CN102541085A - 具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置及方法，通过装置内部垂直设置的上马达及水平设置的下马达，配合可滚动的下壳，来进行水平或利用重心调整来实现倾斜调整，不像现有采用外露转动机构的产品，容易受到外力作用损坏或者偏离，配合放法后可实现脸部图像的自动取景和跟踪的方法，此外方法中还融入了图像识别的手势识别指令处理。从而可使得通过动作对手势对装置进行响应控制。

Description

具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置和方法

【技术领域】

本发明涉及一种视频跟踪装置及方法，尤其是指一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置和方法。 

【背景技术】

随着计算机的普及与发展，各类摄像头大到城市、工厂的视频监控、小到家庭用户的视频聊天等已随处可见。特别是近些年视频聊天的普及，大量的民间用户涌现，发展势头十分强劲。在视频通话聊天中，用户使用摄像头时常希望保持摄像机对准自己，然而使用过程中又难以避免脸部的不断移动，而现下市面上的普通摄像头最多也就通过配置有可变形或转动的支架，人们在使用时只能通过频繁的用手动变换摄像头的方向来达到对准面部的目的，十分麻烦且效果很不好。而部分高档的监控用摄像头，虽然带有云台，但在作为日用品的时候，频繁控制也麻烦，而且一旦遭遇人为扭动摄像头，极易造成损坏。 

因此，如何应对日常应用中人脸部的复杂运动的视频跟踪，从而改善用户的使用体验是业内一直期望解决的技术难题。 

【发明内容】

本发明的目的在于克服了上述缺陷，提供一种可实施的对视频中人脸部跟踪和姿态控制的具有球形底部的装置和方法。 

本发明的目的是这样实现的：一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，它包括上壳及可滚动的下壳，上壳内设有摄像头，对应的上壳表面开有孔并罩有保护片，在上壳中一体连接有上马达支架，上马达支架包括垂直架设有支架的平台，平台支架上枢接有上马达的转轴，平台下端套接有旋转环，旋转环上设有转齿；下壳通过下马达支架连接有下马达，下马达转轴通过一齿轮与旋转环的转齿啮合；于下马达与旋转环间还设有主板，主板对应马达转轴处设有通孔，其上侧/下侧设置有LED灯组；所述上马达及下马达的转轴为偏心设置； 

上述结构中，所述主板上侧/下侧的上壳/下壳表面设有对应其LED灯组 的通光孔； 

上述结构中，所述上壳保护片后还设有红外传感器； 

上述结构中，所述上马达支架与下马达支架滑动扣接； 

上述结构中，所述上壳、下壳整体成蛋形； 

上述结构中，所述下壳底面成半球形； 

上述结构中，所述上壳表面对应保护片还设有装饰件； 

本发明还涉及一种用于权利要求1所述装置的方法，它包括步骤 

A)、初始化，摄像头系统连接完毕，驱动程序加载完毕，图像和红外信号传输畅通； 

B)、是否有人在设定区域内，是则继续，否则执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤； 

C)、是否检测到挥手手势，是则执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤，否则继续； 

D)、设备是否锁定，是则转回步骤A，否则继续； 

E)、人脸识别自动解锁功能是否开启，是则继续，否则执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤； 

F)、人脸识别为三维面部图像或平面图像，为三维图像时继续，为平面图像时候执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤； 

