CN104506827A - 具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其摄像机构包括壳体、高清摄像头和红外感应器；中央处理单元，通过线缆分别连接到高清摄像头和红外感应器；背景存储器，用于存储更新后背景图像信息；图像服务器，将来自高清摄像头的场景和人体图像信息中人体运动信息和背景图像信息分布提取出；运动识别模块，将来自图像服务器的人体运动信息与动作库内的标准运动信息比较，高清摄像头进一步包括：全反射式棱镜、第一镜组件、第二镜组件、第三镜组件和具有正光焦度的第四镜组件。本发明受环境光的影响更小，可将影像自身的变化画面与人体动作捕获画面精确区别，提高了捕获精度，避免了各种情况下的误触发，具有良好的像差修正与具有优势的光学传递函数，并有效的缩短摄像用光学透镜组或摄像装置的镜头的全长。

Description

具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置
技术领域
本发明涉及多媒体领域，具体涉及一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置。
背景技术
随着计算机技术的飞速发展，在视频图像中对人体的检测、跟踪和行为理解日益引起关注。随着计算机技术的飞速发展，在视频图像中对人体的检测、跟踪和行为理解日益引起关注。对运动人体快速而准确的跟踪是一项十分重要且极具挑战性的工作，它在视觉监控、高级人机交互、动画制作等方面有着广泛的应用，成为目前计算机视觉研究的关键问题之一．跟踪等价于在连续帧间创建基于位置、速度、色彩、纹理等特征的对应匹配问题。根据跟踪方式的不同可分为基于区域的跟踪、基于特征的跟踪、基于活动轮廓的跟踪、基于模型的跟踪等。其中基于模型的人体跟踪由于能够提供丰富的人体运动信息，一直是计算机视觉研究中的一个热点，但同时也是一个难点，这主要是由于人体模型通常具有较高的维数，难以对模型和图像观测特征在高维空间进行最优匹配。
对运动人体快速而准确的跟踪是一项十分重要且极具挑战性的工作，它在视觉监控、高级人机交互、动画制作等方面有着广泛的应用，成为目前计算机视觉研究的关键问题之一。跟踪等价于在连续帧间创建基于位置、速度、色彩、纹理等特征的对应匹配问题．根据跟踪方式的不同可分为基于区域的跟踪、基于特征的跟踪、基于活动轮廓的跟踪、基于模型的跟踪等。其中基于模型的人体跟踪由于能够提供丰富的人体运动信息，一直是计算机视觉研究中的一个热点，但同时也是一个难点，这主要是由于人体模型通常具有较高的维数，难以对模型和图像观测特征在高维空间进行最优匹配。
发明内容
本发明目的是提供一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，该具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置可实现人体和各种更新后背景图像信息混合显示，使得展示效果更丰富，实现全角度的立体展示，受环境光的影响更小，可将影像自身的变化画面与人体动作捕获画面精确区别，提高了捕获精度，避免了各种情况下的误触发，且对被摄物的影像光线进行反射，有效地达成摄像用光学透镜组及其摄像装置的小型化，具有良好的像差修正与具有优势的光学传递函数MTF，并可有效的缩短摄像用光学透镜组或摄像装置的镜头的全长。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其特征在于：包括至少4个分别安装于展厅空间四个顶角处的摄像机构、背景存储器和中央处理单元；
所述摄像机构包括壳体、高清摄像头和红外感应器，所述高清摄像头和红外感应器安装于壳体前端面，所述红外感应器感应人体运动从而生成摄像头触发信号，该高清摄像头用于实时拍摄场景和人体图像信息；所述高清摄像头进一步包括：全反射式棱镜、具有负光焦度的第一镜组件、具有正光焦度的第二镜组件、具有正光焦度的第三镜组件和具有正光焦度的第四镜组件，所述第一镜组件包含至少一个负光焦度的透镜，所述第二镜组件包含至少一个光学面为非球面的透镜，所述第三镜组件包含至少一个正光焦度的透镜及至少一个负光焦度的透镜，所述第四镜组件包含至少一个光学面为非球面的透镜；所述第二镜组件的焦距为f2，所述第三镜组件的焦距为f3，所述高清摄像头的光学透镜组满足下列关系式：0.4<f3/f2<0.7；
