CN107659790A - 一种球机自动跟踪目标的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球机自动跟踪目标的方法，在检测阶段，针对当前监控场景进行运动物体检测，检测到运动物体后确定一个目标作为跟踪对象，获取该目标的位置信息，然后将目标的位置信息发送给球机，球机快速转向目标，使目标处于监控画面的中心区域，该过程称为检测阶段；在检测阶段，球机不做变倍的动作；在跟踪阶段，针对当前监控场景进行运动物体检测，检测到运动物体后确定一个目标作为跟踪对象，获取该目标的位置信息，然后将目标的位置信息发送给球机，球机通过云台控制快速转向目标，使目标处于监控画面的中心区域，并根据目标运动区域的面积大小，在球机转动过程自动变倍，使目标更清晰地呈现在监控画面的中心区域。
Description
技术领域
本发明涉及智能监控领域，具体是一种球机自动跟踪目标的方法。
背景技术
智能监控是利用计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，在不需要人为操作的情况下，能够对监控场景中的运动目标进行定位、变焦缩放、跟踪、以及巡航监控、周界、拌线、行为分析等智能处理。目前市场上自动跟踪方法主要有：
方法一：基于枪球联动实现目标跟踪。在枪机的监控场景中通过图像处理和模式识别等算法将运动目标检测出来，并获取运动目标的位置信息，然后该位置信息经过坐标转换后控制球机转动，将目标锁定在球机监控画面的中心区域。该方法的缺点一是枪机监控场景固定，能够监控的范围有限，二是枪机和球机之间存在坐标转换，标定过程复杂，并且对安装精度要求较高，三是设备至少需要一个枪机和一个球机组成，导致成本增加。
方法二：为了弥补枪机监控场景有限的缺点，市场上还存在全景相机与球机联动实现自动跟踪的方法。该方法的缺点一是全景相机和球机之间的坐标转换复杂，安装精度要求较高，二是成本增加。
方法三：智能跟踪球，即基于球机实现自动跟踪。该方法只需要一个球机，降低了设备成本和安装复杂度。该方法的重点在于跟踪算法的实现和对球机的控制，现有实现方式主要有一下两种：
一种是先通过图像处理等技术检测到运动目标，提取目标的角点，再采用光流法对角点进行跟踪和更新，理论上这些角点应该主要分布在目标上面，那么可以采用质心法或者聚类算法推算出这些角点的中心位置，该位置可近似认为是目标的位置，最后触发球机转动，使目标处于监控画面中心，从而实现目标跟踪。这种方式的不足之处，一是对于对比度低的场景，背景干扰较大，真正落在目标上的角点很少，尤其是对于人体这种非刚性目标，光流法跟踪角点的结果有时候会偏差很大。二是容易受到树叶摆动、光照变化的影响。三是跟踪过程中不宜变换倍率，否则更容易跟踪失败、或者目标位置存在较大偏差。
另一种是通过图像处理技术检测到运动目标，并驱动球机转动、变倍放大目标，然后计算目标到球机的实际距离，以及目标移动速度，根据目标的速度和运动趋势决定球机的转动速度和方向。这种方式的主要依赖于目标的运动信息而非特征信息，因此抗干扰性较好，不足之处是由于要实时估计目标的运动速度，因此最好只在第一次检测到目标时做一次变焦动作，在之后的跟踪过程中不宜变换倍率，否则对目标的位置计算容易产生较大偏差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种球机自动跟踪目标的方法，能够在短时间内检测到目标，并驱动球机转动，使目标处于监控画面的中心区域，同时会根据目标运动区域面积的大小自动调整球机摄像头的倍率，既能及时的跟上目标运动，又能在跟踪过程中自动调整倍率，使目标清晰地呈现在监控画面的中心区域，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种球机自动跟踪目标的方法，在检测阶段，针对当前监控场景进行运动物体检测，检测到运动物体后确定一个目标作为跟踪对象，获取该目标的位置信息，然后将目标的位置信息发送给球机，球机快速转向目标，使目标处于监控画面的中心区域，该过程称为检测阶段。在检测阶段，球机不做变倍的动作，因为一些运动快的目标可能会因为倍率放大而脱离监控区域，导致目标丢失。在跟踪阶段，针对当前监控场景进行运动物体检测，检测到运动物体后确定一个目标作为跟踪对象，获取该目标的位置信息，然后将目标的位置信息发送给球机，球机通过云台控制快速转向目标，使目标处于监控画面的中心区域，并根据目标运动区域的面积大小，在球机转动过程自动变倍，使目标更清晰地呈现在监控画面的中心区域。
