CN108259703B - 一种云台的跟拍控制方法、装置及云台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种云台的跟拍控制方法、装置及云台。一种云台的跟拍控制方法，云台用于安装摄像装置，该方法包括：接收摄像装置获取到的视频图像，确定视频图像上的跟拍目标；根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息；获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息；获取云台的第二运动信息，根据预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。通过上述方式，本发明在跟拍过程中，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

Description

一种云台的跟拍控制方法、装置及云台

技术领域

本发明涉及云台技术领域，具体涉及一种云台的跟拍控制方法、装置及云台。

背景技术

云台是一种安装和固定摄像装置的承载设备，通过对云台的调整，可以调整其镜头朝向，从而准确的实现对跟拍目标的观察和摄像。

大型云台主要运用于现代影视工业中，为了实现拍摄画面的平稳，这种大型云台往往尺寸较大并且重量较重，无法适应多种环境对拍摄的需要。目前市场上已经出现了适合日常使用的手持云台，通过把相机或手机安装在手持云台上，手持该云台对准跟拍目标进行拍摄，以获取稳定流畅的影像画质。

采用云台跟拍的方式可以对移动的物体进行跟随拍摄，但通常是按照固定的方向和固定的速度旋转拍摄，缺乏灵活性，无法根据实际情况灵活的调节镜头的转速，或者，调节摄像装置的方式往往滞后于跟拍目标物体的运动，导致拍摄的画面连贯性较差。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种云台的跟拍控制方法、装置及云台，在跟拍过程中，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：第一方面，提供一种云台的跟拍控制方法，云台用于安装摄像装置，该方法包括：

接收摄像装置获取到的视频图像，确定视频图像上的跟拍目标；

根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息；

获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息；

获取云台的第二运动信息，根据预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。

可选地，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息获取跟拍目标的第一运动信息，包括：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的中心点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中中心点的位置坐标，获取跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y；

获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，包括：

获取跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)、水平运动信息和竖直运动信息计算Δt时间后中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

可选地，云台包括平移轴电机以及俯仰轴电机，平移轴电机与俯仰轴电机转动连接，

云台的第二运动信息包括云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，平移运动信息包括平移角速度ω₁，俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂；

根据跟拍目标的预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，包括：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及平移运动信息计算平移轴的平移加速度：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及俯仰运动信息计算俯仰轴的俯仰加速度：

根据平移加速度α₁驱动移轴电机，以及根据俯仰加速度α₂驱动俯仰轴电机，以对摄像装置的姿态进行调整。

可选地，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息获取跟拍目标的第一运动信息，包括：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的边缘点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中边缘点的位置坐标，获取跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z；

获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，包括：

获取跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)；

根据边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和前后运动信息计算ΔT时间后边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

可选地，该方法还包括：

根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整。

第二方面，本发明还提供一种云台的跟拍控制装置，云台用于安装摄像装置，该装置包括：

跟拍目标确定模块，用于接收摄像装置获取到的视频图像，确定视频图像上的跟拍目标；

第一运动信息获取模块，用于根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息；

预测位置信息计算模块，用于获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息；

姿态调整模块，用于获取云台的第二运动信息，根据预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。

可选地，第一运动信息获取模块，具体用于：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的中心点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中中心点的位置坐标，获取跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y；

预测位置信息计算模块，具体用于：

获取跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)、水平运动信息和竖直运动信息计算Δt时间后中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

可选地，云台包括平移轴电机以及俯仰轴电机，平移轴电机与俯仰轴电机转动连接，

云台的第二运动信息包括云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，平移运动信息包括平移角速度ω₁，俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂；

姿态调整模块，具体用于：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及平移运动信息计算平移轴的平移加速度：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及俯仰运动信息计算俯仰轴的俯仰加速度：

根据平移加速度α₁驱动移轴电机，以及根据俯仰加速度α₂驱动俯仰轴电机，以对摄像装置的姿态进行调整。

可选地，第一运动信息获取模块，具体用于：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的边缘点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中边缘点的位置坐标，获取跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z；

预测位置信息计算模块，具体用于：

获取跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)；

根据边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和前后运动信息计算ΔT时间后边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