所述第三镜组件在光轴上依序具有第一透镜、第二透镜和第三透镜，所述第一透镜为具正光焦度的透镜，第一透镜的第一光学面为非球面式的凸面，第一透镜的第二光学面为凸面，第二透镜为具正光焦度的透镜，第二透镜的第一光学面为凸面，第二透镜的第二光学面为凹面，第三透镜为具负光焦度的透镜，其第三透镜的第一光学面为凸面，第三透镜的第二光学面为凹面；
第一红外灯位于所述高清摄像头和红外感应器之间，用于发射红外灯光的所述第一红外灯组安装于壳体前端面；
中央处理单元，通过线缆分别连接到高清摄像头和红外感应器，根据来自红外感应器的摄像头触发信号启动高清摄像头工作，并接收来自高清摄像头的场景和人体图像信息；
所述背景存储器，用于存储更新后背景图像信息；
图像服务器，将来自高清摄像头的场景和人体图像信息中人体运动信息和背景图像信息分布提取出；并用来自背景存储器的更新后背景图像信息替换所述背景图像信息；
运动识别模块，将来自图像服务器的人体运动信息与动作库内的标准运动信息比较，从而识别出人体的特定动作；
媒体控制模块，根据来自运动识别模块识别的人体的特定动作，从而驱动相对应的图像、视频、FLASH媒体。
上述技术方案中进一步改进的方案如下：
1. 上述方案中，还包括第二红外灯和第三红外灯，此第二红外灯位于高清摄像头与第一红外灯相背的一侧，此第三红外灯位于红外感应器与第一红外灯相背的一侧，用于发射红外灯光的所述第二、第三红外灯安装于壳体前端面。
2. 上述方案中，还包括一玻璃挡板，其贴覆于所述壳体前端面并覆盖所述高清摄像头和红外感应器。
3. 上述方案中，所述全反射式棱镜具有入射面、反射面和出射面，此全反射式棱镜为直角三角形状的棱镜，其反射面设置于斜边上。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
本发明具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其可实现人体和各种更新后背景图像信息混合显示，使得展示效果更丰富，实现全角度的立体展示，且采用特定多组光学组件组合，对被摄物的影像光线进行反射，有效地达成摄像用光学透镜组及其摄像装置的小型化，具有良好的像差修正与具有优势的光学传递函数MTF，并可有效的缩短摄像用光学透镜组或摄像装置的镜头的全长；其次，用来发射红外灯光并结合红外感应器，在检测环境场景角点时利用红外灯光辅助，可以减少环境光变化的影响，受环境光的影响更小，可将影像自身的变化画面与人体动作捕获画面精确区别，提高了捕获精度，避免了各种情况下的误触发；且利用多摄像头技术解决了遮挡问题，同时可以把检测跟踪扩展到更大的场景中。
附图说明
附图1为本发明具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置结构示意图；
附图2为附图1的局部结构俯视图；
附图3为本发明具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置中高清摄像头结构示意图。
以上附图中：1、展厅空间；2、摄像机构；3、背景存储器；4、中央处理单元；5、壳体；6、高清摄像头；7、红外感应器；8、中央处理单元；9、玻璃挡板；10、图像服务器；11、运动识别模块；12、动作库；13、媒体控制模块；14、第一红外灯；15、第二红外灯；16、第三红外灯；17、全反射式棱镜；171、入射面；172、反射面；173、出射面；18、第一镜组件；19、第二镜组件；20、第三镜组件；21、第四镜组件；22、第一透镜；221、第一光学面；222、第二光学面；23、第二透镜；231、第一光学面；232、第二光学面；24、第三透镜；241、第一光学面；242、第二光学面。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，包括至少4个分别安装于展厅空间1四个顶角处的摄像机构2、背景存储器3和中央处理单元4；
