图2是示出用于跟踪对象的说明性发送单元的框图；
图3是示出用于跟踪对象的说明性接收单元的框图；
图4是示出根据尤其有用的实施例的自动跟踪系统的框图；
图5示出描述当对象处于相机取景的中央时的四个调制频率的相对振幅的迹线；
图6示出描述当对象在X方向上偏离中央时的四个调制频率的相对振幅的迹线；以及
图7示出描述当对象在Y方向上偏离中央时的四个调制频率的相对振幅的迹线。
应理解，附图是用于说明本发明的思想的，并且不一定是用于说明本发明的唯一可能的配置。
具体实施方式
本发明的多个方面提供用于产生和发送遥测数据的系统和方法，其描述摄像机回转单元(pan-tilt unit)关于拍摄对象的工作角度。在尤其有用的实施例中，采用这样的自动跟踪系统，其将诸如(例如)教室内的讲师之类的运动对象保持在摄像机的取景框内。
在说明性的实施例中，自动装置或者电力控制的摄像机和回转单元自动跟踪对象的运动，从而消除对相机操作人员的需求。作为对自动相机的跟踪系统的替代，本系统消除了许多问题，包括运动机械或者电动机械部分的常见故障。因为在此描述的系统包括很少的运动部分，所以其消除了这些问题。它还在改善产品质量、耐久性和可制造性的同时，在很大程度上降低了系统复杂度以及相关联的制造成本。此外，本系统可以允许多个系统相对十分接近地工作，这是其他相机跟踪系统所不能做到的。
应理解，根据视频记录系统来描述了本发明；然而，本发明范围更加广泛并且可以包括能够跟踪对象的任何系统。例如，其中麦克风根据对象位置改变方向的音频系统，或者其中对象是物体或除人之外的活体的系统。此外，本发明可应用于包括通过电话、机顶盒、计算机、无线、卫星链路等接收或发送的记录数据的任何记录介质。
应理解，可以以硬件、软件或其组合的各种形式来实现在附图中示出的元件。优选地，以在一个或多个经适当编程的通用设备之上的硬件和软件的组合来实现这些元件，所述通用设备可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。
现参考附图的具体细节，其中贯穿几幅视图，类似标号标识类似或相同的元件，并且首先参考图1，自动相机跟踪系统10的说明性实施例被示出。系统10包括用于摄像机或者其他设备14的电动回转单元12。二极管18的阵列16被安装在回转单元12之上或者附近。在一个实施例中，二极管18包括红外发光二极管(IRED)。
阵列16被安装在电力控制的回转单元12上，该回转单元12可以控制摄像机、电影摄像机、麦克风、相机或者另一适当设备的定位。阵列16中的个体发射器18的每个代表给定轴上的相反方向，并且被安装在彼此互补的角度上。在图1中说明性地示出与一个轴的相反方向相关联的相邻发射器之间的角度关系。应理解，发射器18的数目可以更多并且可以以成对的、三个一组的、四个一组的等方式被采用，并且可以针对多个不同的轴和位置被采用。
由电子电路22来驱动阵列16，该电子电路22在不同的、依策略指定的频率处调制个体阵列元件18或者阵列部件的光功率。在图1所示的示例中，发射器A具有在30kHz处调制的光功率，而发射器B具有在32kHz处调制的光功率。在一个实施例中，将由相机14跟踪的对象佩带小的光接收器26，该光接收器26获得红外(IR)或者其他辐射光束32、34并且解调所述信号以取回AC调制信号。然后适当的滤波或波形分析被应用以测量并比较经恢复的调制信号的振幅。该比较揭示相机相对于对象的角度位置并且被用于重新定位相机14的回转单元12以跟踪对象24。
若干个红外光束从回转单元12的位置被射向对象24。个体IR光束发射器18的阵列在物理上符合例如代表X、Y和/或Z轴的精确几何图案。以彼此相对的精确角度来设定个体发射器18，所述角度定义在光束32和34之间的传播中轴线30。个体光束还具有指定的发散量，例如，针对光束32的+2度和针对光束34的-2度。总之，阵列投射出随着距源(发射器18)的距离增大而对称地张开的辐射图案。
在若干个频率处调制由IR发射器阵列16产生的光功率。每个频率被用于驱动阵列的特定部分。例如，频率A可以代表-X而频率B代表+X。在一个示例中，例如，频率A和B可以分别是例如30kHz和32kHz。
要被跟踪的对象24被配备有IR接收设备26。接收设备26可以包括在设备上的小夹子，其可以容易地被佩带在对象24的衬衫口袋或者领口上，或者可以挂在对象的脖子上。也可以采用附着接收器26的其他方式。通过比较调制频率的能级来辨别回转单元12相对于对象的位置。
现参考图2，用于发射用以通过使用遥测来自动跟踪对象的辐射的发送单元100被说明性地示出。单元100包括能够生成用于调制信号的波形的微处理器102。微处理器102将波形输出到功率放大器104，以放大波形从而使得波形可以被用于调制发射器阵列106中的发射器。阵列106中的发射器发送经光调制的信号。应注意，微处理器102生成将被发射器阵列的不同发射器或部分采用的不同频率或振幅的不同波形。可以采用复用器或者其他设备(例如，开关)使得微处理器102生成不同频率或者振幅的信号，所述信号可以被分配用于调制阵列的不同部分。
