CN106331471A - 一种自动跟踪摄像方法、装置、移动终端和旋转支架 - Google Patents
一种自动跟踪摄像方法、装置、移动终端和旋转支架 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开一种自动跟踪摄像方法、装置、移动终端和旋转支架。所述方法包括：在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。本发明在摄像过程中，实时的计算目标对象的角度变化数据，根据该角度变化数据，调整摄像头的角度和/或位置，使目标对象始终呈现在图像的预设区域内。通过本发明可以自动跟踪目标对象，并完成针对目标对象的摄像，无需用户人工调整摄像头，方便用户使用，用户体验效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种自动跟踪摄像方法、装置、移动终端和旋转支架。
背景技术
在日常工作和生活中，人们喜欢用摄影设备来捕捉画面。然而，目前的摄像方法对于用户来说，整个拍摄过程都需要用户反复调整摄影设备，非常不便，拍摄时间久了会使用户感到疲惫，而且拍摄效果也不佳。
例如：在拍照时，需要用户先将摄影设备放置在支架上或者用户直接手持摄影设备，然后反复地调整支架的位置、或者调整站位、手持角度和手持高度，使所要拍摄的事物处于摄影设备的画面中，最后按下快门，完成照片的拍摄。在此过程中，如果用户自拍，则需要靠用户经常移动摄影设备来使自己时刻出现在镜头里面。如果用户拍摄移动的物体，则需要用户时刻将摄影设备对准移动的物体，这样，容易发生抖动导致摄像效果不好。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种自动跟踪摄像方法、装置、移动终端和旋转支架，以解决现有的摄像过程需要用户反复调整摄影设备的问题。
针对上述技术问题，本发明是通过以下技术方案来解决的。
本发明提供了一种自动跟踪摄像方法，包括：在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
其中，在计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据之前，所述方法还包括：根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。
其中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据，包括：利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；基于所述摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
本发明还提供了一种自动跟踪摄像装置，包括：计算模块，用于在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；调整模块，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
其中，所述装置还包括：选择模块；所述选择模块，用于在计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据之前，根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。
其中，所述计算模块具体用于：利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；基于摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
本发明又提供了一种移动终端，包括：所述移动终端包括：可旋转式摄像头、以及上述自动跟踪摄像装置；所述移动终端在摄像过程中，基于所述自动跟踪摄像装置，调整所述可旋转式摄像头的角度和/或位置，使目标对象呈现在图像的预设区域内。
本发明再提供一种移动终端，包括：固定式摄像头，用于在摄像过程中，拍摄图像；目标选择装置，用于在拍摄的图像中选择目标对象；目标跟踪装置，用于计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；信息发送装置，用于将所述目标对象的角度变化数据传递给旋转支架。
本发明还提供了一种旋转支架，包括：信息接收装置，用于接收移动终端发送的目标对象的角度变化数据；自动旋转装置，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整所述旋转支架，以改变所述移动终端中固定式摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
其中，所述自动旋转装置包括：云台、“Y”型支架、底座、旋转控制器、以及第一转轴、第二转轴和第三转轴；其中，所述第一转轴连接所述云台的第一侧面和所述“Y”型支架的第一端；所述第二转轴连接所述云台的第二侧面和所述“Y”型支架的第二端；其中，所述第一侧面与第二侧面是相对的两个侧面；所述第三转轴连接所述底座和所述“Y”型支架的第三端；在所述云台上或者在所述底座中，安装所述旋转控制器；在所述云台上固定所述移动终端；所述旋转控制器根据所述目标对象的角度变化数据，控制第一转轴和第二转轴旋转，使所述云台围绕水平轴转动，和/或控制所述第三转轴旋转，使所述云台围绕垂直轴转动。
本发明有益效果如下：
本发明在摄像过程中，实时的计算目标对象的角度变化数据，根据该角度变化数据，调整摄像头的角度和/或位置，使目标对象始终呈现在图像的预设区域内。通过本发明可以自动跟踪目标对象，并完成针对目标对象的摄像，无需用户人工调整摄像头，方便用户使用，用户体验效果较好。
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是根据本发明一实施例的自动跟踪摄像方法的流程图；