一种球机自动跟踪目标的方法，包括检测模块、跟踪模块和控制模块，各个模块的具体流程如下所述：
步骤11，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤12，确定目标，获取目标的位置信息；
步骤13，根据目标的位置信息，驱动球机转向目标，使目标处于监控画面的中心区域；
步骤14，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤15，获取目标的位置信息、目标运动区域的面积、球机的当前倍率；
步骤16，根据目标位置信息驱动球机转动，使目标处于监控画面的中心区域。根据目标的运动区域面积和球机的当前倍率，确定球机新的倍率。
重复步骤14-16，实现目标跟踪以及跟踪过程中自动调整倍率。
作为本发明进一步的方案：所述步骤1113称为检测模块，步骤1416称为跟踪模块，其中对球机转动和变倍的操作属于控制模块。
作为本发明进一步的方案：所述球机自动调整倍率的方法利用公式1的机制，公式1：
其中，zoom为球机新的倍率，zoom0为球机的当前倍率，a1、a2、a3、b1、b2、b3为常量，k为变倍幅度，Area为目标的运动区域面积。
作为本发明进一步的方案：所述目标运动区域面积Area的计算方法：做二值化、形态学等处理，然后进行连通域检测，并得到连通域的外接矩形，将该矩形的面积作为目标运动区域的面积Area。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述一种球机自动跟踪目标的方法，能够在动态场景下跟踪运动目标，克服了现有自动跟踪方法监控场景固定、标定和安装复杂、成本高的缺点，所采用的技术方案能够及时更新目标位置，驱动球机快速转动和自动变倍，实现对目标的跟踪，以及跟踪过程中自动调整倍率，使目标以合适的倍率呈现在监控画面的中心区域；另外，本发明能够比较有效地滤除树叶摆动、部分光影的干扰，对于低照、大噪声的场景也同样适用。
附图说明
图1为本发明实施例中，球机自动跟踪的结构组成示意图。
图2为本发明实施例中，提出的一种球机自动跟踪目标的方法流程图。
图3为本发明实施例中，提出自动调整球机倍率的方法流程图。
图4为本发明实施例中，目标运动区域面积计算方法的示意图。
图5为本发明实施例中，某些场景中树叶摆动形成的干扰示意图。
图6为本发明实施例中，大噪声场景的运动目标跟踪效果截图。
图7为本发明实施例中，低照、光影干扰场景运动目标跟踪效果截图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提出一种球机自动跟踪目标的方法，针对当前监控画面进行检测，确定运动目标的位置，驱动球机转向目标，使目标处于监控画面的中心区域；然后再针对当前监控画面进行检测，确定运动目标的位置、运动区域的面积、获取球机的当前倍率，根据运动目标的位置驱动球机转向目标，使目标处于监控画面的中心区域，根据目标运动区域的面积和球机的当前倍率确定球机新的倍率。这样不断的更新目标的位置，实现目标跟踪。
如图1所示，本发明主要包括检测模块、跟踪模块、控制模块，三个模块相互协调实现对运动目标的自动跟踪。
如图2所示，步骤11-13称为检测模块，步骤14-16称为跟踪模块，其中对球机转动和变倍的操作属于控制模块。各个模块的具体流程如下所述：
步骤11，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤12，确定目标，获取目标的位置信息；
步骤13，根据目标的位置信息，驱动球机转向目标，使目标处于监控画面的中心区域；
步骤14，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤15，获取目标的位置信息、目标运动区域的面积、球机的当前倍率；
步骤16，根据目标位置信息驱动球机转动，使目标处于监控画面的中心区域。根据目标的运动区域面积和球机的当前倍率，确定球机新的倍率。
重复步骤14-16，实现目标跟踪以及跟踪过程中自动调整倍率。
