CN104660998B - 一种接力跟踪方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种接力跟踪方法及系统。上述方法包括以下步骤：本发明提供一种接力跟踪方法。上述方法包括以下步骤：通过第一摄像机跟踪运动目标；监测所述运动目标的运动状态数据；根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域；在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。本发明提出了一种新的接力跟踪手段，能够获得平稳清晰的跟踪图像数据。

Description

一种接力跟踪方法及系统

技术领域

本发明属于计算机技术领域，尤其涉及一种接力跟踪方法及系统。

背景技术

在精品课堂的录制、同步课堂的实际应用中，需要实现摄像机对老师和学生的实时跟踪。目前的解决方案有两种：一种是手动跟踪，由操作员手动控制摄像机对老师/学生进行跟踪；另外一种是通过系统实现自动跟踪。为了实现跟踪，一般情况下是安装一台或多台摄像机，对目标进行连续跟踪或接力跟踪，一般都是要求老师或学生一直在画面中间位置。在监控领域，为了在一个比较广阔的范围内对目标进行追踪，需要用多台摄像机进行接龙式的跟踪。

当手动跟踪时，如果是一台摄像机，操作人员控制摄像机的转动，在转动过程中会导致画面看不清楚，出现垃圾镜头；如果是两台摄像机，操作人员会根据目标的运动区域，实时的选择不同的摄像机进行拍摄，此时摄像机可能并不转动，虽然没有垃圾镜头，但是两个摄像机交替拍摄时衔接的并不好，目标似乎是从一个镜头进入另一个镜头，与目标保持在画面中间不相符。当用一台摄像机自动跟踪时，同样会出现镜头转动导致垃圾画面，因为即使是系统自动驱动摄像机的跟踪电机，但由于跟踪电机的最小转动角度也是有精度限制的，所以跟踪画面也不可能做到非常平稳。

发明内容

本发明提供一种接力跟踪方法及系统，以解决上述问题。

本发明提供一种接力跟踪方法。上述方法包括以下步骤：通过第一摄像机跟踪运动目标；

监测所述运动目标的运动状态数据；根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域；在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

本发明还提供了一种接力跟踪方法，包括以下步骤：

通过多个摄像机中的一个摄像机跟踪运动目标；

监测所述运动目标的运动矢量数据；

在确定所述运动目标进入所述多个摄像机的跟踪重叠区域时，根据所述运动矢量数据判断所述运动目标的运动趋势；

基于所述运动趋势确定接力的摄像机，启用所述接力的摄像机。

本发明还提供了一种接力跟踪系统，包括：第一摄像机和第二摄像机，均连接至控制器，分别用于跟踪运动目标；

所述控制器，接收来自所述第一摄像机跟踪采集的视频图像，根据所述视频图像监测所述运动目标的运动状态数据，以及根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域，并在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，通知所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

本发明还提供了一种接力跟踪系统，包括：

多个摄像机，均连接至控制器，分别用于跟踪运动目标；

所述控制器，接收来自所述多个摄像机中的一个摄像机跟踪采集的视频图像，根据所述视频图像监测所述运动目标的运动矢量数据，以及在确定所述运动目标进入所述多个摄像机的跟踪重叠区域时，根据所述运动矢量数据判断所述运动目标的运动趋势，并基于所述运动趋势确定接力的摄像机，启用所述接力的摄像机。

相较于先前技术，根据本发明提供的接力跟踪方法及系统，采用多个摄像机对运动目标进行锁定跟踪，根据运动目标的运动情况自动切换跟踪摄像机，无需手动控制或切换摄像机，并且也避免了单台摄像机自动跟踪所引起的画面不平稳的问题，因此采用本发明的技术方案所获取的视频数据画面平稳且无垃圾画面，能够保证运动目标在画面中间。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1所示为根据本发明的一较佳实施例提供的接力跟踪方法的流程图；

图2所示为根据本发明的一较佳实施例提供的接力跟踪场景示意图；

图3所示为根据本发明的另一较佳实施例提供的接力跟踪场景示意图；

图4所示为根据本发明的又一较佳实施例提供的接力跟踪场景示意图；

图5所示为根据本发明的一较佳实施例提供的接力跟踪系统的框图。

具体实施方式

下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1所示为根据本发明的较佳实施例提供的接力跟踪方法的流程图。如图1所示，本发明的较佳实施例提供的接力跟踪方法包括步骤102～106。