可选地，该装置还包括：

焦距调整模块，用于根据跟拍目标的边缘点的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整。

第三方面，本发明还提供一种云台，云台包括：

至少一个处理器；以及

与至少一个处理器连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令程序，指令程序被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够执行如上的方法。

第四方面，本发明还提供一种非易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当计算机可执行指令被手云台执行时，使云台执行如上的方法。

第五方面，本发明还提供一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被云台执行时，使云台执行如上所述的方法。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明在确定视频图像上的跟拍目标后，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所涉及的一种实施环境的结构示意图；

图2是本发明实施例的云台的跟拍控制方法的流程示意图；

图3是本发明另一实施例的云台的跟拍控制方法的流程示意图；

图4是本发明实施例的云台的跟拍控制装置的结构示意图；

图5是本发明实施例的手持云台的功能结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施方式，对本发明进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本说明书中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是用于限制本发明。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明实施例提供的云台的跟拍控制方法、装置可应用于各种云台，如手持云台、监控云台、大型摄像云台等。

请参考图1，图1示出了本发明其中一实施例所涉及的一种手持云台的结构示意图，该手持云台包括夹持装置1和用于带动夹持装置1转动的云台组件2，其中，夹持装置1用于装夹摄像装置3，摄像装置3可以是手机、平板电脑或者相机等。

云台组件2包括平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30，平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30在空间呈正交分布，通过平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30带动夹持装置1在空间内进行三轴运动，实现控制摄像装置3多维度旋转。

平移轴电机10包括平移轴固定部11和平移轴转动部12，横滚轴电机20包括横滚轴固定部21和横滚轴转动部22，俯仰轴电机30包括俯仰轴固定部31和俯仰轴转动部32。

可选地，平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30中至少一个采用无刷直流电机实现。无刷直流电机具有以下优点：(1)性能可靠，减少磨损和/或故障率，并且由于具有代替机械换向器的电子换相，使用寿命比有刷电机更长(约六倍)；(2)低空载电流，因为无刷直流电机是静态的电机；(3)效率高；(4)体积小。

云台组件2还包括竖向连接臂40和横向连接臂50，竖向连接臂40呈竖向布置，且竖向连接臂40的两端分别与平移轴转动部12和横滚轴固定部21固定连接；横向连接臂50呈横向布置，且横向连接臂50的两端分别与横滚轴转动部22和俯仰轴固定部31固定连接。

具体地，平移轴转动部12转动带动竖向连接臂40转动，与竖向连接臂40连接的横滚轴固定部21转动；横滚轴转动部22转动带动横向连接臂50转动，与横向连接臂50连接的俯仰轴固定部31转动，如此，摄像装置3在夹持装置1的装夹以及在平移轴转动部12、横滚轴转动部22和俯仰轴转动部32共三转轴的转动带动下，在空间内实现三轴转动，从而实现了控制摄像装置3多维度旋转。

平移轴固定部11底部连接有手柄4，手柄4的设置便于供人握持，同时也可以在手柄4内部设置控制板，通过控制板电性连接到摄像装置3，并同时在手柄4外部设置控制按钮，如此，可以通过按动控制按钮以控制摄像装置3的开、关以及各功能的启动和关闭。

该手持云台的内部设置有侦测组件和处理器，侦测组件用于侦测或获取手持云台的状态信息，例如，手柄4、平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30的状态信息；处理器用于根据上述状态信息计算手持云台的姿态信息，并根据上述姿态信息输出一个或多个电机信号。

侦测组件可包括惯性测量单元、指南针、速度传感器或其他类型的测量元件或传感器，状态信息可包括手持云台的角度、线性速度、加速度和位置信息等类似信息，例如，手柄4、平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30的角度、线性速度、加速度和位置信息等；状态信息还包括平移轴、横滚轴、俯仰轴的状态信息，例如，平移轴、横滚轴、俯仰轴的角度、线性速度和加速度等。