G)、解除设备锁定； 

H)、人脸跟踪模式是否激活，若是则继续，否则执行步骤， 

H1)、判断摄像头是否调整到预定区域位置，若是则返回步骤H，否则继续， 

H2)、接受控制指令，通过键盘/触摸屏/互联网或其他有线或无线连接的远程键盘发送上下左右控制指令， 

H3)、解析指令并控制调整摄像头位置，发送相应的控制命令到姿态电机从而调整摄像头的姿态角度，然后回到步骤H1； 

I)、预览区是否有人脸，是则继续，否则执行步骤 

I1)、设定时间内预览区是否有人脸，在预设的时间内预览区是否曾检测到有人脸，是则进入步骤I3，否则继续， 

I2)、是否有人在设定区域内，红外传感器是否感知有人在设定的距离范围内，是则进入步骤I3，否则直接回到步骤I， 

I3)、进入人脸寻找模式，进入人脸寻找状态：查找上一次检测到人脸时矩形边框相对于预览区上下左右的值，并调整摄像头姿态电机回到上次检测到人脸时矩形边框的位置； 

J)、进行人脸跟踪，启动人脸跟踪算法用矩形框锁定人脸，实时计算人脸矩形框相对于预览区矩形边框的上下左右距离； 

K)、坐标位置是否等于预设，矩形边框相对于预览区上下左右的距离值是否大于或小于预设值，是则继续，否则回到步骤J； 

L)、位置调整，根据矩形边框相对于预览区上下左右的距离调整摄像头水平、垂直姿态电机转动从而调整摄像头的姿态，改变矩形边框在预览区中的位置，然后回到步骤K； 

L1)、发出控制指令，发出目标位置(角度和倾角)指令； 

L2)、位置计算并执行，根据零位置计算当前位置和转到下一个目标点所需要的步数并旋转； 

L3)、是否感应到磁信号，采集转动器件上的霍尔传感器是否传来磁信号，是则继续，否则返回步骤B； 

L4)、清零重新计算步数，清零后重新计算并根据新确定的零位置计算转到下一个目标点所需要的步数。 

本发明的有益效果在于提供了一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其通过内部垂直设置的上马达及水平设置的下马达，配合可滚动的下壳，来进行水平或利用重心调整来实现倾斜调整，不像现有采用外露转动机构的产品，容易受到外力作用损坏或者偏离。配合合适的程序还能即可实现无需用户手动调节的脸部图像的自动取景和跟踪应用。 

此外还提供了一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的方法，其提供了一种可实现脸部图像的自动取景和跟踪的方法，此外方法中还融入了图像识别的手势识别指令处理。从而可使得通过动作对手势对装置进行响应控制。 

【附图说明】

下面结合附图详述本发明的具体结构 

图1为本发明装置的结构爆炸图 

图2为本发明方法的总流程图 

图3为本发明方法步骤B的具体方法流程图 

图4为本发明方法步骤F的具体方法流程图 

图5为本发明方法的人脸跟踪示意图 

【具体实施方式】

如图1所示，本发明涉及具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，它包括上壳1及下壳2，为了实现可滚动的姿态调整，下壳2底面成弧形，较佳的上壳1、下壳2整体成蛋形。 

上壳1内设有摄像头4，对应的在上壳1表面开有孔并罩有保护片101，保护片101还可根据需要设置装饰件102，而保护片101后则设置红外传感器10。 

在上壳1中一体连接有上马达支架3，上马达支架3包括平台，平台上垂直架设有支架301，支架301连接垂直设置的上马达2，上马达2的转轴为偏心设置，其转轴枢接在支架301上，由此当上马达2驱动时，其转轴相对支架301不动，而上马达2主体会发生倾斜，从而改变整体的重心，下壳2的弧形底面即会发生滚动，实现垂直俯仰的调整。 

而在上壳1上马达支架3的平台下端套接有旋转环5，旋转环5内设有转齿。对应的下壳2中设有下马达支架9，较佳的上马达支架3与下马达支架9采用滑动扣接方式装配，下马达支架9中设有通孔放置连接水平设置的下马达9，下马达9的转轴向上伸出下马达支架9外，其同样为偏心设置，在转轴上连接有齿轮6，下马达9通过转轴连的齿轮与旋转环5的转齿啮合实现上壳1的水平转动。 

此外可将主板7设置在下马达9与旋转环5间，主板7上应当对应下马达9转轴处开设通孔701，使得下马达9的转轴可穿过与齿轮6相连联动旋转环。根据需要还可在主板7的上侧或下侧设置LED灯组702，对应的应当在上壳1或下壳2表面开设通光孔201，由此产品时候时可形成围绕的光点，可提升客户使用感受。 