图2是根据本发明一实施例的计算角度变化数据的步骤流程图；
图3A是根据本发明一实施例的目标对象的成像示意图；
图3B是根据本发明一实施例的计算角度变化数据的示意图；
图4是根据本发明一实施例的自动跟踪摄像装置的结构图；
图5是根据本发明一实施例的移动终端的结构图；
图6是根据本发明一实施例的旋转支架的结构图；
图7是根据本发明一实施例的自动旋转装置的结构图。
具体实施方式
本发明的主要思想在于，本发明在摄像过程中，实时的计算目标对象的角度变化数据，根据该角度变化数据，调整摄像头的角度和/或位置，使目标对象始终呈现在图像的预设区域内。通过本发明可以自动跟踪目标对象，并完成针对目标对象的摄像，无需用户人工调整摄像头，方便用户使用，用户体验效果较好。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步地详细说明。
根据本发明的实施例，提供了一种自动跟踪摄像方法。如图1所示，为根据本发明一实施例的自动跟踪摄像方法的流程图。
步骤S110，在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据。
目标对象可以用户希望拍摄的人或物。
角度变化数据包括：水平方向的角度变化量和垂直方向的角度变化量。
具体的，在摄像开始后，先在拍摄的图像中选择目标对象；然后在后续的摄像过程中，获取当前时刻拍摄的图像和该图像的前一帧图像，根据获取到的相邻两帧图像，计算目标对象的角度变化数据。计算目标对象的角度变化数据的步骤具体参考图2所示的流程。
步骤S120，根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
预设区域可以是以图像中心为中心的一个区域。当然，该预设区域可以是整张图像的范围。
根据水平方向的角度变化量调整摄像头的水平位置和/或横滚角度；根据垂直方向的角度变化量调整摄像头的垂直位置和/或俯仰角度。其中，横滚角度是指沿纵轴旋转的偏转角度。俯仰角是指沿横轴旋转的偏转角度。
摄像头的角度和/或位置被调整后，摄像头的视场将发生改变，因为调整的角度和/或位置经过精确的计算，进而可以将目标对象调整到图像的预设区域内。例如：使拍摄的人物始终出现在图像的中间。
针对步骤S110中，对目标对象的选择具体而言，
可以根据用户的选择操作；或者，根据人体感应器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。其中，人体感应器又称人体感应模块。
例如：在摄影设备的触摸显示屏中显示拍摄的图像，用户在图像中选择希望拍摄的目标对象。
又如：通过摄影设备中的人体感应器，感应摄影设备前方的人体位置，根据人体位置，计算出人体和摄像头之间的角度、以及人体在图像中的大小，根据人体和摄像头之间的角度、以及人体在图像中的大小，调整摄像头的角度和焦距，使人物以合适的大小呈现在图像中。例如：使拍摄的人物的面积小于等于图像面积的一半。
摄影设备可以是摄影机、相机、具备摄像功能的移动终端等。
在目标对象确定后，提取目标对象的特征，并存储目标对象的特征。目标对象的特征包括：目标对象的形状、颜色分布等信息。
由于仅在一帧图像中选择目标对象，后续图像中是否包含目标对象，可以根据目标对象的特征来确定。进一步地，在图像中判断是否存在与目标对象的特征相匹配的对象，若存在，则判定该对象为目标对象，若否，则判定该对象不是目标对象。与目标对象的特征相匹配的对象是指，该对象的特征和目标对象的特征相同或近似相同。如：该对象的特征和目标对象的特征80％以上相同，则认为两者近似相同。
针对步骤S110中，计算目标对象的角度变化数据具体而言，如图2所示，图2是根据本发明一实施例的计算角度变化数据的步骤流程图。
步骤S210，利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像。
相邻帧差法是将前后两个时刻拍摄的两帧图像(相邻的两帧图像)中的对应像素值相差(相减)。相邻的两帧预览图像相差之后，得到新的图像，即差分图像。该差分图像去除了相邻两帧图像中相同的部分，保留了不同的部分。根据该差分图像可以确定图像中的动态区域，该动态区域是由于目标对象的移动造成的。
例如：在拍摄人物时，在相邻两帧图像中，如果对应的像素值的差小于阈值，表示像素值变化较小，则判定这部分区域为图像中相同的部分，如人物的背景；如果对应的像素值的差大于等于阈值，表示像素值变化较大，则判定这部分区域为图像不同的部分，如人物运动产生。
具体的，在不断拍摄的图像中，获取当前时刻拍摄的图像A和图像A的前一帧图像B；将图像A和图像B相差，得到差分图像。
步骤S220，根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量。
判断差分图像中是否包含与目标对象的特征相匹配的对象，依此来判断差分图像中是否包含目标对象。若包含，则计算后一帧图像中的目标图像相对于前一帧图像中的目标图像的水平位移量和垂直位移量。
一般而言，在不断调整摄像头的过程中，目标对象始终出现在图像中，仅在成像位置上会稍有不同，这样，在差分图像中应当同时包括相邻两帧图像中的目标对象，例如：差分图像中保留了图像A中的目标对象和图像B中的目标对象。
进一步地，在差分图像中，以前一帧图像中的目标对象为基准建立矢量图；确定后一帧图像中的目标对象相对于前一帧图像中的目标对象的水平位移量以及垂直位移量。
步骤S230，基于摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
角度变化数据包括：水平方向的角度变化量和垂直方向的角度变化量。
水平方向的角度变化量a＝arctan(垂直位移量/像距)；
垂直方向的角度变化量b＝arctan(水平位移量/像距)。
像距与摄像头的焦距、以及摄像头和目标对象之间的物距有关。