所述摄像机构2包括壳体5、高清摄像头6和红外感应器7，所述高清摄像头6和红外感应器7安装于壳体5前端面，所述红外感应器7感应人体运动从而生成摄像头触发信号，该高清摄像头6用于实时拍摄场景和人体图像信息；所述高清摄像头6进一步包括：全反射式棱镜17、具有负光焦度的第一镜组件18、具有正光焦度的第二镜组件19、具有正光焦度的第三镜组件20和具有正光焦度的第四镜组件21，所述第一镜组件18包含至少一个负光焦度的透镜，所述第二镜组件19包含至少一个光学面为非球面的透镜，所述第三镜组件20包含至少一个正光焦度的透镜及至少一个负光焦度的透镜，所述第四镜组件21包含至少一个光学面为非球面的透镜；所述第二镜组件19的焦距为f2，所述第三镜组件20的焦距为f3，所述高清摄像头6的光学透镜组满足下列关系式：0.4<f3/f2<0.7；
所述第三镜组件20在光轴上依序具有第一透镜22、第二透镜23和第三透镜24，所述第一透镜22为具正光焦度的透镜，第一透镜22的第一光学面221为非球面式的凸面，第一透镜22的第二光学面222为凸面，第二透镜23为具正光焦度的透镜，第二透镜23的第一光学面231为凸面，第二透镜23的第二光学面232为凹面，第三透镜24为具负光焦度的透镜，其第三透镜24的第一光学面241为凸面，第三透镜24的第二光学面242为凹面；
第一红外灯14位于所述高清摄像头6和红外感应器7之间，用于发射红外灯光的所述第一红外灯14组安装于壳体前端面；
中央处理单元8，通过线缆分别连接到高清摄像头6和红外感应器7，根据来自红外感应器7的摄像头触发信号启动高清摄像头6工作，并接收来自高清摄像头6的场景和人体图像信息；
所述背景存储器3，用于存储更新后背景图像信息；
图像服务器10，将来自高清摄像头6的场景和人体图像信息中人体运动信息和背景图像信息分布提取出；并用来自背景存储器3的更新后背景图像信息替换所述背景图像信息；
运动识别模块11，将来自图像服务器10的人体运动信息与动作库12内的标准运动信息比较，从而识别出人体的特定动作；
媒体控制模块13，根据来自运动识别模块11识别的人体的特定动作，从而驱动相对应的图像、视频、FLASH媒体。
还包括第二红外灯15和第三红外灯16，此第二红外灯15位于高清摄像头6与第一红外灯14相背的一侧，此第三红外灯16位于红外感应器7与第一红外灯14相背的一侧，用于发射红外灯光的所述第二、第三红外灯15、16安装于壳体5前端面。
还包括一玻璃挡板9，其贴覆于所述壳体5前端面并覆盖所述高清摄像头6和红外感应器7。
上述全反射式棱镜17具有入射面171、反射面172和出射面173，此全反射式棱镜17为直角三角形状的棱镜，其反射面172设置于斜边上。
工作过程如下：这个系统中首先利用多个摄像头获取实时图像帧，在初始时要计算背景图像，然后利用实时图像根据前景检测算法实时计算前景，同时利用背景建模方法实时更新背景图像，在检测到有人体存在时，跟踪人体的运动轨迹，在遇到遮挡时，可利用运动预测与多摄像头图像结合来判断人体位置；当检测到一个人的运动轨迹后把他的运动轨迹与位置等信息传输到运动分析模块，比对动作库中是否存在这个动作，是否要对媒体进行某项控制操作，如果存在动作，则根据动作数据控制媒体。媒体分为图像、视频、FLASH媒体等，如果是图像或视频则直接头媒体控制模块进行控制，如果是FLASH则通过通讯模块把相应信息发送给flash多媒体进行相应动作。
采用本实施例具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置时，其可实现人体和各种更新后背景图像信息混合显示，使得展示效果更丰富，实现全角度的立体展示，且采用特定多组光学组件组合，对被摄物的影像光线进行反射，有效地达成摄像用光学透镜组及其摄像装置的小型化；具有良好的像差修正与具有优势的光学传递函数MTF，并可有效的缩短摄像用光学透镜组或摄像装置的镜头的全长；其次，用来发射红外灯光并结合红外感应器，在检测环境场景角点时利用红外灯光辅助，可以减少环境光变化的影响，受环境光的影响更小，可将影像自身的变化画面与人体动作捕获画面精确区别，提高了捕获精度，避免了各种情况下的误触发；且利用多摄像头技术解决了遮挡问题，同时可以把检测跟踪扩展到更大的场景中。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1. 一种具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其特征在于：包括至少4个分别安装于展厅空间（1）四个顶角处的摄像机构（2）、背景存储器（3）和中央处理单元（4）；