步骤102，通过第一摄像机跟踪运动目标，监测运动目标的运动状态数据；

步骤104，根据运动状态数据判断运动目标是否进入第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域；

步骤106，在确定运动目标进入所述跟踪重叠区域时，启用第二摄像机跟踪所述运动目标。

在一个监控区域中安装多台摄像机，每台摄像机对应有一个拍摄范围，在此我们定义每台摄像机有相应的跟踪区域，该多台摄像机的跟踪会有重叠，重叠的区域我们在此定义为跟踪重叠区域。当运动目标进入该监控区域例如教室时，由第一时间可拍摄到该运动目标的第一摄像机进行跟踪，运动目标继续运动，有可能离开第一摄像机的跟踪区域，在本实施例中，判断运动目标是否进入跟踪重叠区域，如果进入跟踪重叠区域，则可能需要切换跟踪摄像机，第一摄像机停止跟踪，第二摄像机开始跟踪，以保证能拍摄到运动目标，并使运动目标在画面中间。

运动状态数据的监测可采用图像处理手段来获取运动目标的运动矢量数据，根据该运动矢量数据可得到运动目标的运动速度、运动轨迹、位置数据等信息。

请参考图2，为了更精确地进行摄像机接力跟踪，在另一实施例中，将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域20和第二子区域22；根据所述位置数据判断所述运动目标是否跨过第一子区域20和第二子区域22的划分线；在确定所述运动目标跨过所述划分线进入所述第二子区域22时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。通过划分区域的方法，能够快速判断运动目标是否正向第二摄像机的跟踪区域移动。

在有些场景下，本发明还提供了另一种实施方式：

在运动目标进入第一子区域时，判断运动目标的当前运动速度是否大于第一速度阈值；

在判定运动目标的当前运动速度大于所述第一速度阈值时，启用第二摄像机跟踪所述运动目标。当运动目标的运动速度较大时，运动目标有可能快速跨越跟踪重叠区域，因此需要提前判断是否需要切换跟踪摄像机，使得运动目标在进入第二摄像机的跟踪区域之后能立刻被第二摄像机跟踪，保持画面平稳连续，运动目标始终在画面中间。

在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，还根据所述运动目标的运动矢量数据判断所述运动目标是否停止于所述跟踪重叠区域；在确定所述运动目标停止于所述跟踪重叠区域时，仍采用所述第一摄像机跟踪所述运动目标。在有些场景下，运动目标虽然进入跟踪重叠区域，但有可能停止于该跟踪重叠区域不继续向第二摄像机的跟踪区域移动，因此仍需要采用第一摄像机进行跟踪。

本发明的实施例利用两台跟踪摄像机，前一台摄像机在拍摄目标时，如果目标在运动，另外一台摄像机根据目标的运动及时自动调整跟踪参数，当目标快偏离前一台摄像机的画面中间位置时，系统会立即切换为另一台摄像机进行跟踪，而此时目标依然在画面的中间位置，即实现了目标在画面中间的跟踪需求，又可以实现画面平稳无垃圾镜头(因为正在跟踪的摄像机并不转动)。

在上文所描述的实施例中，第一摄像机与第二摄像机是没有带云台的摄像机，假设摄像机均带有云台，则还可以根据运动目标的运动情况调整拍摄参数(例如焦距、角度等)。

根据摄像机在监控区域中的安装位置以及它们的拍摄范围，可将整个监控区域划分为多个区域，每个区域对应哪个摄像机并且该摄像机所需要的拍摄参数均可预置在控制系统中，即预设对应关系。在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，根据所述运动状态数据分析所述运动目标的相对位置；根据预设的对应关系确定与相对位置对应的摄像机拍摄参数。即当确定运动目标的位置之后，就可以知道需要哪个摄像机进行拍摄，如果摄像机当前的拍摄角度不合适，则需要找出对应的拍摄参数，并使该摄像机调整拍摄参数，以拍摄到该运动目标。例如，一个学生进入到第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域，此时，第二摄像机的拍摄角度可能是朝向跟踪区域边缘区A，如图2所示，则第一摄像机将该学生的位置数据通知给控制器，控制器根据预置的对应关系获取相应的拍摄参数，将该拍摄参数通知给第二摄像机，第二摄像机根据该拍摄参数调整拍摄角度、焦距等，于是从边缘区A转向跟踪重叠区域来跟踪该学生。