例如：如图3A所示，为根据本发明一实施例的目标对象的成像示意图。在图3A中，物距为L，像距为L’，摄像头的焦距为FEFL。像距L’、物距L、焦距FEFL的关系为：1/FEFL＝1/L’+1/L。像距L’＝FEFL*L/(L-FEFL)。
具体的，基于摄像头拍摄相邻两帧图像时，摄像头的焦距、摄像头和目标对象之间的物距、目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算目标对象在拍摄相邻两帧图像过程中的角度变化数据。由于拍摄两帧图像的时间差极短，因此，在这两个时刻，摄像头的焦距、摄像头距离目标对象的物距相同或近似相同，如果近似相同，则可以取拍摄后一帧图像时摄像头的焦距、摄像头距离目标对象的物距。
例如：如图3B所示，为根据本发明一实施例的计算角度变化数据的示意图。获取前后两时刻T＝t0、T＝t1的两帧图像，即相邻的两帧图像，将这两帧图像相差后，得这两帧图像的差分图像；在差分图像中查找与目标对象的特征相匹配的对象，即查找目标对象；在图3B中可以看到差分图像包括两个目标对象，一个是t0时刻目标对象在其物体位置的成像，另一个是t1时刻目标对象在其物体位置的成像；假设在t0～t1的时间段内，目标对象的水平位移量为0，垂直位移量为y，摄像头的焦距为FEFL，物距为L，像距为L’，则可以计算得到：
水平方向的角度变化量a＝arctan(垂直位移量/像距)＝y*FEFL*L/(L-FEFL)；
垂直方向的角度变化量b＝arctan(水平位移量/像距)＝0。
本发明实施例还提供了一种自动跟踪摄像装置。如图4所示，为根据本发明一实施例的自动跟踪摄像装置的结构图。
该装置包括：
计算模块410，用于在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据。
调整模块420，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
所述装置还包括：选择模块430；选择模块430，用于计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据之前，根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。
所述计算模块410具体用于：利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；基于摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
本实施例所述的装置的功能已经在图1-图3所示的方法实施例中进行了描述，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
本发明实施例还提供了一种移动终端，该移动终端包括可旋转式摄像头、以及上述自动跟踪摄像装置。
该可旋转式摄像头可以在移动终端中上下移动和/或旋转、左右移动和/或旋转。
该移动终端在摄像过程中，基于所述自动跟踪摄像装置，根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；并根据所述目标对象的角度变化数据调整所述可旋转式摄像头的角度和/或位置，使目标对象呈现在图像的预设区域内。
角度变化数据包括：水平方向的角度变化量和垂直方向的角度变化量。
在调整可旋转式摄像头的位置时，可以根据水平方向的角度变化量，调整可旋转式摄像头的横滚角；可以根据垂直方向的角度变化量，调整可旋转式摄像头的俯仰角。
本发明实施例又提供了一种移动终端，该移动终端与上一实施例中的移动终端不同的是，该移动终端包括固定式摄像头，即摄像头在移动终端上不可旋转，需要借助旋转支架来完成对固定式摄像头的调整。
如图5所示，为根据本发明一实施例的移动终端的结构图。该结构图中示出了该包含固定式摄像头的移动终端的结构，包括：
固定式摄像头510，用于在摄像过程中，拍摄图像。
目标选择装置520，用于在拍摄的图像中选择目标对象。进一步地，根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。目标选择装置520还用于存储目标对象的特征，以便目标跟踪装置530使用目标对象的特征来判断图像中是否包含目标对象。
目标跟踪装置530，用于计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据。具体的，可以利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；基于摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
信息发送装置540，用于将目标对象的角度变化数据传递给旋转支架。
目标选择装置520相当于选择模块430；目标跟踪装置530相当于计算模块410。本实施例所述的装置的功能已经在图1-图3所示的方法实施例中进行了描述，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
为了配合上述包含固定式摄像头的移动终端实现自动跟踪摄像，本发明实施例提供了一种旋转支架。如图6所示，为根据本发明一实施例的旋转支架的结构图。
该旋转支架包括：
信息接收装置610，用于接收移动终端发送的目标对象的角度变化数据；
自动旋转装置620，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整所述旋转支架，以改变所述移动终端中固定式摄像头的位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。自动旋转装置620相当于调整模块420。
本实施例所述的装置的功能已经在图1-图3所示的方法实施例中进行了描述，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。
如图7所示，为根据本发明一实施例的自动旋转装置的结构图。