所述摄像机构（2）包括壳体（5）、高清摄像头（6）和红外感应器（7），所述高清摄像头（6）和红外感应器（7）安装于壳体（5）前端面，所述红外感应器（7）感应人体运动从而生成摄像头触发信号，该高清摄像头（6）用于实时拍摄场景和人体图像信息；所述高清摄像头（6）进一步包括：全反射式棱镜（17）、具有负光焦度的第一镜组件（18）、具有正光焦度的第二镜组件（19）、具有正光焦度的第三镜组件（20）和具有正光焦度的第四镜组件（21），所述第一镜组件（18）包含至少一个负光焦度的透镜，所述第二镜组件（19）包含至少一个光学面为非球面的透镜，所述第三镜组件（20）包含至少一个正光焦度的透镜及至少一个负光焦度的透镜，所述第四镜组件（21）包含至少一个光学面为非球面的透镜；所述第二镜组件（19）的焦距为f2，所述第三镜组件（20）的焦距为f3，所述高清摄像头（6）的光学透镜组满足下列关系式：0.4<f3/f2<0.7；
所述第三镜组件（20）在光轴上依序具有第一透镜（22）、第二透镜（23）和第三透镜（24），所述第一透镜（22）为具正光焦度的透镜，第一透镜（22）的第一光学面（221）为非球面式的凸面，第一透镜（22）的第二光学面（222）为凸面，第二透镜（23）为具正光焦度的透镜，第二透镜（23）的第一光学面（231）为凸面，第二透镜（23）的第二光学面（232）为凹面，第三透镜（24）为具负光焦度的透镜，其第三透镜（24）的第一光学面（241）为凸面，第三透镜（24）的第二光学面（242）为凹面；
第一红外灯（14）位于所述高清摄像头（6）和红外感应器（7）之间，用于发射红外灯光的所述第一红外灯（14）组安装于壳体前端面；
中央处理单元（8），通过线缆分别连接到高清摄像头（6）和红外感应器（7），根据来自红外感应器（7）的摄像头触发信号启动高清摄像头（6）工作，并接收来自高清摄像头（6）的场景和人体图像信息；
所述背景存储器（3），用于存储更新后背景图像信息；
图像服务器（10），将来自高清摄像头（6）的场景和人体图像信息中人体运动信息和背景图像信息分布提取出；并用来自背景存储器（3）的更新后背景图像信息替换所述背景图像信息；
运动识别模块（11），将来自图像服务器（10）的人体运动信息与动作库（12）内的标准运动信息比较，从而识别出人体的特定动作；
媒体控制模块（13），根据来自运动识别模块（11）识别的人体的特定动作，从而驱动相对应的图像、视频、FLASH媒体。
2. 根据权利要求1所述的具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其特征在于：还包括第二红外灯（15）和第三红外灯（16），此第二红外灯（15）位于高清摄像头（6）与第一红外灯（14）相背的一侧，此第三红外灯（16）位于红外感应器（7）与第一红外灯（14）相背的一侧，用于发射红外灯光的所述第二、第三红外灯（15、16）安装于壳体（5）前端面。
3. 根据权利要求1所述的具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其特征在于：还包括一玻璃挡板（9），其贴覆于所述壳体（5）前端面并覆盖所述高清摄像头（6）和红外感应器（7）。
4. 根据权利要求1所述的具有人体跟踪功能的互动视觉拍摄装置，其特征在于：所述全反射式棱镜（17）具有入射面（171）、反射面（172）和出射面（173），此全反射式棱镜（17）为直角三角形状的棱镜，其反射面（172）设置于斜边上。
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