关于球机自动调整倍率的方法，如图3所示，根据目标运动区域的面积和球机的当前倍率，采用公式1的机制，确定应当如何调整球机新的倍率，放大、缩小、或者保持不变。
公式1：
其中，zoom为球机新的倍率，zoom0为球机的当前倍率，a1、a2、a3、b1、b2、b3为常量，k为变倍幅度，Area为目标的运动区域面积。
由公式1可知，球机的变倍分为放大、缩小、保持不变三种类型，根据目标运动区域的面积，判断处在哪个区间内，然后在当前倍率的基础上进行放大、缩小或保持不变。
这样设计的益处，一是每个区间的阈值和当前倍率关联，不同倍率下具有更好的自适应性；二是新的倍率是在当前倍率基础上调整的，这样倍率不会发生大幅度变化，视觉感受比较舒适；三是根据目标运动区域的面积来控制倍率，面积大的时候，就自动缩小倍率，便于观察到目标的整体运动，面积小的时候就自动放大倍率，使局部动作更清晰。
关于目标运动区域面积Area的计算方法，图4给出了示意图。图4(a)为监控画面；图4(b)为检测到的运动目标，做了二值化、形态学等处理，然后进行连通域检测，并得到连通域的外接矩形，将该矩形的面积作为目标运动区域的面积Area。
如图5所示，有些场景中会存在摆动的树叶，如果不对这些干扰做处理的话，这种树叶摆动也会被检测为运动目标，导致无意义的目标跟踪。本发明提出的一种球机自动跟踪目标的方法，能够滤除微小运动幅度的物体，在一定程度上排除了例如树叶轻微摆动等干扰。具体方法是通过调节公式1中的参数a1、b1，当目标运动区域的面积
Area≤a1*zoom0+b1，该目标就直接被滤除。
如图6所示的监控场景，噪声大，对比度低。从实测效果来看，图中矩形框所示的目标能够被准确跟踪，说明本发明所采用的方案在这种比较恶劣的环境下依然能够保持较好的跟踪效果。
如图7所示的监控场景是夜晚低照环境，该场景不仅对比度低，而且会存在很多不确定光源，这些光源会使运动目标产生很多不确定的影子，对运动物体检测形成干扰。从实测效果来看，图中矩形框所示的目标能够被准确跟踪，图中椭圆形所示区域为目标在不同光源下形成的影子，本发明所采用的方案能够在一定程度上滤除此类光影干扰，使跟踪效果更可靠。
本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
在本说明书的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
Claims (4)
1.一种球机自动跟踪目标的方法，包括检测模块、跟踪模块和控制模块，其特征在于，各个模块的具体流程如下所述：
步骤11，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤12，确定目标，获取目标的位置信息；
步骤13，根据目标的位置信息，驱动球机转向目标，使目标处于监控画面的中心区域；
步骤14，在当前监控画面中进行检测，然后判断是否检测到运动物体；
步骤15，获取目标的位置信息、目标运动区域的面积、球机的当前倍率；
步骤16，根据目标位置信息驱动球机转动，使目标处于监控画面的中心区域。根据目标的运动区域面积和球机的当前倍率，确定球机新的倍率。
重复步骤14-16，实现目标跟踪以及跟踪过程中自动调整倍率。
2.根据权利要求1所述的一种球机自动跟踪目标的方法，其特征在于，所述步骤11-13称为检测模块，步骤14-16称为跟踪模块，其中对球机转动和变倍的操作属于控制模块。
3.根据权利要求1所述的一种球机自动跟踪目标的方法，其特征在于，所述球机自动调整倍率的方法利用公式1的机制，公式1：
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其中，zoom为球机新的倍率，zoom0为球机的当前倍率，a1、a2、a3、b1、b2、b3为常量，k为变倍幅度，Area为目标的运动区域面积。
4.根据权利要求3所述的一种球机自动跟踪目标的方法，其特征在于，所述目标运动区域面积Area的计算方法：做二值化、形态学等处理，然后进行连通域检测，并得到连通域的外接矩形，将该矩形的面积作为目标运动区域的面积Area。
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