自动旋转装置620包括：云台621、“Y”型支架622、底座623、旋转控制器(未示出)、以及第一转轴624、第二转轴625和第三转轴626。
“Y”型支架622包括三个端点，分别是第一端、第二端和第三端。
第一转轴624连接云台621的第一侧面和“Y”型支架622的第一端。
第二转轴625连接云台621的第二侧面和“Y”型支架622的第二端。其中，所述第一侧面与第二侧面是相对的两个侧面。
第三转轴626连接底座623和“Y”型支架622的第三端。
在云台621上或者在底座623中，安装旋转控制器和信息接收装置610。
旋转控制器用于控制第一转轴624、第二转轴625和第三转轴626按照指示的角度旋转。
在云台621上固定包含固定摄像头的移动终端。旋转控制器根据目标对象的角度变化数据，控制第一转轴624和第二转轴625旋转，使云台621围绕水平轴转动，和/或控制第三转轴626旋转，使云台621围绕垂直轴转动。
云台621围绕水平轴转动，可以调节移动终端的摄像头的俯仰角度。
云台621围绕垂直轴转动，可以调节移动终端的摄像头的横滚角度。
在一个实施例中，可以通过第一可伸缩横杆连接第一转轴624和“Y”型支架622的第一端；可以通过第二可伸缩横杆连接第二转轴625和“Y”型支架622的第二端。如图7所示第一转轴624和“Y”型支架622的第一端之间的横杆，第二转轴625和“Y”型支架622的第二端之间的横杆。旋转控制器可以通过控制第一可伸缩横杆和第二可伸缩横杆的长度，来移动云台621的在水平轴上的位置。如使云台621向左或向右移动。这样可以调整固定在云台621上的移动终端的摄像头的位置。
在另一个实施例中，可以通过第三可伸缩横杆连接第三转轴626和底座623，如图7所示。旋转控制器可以通过控制第三可伸缩横杆的长度，来调节云台621的高度，进而可以调整固定在云台621上的移动终端的摄像头的位置。
以上所述仅为本发明的实施例而已，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权利要求范围之内。
Claims (10)
1.一种自动跟踪摄像方法，其特征在于，包括：
在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；
根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据之前，所述方法还包括：
根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据，包括：
利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；
根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；
基于所述摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
4.一种自动跟踪摄像装置，其特征在于，包括：
计算模块，用于在摄像过程中，计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；
调整模块，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整摄像头位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，
所述装置还包括：选择模块；
所述选择模块，用于在计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据之前，根据用户的选择操作、或者人体传感器的感应信息，在拍摄的图像中选择目标对象。
6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述计算模块具体用于：
利用相邻帧差法，获得相邻两帧图像的差分图像；
根据所述差分图像，计算所述目标对象的水平位移量和垂直位移量；
基于摄像头的焦距、所述摄像头和所述目标对象之间的物距、所述目标对象的水平位移量和垂直位移量，计算所述目标对象在拍摄所述相邻两帧图像过程中的角度变化数据。
7.一种移动终端，其特征在于，包括：
所述移动终端包括：可旋转式摄像头、以及权利要求4、5或6所述的自动跟踪摄像装置；
所述移动终端在摄像过程中，基于所述自动跟踪摄像装置，调整所述可旋转式摄像头的角度和/或位置，使目标对象呈现在图像的预设区域内。
8.一种移动终端，其特征在于，包括：
固定式摄像头，用于在摄像过程中，拍摄图像；
目标选择装置，用于在拍摄的图像中选择目标对象；
目标跟踪装置，用于计算目标对象在相邻两帧图像中的角度变化数据；
信息发送装置，用于将所述目标对象的角度变化数据传递给旋转支架。
9.一种旋转支架，其特征在于，包括：
信息接收装置，用于接收移动终端发送的目标对象的角度变化数据；
自动旋转装置，用于根据所述目标对象的角度变化数据调整所述旋转支架，以改变所述移动终端中固定式摄像头的角度和/或位置，使所述目标对象呈现在图像的预设区域内。
10.根据权利要求7所述的旋转支架，其特征在于，所述自动旋转装置包括：云台、“Y”型支架、底座、旋转控制器、以及第一转轴、第二转轴和第三转轴；其中，
所述第一转轴连接所述云台的第一侧面和所述“Y”型支架的第一端；
所述第二转轴连接所述云台的第二侧面和所述“Y”型支架的第二端；其中，所述第一侧面与第二侧面是相对的两个侧面；
所述第三转轴连接所述底座和所述“Y”型支架的第三端；
在所述云台上或者在所述底座中，安装所述旋转控制器；
在所述云台上固定所述移动终端；所述旋转控制器根据所述目标对象的角度变化数据，控制第一转轴和第二转轴旋转，使所述云台围绕水平轴转动，和/或控制所述第三转轴旋转，使所述云台围绕垂直轴转动。
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