还可以将微处理器102用于调节(一个或多个)放大器104的功率。这可以被用于例如根据到对象的距离或者其他标准来增大所发射的信号的能级。微处理器102还可以被用于其他功能。例如，在一个实施例中，微处理器可以被用于解译并比较来自对象的反馈信号，并且控制回转单元或其他被驱动的设备的位置。此外，在优选实施例中，发射器包括IR发射器。
现参考图3，接收设备200被示出，该接收设备200优选地被要被跟踪的对象佩带或者被附着于所述对象。接收器200包括跟踪吊舱(trackingpod)202，该跟踪吊舱202优选地包括多个光电二极管204。光电二极管204接收来自发射器阵列106(图2)的发射光，并且将所接收的信号输入到输入电路206。输入电路206对所接收的辐射的强度、振幅和频率的至少一个作出响应。所接收的信号被加法器208相加，并且可以通过信号调节电路或信号处理器210被处理，从而为下游的数据提取和处理做准备，在此，基于强度、振幅和/或频率来处理相加得到的信号以确定对象的位置。通过在用于确定或测量对象位置的傅立叶变换或其他信号处理算法中使用所接收信号信息，可以确定对象的位置。
根据该系统，可以在分离的位置或地点处执行对所接收信号的信号处理。在一个实施例中，相加得到的信号信息可以被发送回在相机位置处的微处理器102(图2)或者其他设备，被发送到计算机或者其他处理设备，或者在接收器200处被进一步处理。在一个实施例中，所述数据被发送给计算机或者处理设备以进行光谱分析，从而确定对象位置并且生成用于更新相机的位置/角度的位置或跟踪信息。在这样的情况下，模拟信号调节部件210和/或缓冲器212可以用于调节并缓冲将被发送到数据获取和光谱分析程序214的输入数据。
现参考图4，根据本发明的原理的用于自动跟踪对象320的系统300被示出。阵列驱动器100包括用于给发射器阵列106供电并且调制发射器阵列106的电子电路。由光电二极管阵列204或者其他光电传感器来接收辐射302。接收器200包括用于接收并调节IR传感器204的光电二极管所输出的信号的处理电子设备。所接收的信号信息被发送给个人计算机或者其他的处理设备304。
计算机304可以包括用于分析从接收器200发送的数据的一个或多个软件程序。计算机304可以包括用于支持数据获取、快速傅立叶变换(FFT)、遥测数据解译和系统命令通信的软件和算法306。经解译的数据可以包括基于由接收器200所接收的经给定频率调制的光信号的能级来确定对象位置。以这种方式，可以针对每次访问来确定对对象位置的遥测表示，从而允许对相机角度或位置进行调整。
计算机304优选地包括印制线路板、卡或者端口308，其输出用于控制(一个或多个)伺服机构或者其他运动设备310的输出信号。这些信号包括用于移动相机312的回转控制信号。端口308可以使用RS-232协议，然而也可以采用其他协议。对数据的解译可以包括确定相机的位置改变的方向和量级，从而使对象处于中央。可替代地，对象不一定要处于中央，然而可以根据预定的位置或坐标被定位。
伺服机构310对从计算机304发送的回转控制信号314作出响应，从而根据对象的运动将相机312适当地移动到新的位置。应理解，接收器200可以与计算机304无线地进行通信。以这种方式，对象并不局限于通过线路的运动。此外，在替代实施例中，发送器100可以被对象佩带，并且接收器200可以被定位于相机312的附近。
参考图5到图7，示出IR接收器所见的四个调制频率的相对能级的示波器的显示器的表示被说明性地示出。每个显示器中的底部迹线402示出接收器200(图4)所接收的相加得到的信号。每个显示器中的顶部迹线404示出从傅立叶变换中输出的四个调制频率的相对振幅。最左边的两个峰值代表X轴上的相反方向而最右边的两个峰值代表Y轴上的相反方向。
在图5中顶部迹线的所有调制频率具有相等的振幅。该情况是默认或者“起始(home)”位置。对象停止在或者被定位于相机取景孔的中央。在图6中，对象处于Y轴的中央，然而在X轴上偏离中央处于左侧。左起第二个峰值高于其他峰值；因此需要进行X轴校正。在图7中，对象处于X轴的中央，然而在Y轴上偏离中央。右起第二个峰值高于其他峰值；因此需要进行Y轴校正。根据发射器的相对位置，执行对用于校正所需的调整量的计算，并且提供所述计算结果作为用于移动相机的控制信号。
已经描述了自动跟踪相机的系统和方法的优选实施例(其意欲作为说明性的而非限制性的实施例)，应注意，根据上述教导，本领域中的技术人员可以做出修改和变更。因此应理解，可以在所公开的本发明的具体实施例中做出落入如随附权利要求书所概括的本发明的范围和精神之内的改变。因此，已经详细描述了本发明，并且如专利法所具体需要的，在随附权利要求书中提出了由专利证书所保护的所主张并且期望的主题。

Claims (22)

1.一种跟踪装置(300)，包括：
至少一个发射器(106)，其被配置来在至少一个维度上向要被跟踪的对象(320)发射辐射；
接收器(200)，其被配置来从至少一个发射器接收所述辐射，其中所述至少一个发射器和所述接收器位于所述要被跟踪的对象上；以及
处理器(304)，其对来自所述至少一个发射器的辐射的改变作出响应并且确定设备位置。
2.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述至少一个发射器中的每个被调制以允许识别所述辐射的源，并且所述处理器(304)对所述调制后的辐射的改变作出响应。