继续参考图3，详细说明根据本发明的又一实施例。

(1)在教室安装两台跟踪摄像机A和B，紧靠在一起，确保可以拍摄到跟踪目标的全部运动范围。比如：摄像机A和B并排安装，都可以拍摄到老师在讲台上的运动区域。开始跟踪时，跟踪摄像机A对着老师拍摄，老师在画面中间位置。

(2)老师运动时，跟踪摄像机A跟踪老师，对老师的运动方向和速度进行分析，预判老师离开预设位置(例如，跟踪重叠区域的某个位置)的时间间隔T和方向。同时把相关信息传到控制器，控制器立即驱动跟踪摄像机B调节参数(拍摄方向，焦距等)，使老师在经过时间间隔T之后处在跟踪摄像机B的中间位置。

(3)当经过时间间隔T之后，停止跟踪摄像机A的拍摄，自动启动跟踪摄像机B对老师进行拍摄，跟踪摄像机AB进行了跟踪接力。因为在拍摄过程中，摄像机并没有进行转动，画面平稳清晰，同时老师一直保持在画面中间。

(4)跟踪摄像机A和B轮流进行跟踪拍摄。

图4所示为根据本发明的又一较佳实施例提供的接力跟踪场景示意图。

如图4所示，在本实施例所示的场景中设置了三个摄像机(b1，b2，b3)，该三个摄像机的拍摄区域有重叠，形成跟踪重叠区域，跟踪重叠区域既有三个摄像机的重叠区域，也有两个摄像机的重叠区域。每个摄像机的拍摄区域可以是椭圆形区域、扇形区域，或者如图4所示的圆形区域，也可以是四边形等多边形区域。

假设运动目标c从摄像机b1的拍摄区域进入三个摄像机的跟踪重叠区域，如图4所示，因此，一开始由摄像机b1来跟踪该运动目标c，监测运动目标c的运动矢量数据。在确定运动目标进入多个摄像机的跟踪重叠区域时，根据运动矢量数据判断运动目标的运动趋势，接着基于运动趋势确定接力的摄像机，启用该接力的摄像机。

在具体实施时，计算运动目标c的当前运动矢量方向与运动目标c(起点)到各摄像机拍摄中心位置(终点)的参考方向之间的夹角a。夹角越小，说明运动目标c更趋向于相应的摄像机的拍摄区域，因此，在确定最小的夹角之后，就能够判定接力的摄像机了，在图4中，运动目标c的运动矢量方向与摄像机b2的参考方向之间的夹角最小，因此接下来接力的摄像机是b2。这样，当运动目标c进入三个摄像机的跟踪重叠区域之后，根据运动目标的运动矢量方向可以确定即将接力的摄像机，实现无缝跟踪拍摄。当运动目标从摄像机b3的拍摄区域进入跟踪重叠区域时，如果出现夹角相同的情况，则可以由摄像机b1或b2来进行接力跟踪。

本领域技术人员应理解，如果应用场景是广场等大型场地，则摄像机的个数不仅限于图4所示的3个，可以是4个或6个，无论是多少个摄像机，均可以采用本发明所提供的实施方式来进行接力跟踪。

图5所示为根据本发明的一较佳实施例提供的接力跟踪系统的框图。

如图5所示，本发明还提供了一种接力跟踪系统包括：

第一摄像机502和第二摄像机504，均连接至控制器，分别用于跟踪运动目标；

所述控制器506，接收来自所述第一摄像机跟踪采集的视频图像，根据所述视频图像监测所述运动目标的运动状态数据，以及根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域，并在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，通知所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

优选的，所述运动状态数据包括所述运动目标的位置数据，将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域和第二子区域；所述控制器506包括：

第一判断单元，用于根据所述位置数据判断所述运动目标是否跨过第一子区域和第二子区域的划分线；

第一通知单元，在确定所述运动目标跨过所述划分线进入所述第二子区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

优选的，将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域和第二子区域，所述运动目标的运动状态数据包括运动速度数据；所述控制器506包括：