综上所述可见，本发明整个产品结构由上壳1、下壳2，主板7，横向驱动下马达9，倾斜度驱动上马达2，摄像头4，红外传感器10，指示LED灯组702和内部支架组成。其中上壳1、下壳2是为了保护内部器件并使得底部能够自由滚动。横向驱动下马达9是用于接收指令并按指令直接或通过传 动驱动上壳1联动摄像头向左右方向转动，倾斜度驱动电机是根据跟踪和位置的需要控制整体产品联动摄像头4的前倾和后仰。摄像头4是用于获取图像并通过主板7进行图像处理，主板7给上马达2、下马达9发相应的动作指令来控制整体的姿态。红外传感器10可用于辅助摄像头4图像获取，并判断在一定距离内是否有人的存在以调整锁屏和功耗设定。此外可根据需要设置霍尔传感器，其用于校正上马达2、下马达9的位置清零，以克服累计误差、电机失步和外力干涉造成位置混乱。指示LED灯组702用来指示系统状态，通过通光孔201在接触平面上形成一圈投影，如果系统接通则显示一种颜色的光。如果跟踪模式开启则显示另一种颜色的光，或者另一种形式的光，比如旋转光点。 

整个产品系统由主板7上的单片机和电脑或其他连接设备协作来完成动作控制，电脑或其他连接设备通过摄像头4和红外传感器10获取图像和信号进行处理后通过驱动程序连接设备上的单片机，单片机再将指令传给上马达2、下马达9执行指定动作。 

此外本发明还提供一种用于上述具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置的方法，它包括步骤： 

A)、初始化，摄像头系统连接完毕，驱动程序加载完毕，图像和红外信号传输畅通。 

B)、是否有人在设定区域内，是则继续，否则执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤。 

C)、是否检测到挥手手势，是则，执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤，否则继续。D)、设备是否锁定，是则转回步骤A，否则继续。 

E)、人脸识别自动解锁功能是否开启，是则继续，否则执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤。 

F)、人脸识别为三维面部图像或平面图像，为三维图像时继续，为平面图像时候执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤。G)、解除设备锁定。 

H)、人脸跟踪模式是否激活，若是则继续，否则执行步骤： 

H1)、判断摄像头是否调整到预定区域位置，若是则返回步骤H，否则继续， 

H2)、接受控制指令，通过键盘/触摸屏/互联网或其他有线或无线连接的远程键盘发送上下左右控制指令， 

H3)、解析指令并控制调整摄像头位置，发送相应的控制命令到姿态电机从而调整摄像头的姿态角度，然后回到步骤H1。 

I)、预览区是否有人脸，是则继续，否则执行步骤： 

I1)、设定时间内预览区是否有人脸，在预设的时间内预览区是否曾检测到有人脸，是则进入步骤I3，否则继续， 

I2)、是否有人在设定区域内，红外传感器是否感知有人在设定的距离范围内，是则进入步骤I3，否则直接回到步骤I， 

I3)、进入人脸寻找模式，进入人脸寻找状态：参见图4，查找上一次检测到人脸时矩形边框相对于预览区上下左右的(Xl，Xr，Yu，Yd)值，并调整摄像头姿态电机回到上次检测到人脸时矩形边框的位置，如Xl＜Xr，调整电机M1向左转动，反之则向右转动。如果Yd＜Yu，调整电机M2向前转动(前倾)，反之则向后转动(后倾)。 

J)、进行人脸跟踪，启动人脸跟踪算法用矩形框锁定人脸，实时计算人脸矩形框相对于预览区矩形边框的上下左右距离(Xl，Xr，Yu，Yd)。 

K)、坐标位置是否等于预设，矩形边框相对于预览区上下左右的距离值Xl，Xr，Yu，Yd任意一值小于预设值d或大于预设值D，是则继续，否则回到步骤J。 

L)、位置调整，根据矩形边框相对于预览区上下左右的距离(Xl，Xr，Yu，Yd)调整摄像头水平、垂直姿态电机转动，例如横向驱动下马达M1向左(Xl＜d或Xr＞D)或右(Xr＜d或Xl＞D)转动从而调整摄像头的姿态，倾斜度驱动上马达M2向前(Yu＜d或Yd＞D)(蛋体前倾)或向后(Yd＜d或Yu＞D)(蛋体后倾)转动，从而改变矩形边框在预览区中的位置，然后回到步骤K。 