3.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述至少一个发射器是包括多个红外二极管的发射器阵列(106)。
4.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述接收器(200)包括多个光电二极管(204)。
5.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)包括用于所述至少一个维度的二极管对(18)，其中所述二极管对被配置在中轴线周围，使得所述对中的每个二极管朝向距所述中轴线相等并且相反的角度。
6.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)发射辐射，以监控相对于初始相机位置的X和Y方向。
7.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述处理器(304)包括数据获取软件(306)，所述数据获取软件测量多个经调制的发射器信号的能级，以确定对所述相机位置的改变的方向和量级。
8.如权利要求7所述的跟踪装置，其中所述经调制的发射器信号对于所述阵列中的每个发射器或者发射器组包括不同的调制频率。
9.如权利要求1所述的跟踪装置，其中所述接收器(200)被耦合到所述要被跟踪的对象(320)并且与所述处理器无线通信。
10.如权利要求1所述的跟踪装置，其中由微处理器(100)对所述发射器阵列(106)进行控制和调制。
11.一种相机取景跟踪装置(300)，包括：
摄像机(312)；
发射器阵列(106)，其被配置来在至少一个维度上在要被跟踪的对象(320)周围发射辐射，其中每个发射器和发射器组之一被调制，以允许识别所述辐射的源；
接收器(200)，其被连接到所述要被跟踪的对象，并且被配置来从所述发射器阵列接收所述辐射；以及
处理器(304)，其被配置来解译辐射的改变，并且使所述改变与相机位置相互关联。
12.如权利要求11所述的跟踪装置，还包括回转单元(310)，所述回转单元被配置来从所述处理器(304)接收相机位置控制信号，并且根据所述信号来移动所述摄像机。
13.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)包括多个红外二极管。
14.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述接收器(200)包括多个光电二极管(204)。
15.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)包括用于所述至少一个维度的二极管对(18)，其中所述二极管对被配置在中轴线周围，使得所述对的每个二极管朝向距所述中轴线相等并且相反的角度。
16.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)发射辐射以监控相对于初始相机位置的X和Y方向。
17.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述处理器(304)包括数据获取软件(306)，所述数据获取软件测量多个经调制的发射器信号的能级，以确定对所述相机位置的改变的方向和量级。
18.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述经调制的发射器信号对于所述阵列中的每个发射器或者发射器组包括不同的调制频率。
19.如权利要求11所述的跟踪装置，其中所述接收器(200)与所述处理器(304)无线通信。
20.如权利要求11所述的跟踪装置，其中由微处理器(100)对所述发射器阵列(106)进行控制和调制。
21.一种相机取景跟踪装置，包括：
摄像机(312)；
发送器(100)，所述发送器包括控制并调制发射器阵列(106)的微处理器，所述发射器阵列被配置来在至少一个维度上在所述发射器阵列与要被跟踪的对象(320)的初始位置之间的中轴线周围发射辐射，其中每个发射器或者发射器组被调制以允许识别所述辐射的源；
接收器(200)，其被连接到所述要被跟踪的对象，并且被配置来从所述发射器阵列接收所述辐射并处理所接收的辐射信号；
处理器(304)，其包括数据获取软件(306)，所述数据获取软件测量多个经调制的发射器信号的能级，以确定对所述相机位置的改变的方向和量级，所述处理器被配置来解译所接收的辐射信号的改变，并且使所述改变与相机位置相互关联以输出相机位置控制信号；以及
回转单元(310)，所述回转单元被配置来接收所述相机位置控制信号并且根据该信号来移动所述摄像机。
22.如权利要求21所述的跟踪装置，其中所述发射器阵列(106)包括用于所述至少一个维度的二极管对(18)，其中所述二极管对被配置在中轴线周围，使得所述对的每个二极管朝向距所述中轴线相等并且相反的角度。
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