第二判断单元，用于在所述运动目标进入所述第一子区域时，判断所述运动目标的当前运动速度是否大于第一速度阈值；

第二通知单元，用于在判定所述运动目标的当前运动速度大于所述第一速度阈值时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

优选的，所述运动目标的运动状态数据还包括运动矢量数据；所述控制器506包括：

第三判断单元，用于在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，根据所述运动目标的运动矢量数据判断所述运动目标是否停止于所述跟踪重叠区域；

在确定所述运动目标停止于所述跟踪重叠区域时，仍采用所述第一摄像机跟踪所述运动目标。

相较于先前技术，根据本发明提供的接力跟踪方法及系统，采用多个摄像机对运动目标进行锁定跟踪，根据运动目标的运动情况自动切换跟踪摄像机，无需手动控制或切换摄像机，并且也避免了单台摄像机自动跟踪所引起的画面不平稳的问题，因此采用本发明的技术方案所获取的视频数据画面平稳且无垃圾画面，能够保证运动目标在画面中间。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种接力跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过第一摄像机跟踪运动目标；

监测所述运动目标的运动状态数据；

根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域；

在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标，所述运动状态数据包括所述运动目标的位置数据，所述方法还包括：

将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域和第二子区域；

根据所述位置数据判断所述运动目标是否跨过第一子区域和第二子区域的划分线；

在确定所述运动目标跨过所述划分线进入所述第二子区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域和第二子区域，所述运动目标的运动状态数据包括运动速度数据；

所述方法还包括：

在所述运动目标进入所述第一子区域时，判断所述运动目标的当前运动速度是否大于第一速度阈值；

在判定所述运动目标的当前运动速度大于所述第一速度阈值时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述运动目标的运动状态数据还包括运动矢量数据；

在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，还根据所述运动目标的运动矢量数据判断所述运动目标是否停止于所述跟踪重叠区域；

在确定所述运动目标停止于所述跟踪重叠区域时，仍采用所述第一摄像机跟踪所述运动目标。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，还包括：

根据所述运动状态数据分析所述运动目标运动到所述跟踪重叠区域中的预定位置所需的时间间隔；

经过所述时间间隔之后，启用所述第二摄像机。

5.一种接力跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过多个摄像机中的一个摄像机跟踪运动目标；

监测所述运动目标的运动矢量数据；

在确定所述运动目标进入所述多个摄像机的跟踪重叠区域时，根据所述运动矢量数据判断所述运动目标的运动趋势；

基于所述运动趋势确定接力的摄像机，启用所述接力的摄像机。

6.根据权利要求5所述的接力跟踪方法，其特征在于，-

所述根据所述运动矢量数据判断所述运动目标的运动趋势，基于所述运动趋势确定接力的摄像机，包括：

确定所述运动目标的位置到各摄像机的拍摄区域的中心位置之间的参考方向；

计算所述运动目标的运动矢量方向与各参考方向之间的夹角；

在夹角最小时所对应的参考方向是所述运动目标的运动趋势；

所述对应的参考方向所对应的摄像机是所述接力的摄像机。

7.一种接力跟踪系统，其特征在于，包括：

第一摄像机和第二摄像机，均连接至控制器，分别用于跟踪运动目标；

所述控制器，接收来自所述第一摄像机跟踪采集的视频图像，根据所述视频图像监测所述运动目标的运动状态数据，以及根据所述运动状态数据判断所述运动目标是否进入所述第一摄像机和第二摄像机的跟踪重叠区域，并在确定所述运动目标进入所述跟踪重叠区域时，通知所述第二摄像机跟踪所述运动目标；

将所述跟踪重叠区域划分为第一子区域和第二子区域；

根据位置数据判断所述运动目标是否跨过第一子区域和第二子区域的划分线；

在确定所述运动目标跨过所述划分线进入所述第二子区域时，启用所述第二摄像机跟踪所述运动目标。

8.一种接力跟踪系统，其特征在于，包括：

多个摄像机，均连接至控制器，分别用于跟踪运动目标；

所述控制器，接收来自所述多个摄像机中的一个摄像机跟踪采集的视频图像，根据所述视频图像监测所述运动目标的运动矢量数据，以及在确定所述运动目标进入所述多个摄像机的跟踪重叠区域时，根据所述运动矢量数据判断所述运动目标的运动趋势，并基于所述运动趋势确定接力的摄像机，启用所述接力的摄像机。