L1)、发出控制指令，发出目标位置(角度和倾角)指令。 

L2)、位置计算并执行，根据零位置计算当前位置和转到下一个目标点所需要的步数并旋转。 

L3)、是否感应到磁信号，采集转动器件上的霍尔传感器是否传来磁信号，是则继续，否则返回步骤B。 

L4)、清零重新计算步数，清零后重新计算并根据新确定的零位置计算转到下一个目标点所需要的步数。 

需要指出的是，本发明不限于上述实施方式，任何熟悉本专业的技术人员在基于本发明技术方案内对上述实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：它包括上壳及可滚动的下壳，上壳内设有摄像头，对应的上壳表面开有孔并罩有保护片，在上壳中一体连接有上马达支架，上马达支架包括垂直架设有支架的平台，平台支架上枢接有上马达的转轴，平台下端套接有旋转环，旋转环上设有转齿；下壳通过下马达支架连接有下马达，下马达转轴通过一齿轮与旋转环的转齿啮合；于下马达与旋转环间还设有主板，主板对应马达转轴处设有通光孔，其上侧/下侧设置有LED灯组；所述上马达及下马达的转轴为偏心设置。

2.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述主板上侧/下侧的上壳/下壳表面设有对应其LED灯组的通光孔。

3.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述上壳保护片后还设有红外传感器。

4.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述上马达支架与下马达支架滑动扣接。

5.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述上壳、下壳整体成蛋形。

6.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述下壳底面成半球形。

7.如权利要求1所述的具有球形底部的视频目标跟踪和姿态控制的装置，其特征在于：所述上壳表面对应保护片还设有装饰件。

8.一种用于权利要求1所述装置的方法，其特征在于：它包括步骤

A)、初始化，摄像头系统连接完毕，驱动程序加载完毕，图像和红外信号传输畅通；

B)、人脸跟踪模式是否激活，若是则继续，否则执行步骤，

B1)、判断摄像头是否调整到预定区域位置，若是则返回步骤B，否则继续，

B2)、接受控制指令，通过键盘/触摸屏/互联网或其他有线或无线连接的远程键盘发送上下左右控制指令，

B3)、解析指令并控制调整摄像头位置，发送相应的控制命令到姿态电机从而调整摄像头的姿态角度，然后回到步骤B1；

C)、预览区是否有人脸，是则继续，否则执行步骤

C1)、设定时间内预览区是否有人脸，在预设的时间内预览区是否曾检测到有人脸，是则进入步骤C3，否则继续，

C2)、是否有人在设定区域内，红外传感器是否感知有人在设定的距离范围内，是则进入步骤C3，否则直接回到步骤C，

C3)、进入人脸寻找模式，进入人脸寻找状态：查找上一次检测到人脸时矩形边框相对于预览区上下左右的值，并调整摄像头姿态电机回到上次检测到人脸时矩形边框的位置；

D)、进行人脸跟踪，启动人脸跟踪算法用矩形框锁定人脸，实时计算人脸矩形框相对于预览区矩形边框的上下左右距离；

E)、坐标位置是否等于预设，矩形边框相对于预览区上下左右的距离值是否大于或小于预设值，是则继续，否则回到步骤D；

F)、位置调整，根据矩形边框相对于预览区上下左右的距离调整摄像头水平、垂直姿态电机转动从而调整摄像头的姿态，改变矩形边框在预览区中的位置，然后回到步骤E。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于：于步骤B前还包括步骤

A)、是否有人在设定区域内，是则继续，否则执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤；

B)、是否检测到挥手手势，是则执行锁定设备并切换至低功耗模式的步骤，否则继续；

C)、设备是否锁定，是则转回步骤A，否则继续；

D)、人脸识别自动解锁功能是否开启，是则继续，否则执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤；

E)、人脸识别为三维面部图像或平面图像，为三维图像时继续，为平面图像时候执行退出设备锁定界面并转至密码输入窗口的步骤；

F)、解除设备锁定。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于：于步骤F中包括

A)、发出控制指令，发出目标位置(角度和倾角)指令；

B)、位置计算并执行，根据零位置计算当前位置和转到下一个目标点所需要的步数并旋转；

C)、是否感应到磁信号，采集转动器件上的霍尔传感器是否传来磁信号，是则继续，否则返回步骤B；

D)、清零重新计算步数，清零后重新计算并根据新确定的零位置计算转到下一个目标点所需要的步数。

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