处理器用于根据上述状态信息计算手持云台的姿态信息，姿态信息可包括平移轴、横滚轴、俯仰轴的方向或倾角、速度和/或加速度等，还有手柄4、平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30相对于其旋转中心轴的方向或倾角、速度和/或加速度等。在某些情况下，上述姿态信息可基于角速度信息计算。在一些情况下，上述姿态信息可基于角速度信息和线性加速度信息两者计算，例如，线性加速度信息可用来修改和/或纠正角速度信息。

处理器基于上述姿态信息输出一个或多个电机信号，电机信号用于驱动平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30的正转、反转和调节转速。平移轴电机10、横滚轴电机20和俯仰轴电机30可根据一个或多个电机信号相应转动，使得夹持装置1可绕平移中心轴、横滚中心轴、俯仰中心轴中的至少一个转动，使得摄像装置3转向预定的方向、位置，或者保持预定的位置或姿态。

请参阅图2，图2为本发明实施例的云台的跟拍控制方法的流程示意图，云台用于安装摄像装置，该方法包括：

步骤110：接收摄像装置获取的视频图像，确定视频图像上的跟拍目标。

在一实施例中，接收到摄像装置获取的视频图像后，自动确定视频图像上的跟拍目标。具体地，当云台进入到跟拍模式后，基于摄像装置获取的视频图像，根据侦差法可确定视频图像上的运动物体，以该运动物体为跟拍目标。

在另一实施例中，接收到摄像装置获取的视频图像后，通过人工选择确定视频图像上的跟拍目标。如，在显示的视频图像上浮现一个跟拍目标选择框，用户可通过拖动跟拍目标选择框以及调整跟拍目标选择框的大小，使跟拍目标处于跟拍目标选择框内，点击“OK”后，确定视频图像上的跟拍目标；又如，手指在显示视频图像的屏幕上从跟拍目标的左上角划至右下角，屏幕出现一个矩形框，当矩形框框住跟拍目标后，手指离开屏幕，确定视频图像上的跟拍目标。

步骤120：根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息。

以包含跟拍目标的图像区域为目标模板，通过目标跟踪算法，如卡尔曼滤波、粒子滤波、Mean Shift等算法处理与分析从成像传感器获得的图像序列，建立X-Y坐标系，可计算出视频图像每一帧中跟拍目标的二维坐标位置。

可选地，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，包括：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的中心点的位置坐标。在一实施例中，根据跟拍目标的二维坐标位置，结合预设模型算法，可得到跟拍目标的中心点的位置坐标。

根据视频图像两相邻帧中中心点的位置坐标，获取跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y。

需要说明的是，第一运动信息并不是跟拍物体的实际运动信息，而是跟拍物体相对摄像装置的镜头的运动信息。

步骤130：获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息。

具体地，获取跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)、水平运动信息和竖直运动信息计算Δt时间后中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

其中，Δt为预设值，在一优选的实施例中，Δt等于视频图像两相邻帧的间隔时长。

步骤140：获取云台的第二运动信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。

云台的第二运动信息包括云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，平移运动信息包括平移角速度ω₁，俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂。

平移轴的平移运动，即为平移轴电机的转动部相对其旋转中心轴的转动；俯仰轴的俯仰运动，即为俯仰轴电机的转动部相对其旋转中心轴的转动，其在本领域技术人员容易理解的范围。

根据跟拍目标的预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，包括：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及平移运动信息计算平移轴的平移加速度：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及俯仰运动信息计俯仰轴的俯仰加速度：

在X-Y平面内，在Δt时间内，跟拍目标的中心点的横坐标相对坐标原点的角度改变量为

以该角度改变量为目标值，根据平移轴的平移角速度ω₁，可计算得到平移轴的平移加速度α₁，根据平移加速度α₁驱动平移轴电机，以使中心点的横坐标相对坐标原点的角度改变量与平移轴的角度改变量相同。

同样地，在Δt时间内，跟拍目标的中心点的纵坐标相对坐标原点的角度改变量为

以该角度改变量为目标值，根据俯仰轴的俯仰角速度ω₂，可计算得到俯仰轴的俯仰加速度α₂，根据俯仰加速度α₂驱动俯仰轴电机，以使中心点的纵坐标相对坐标原点的角度改变量与俯仰轴的角度改变量相同。

因摄像装置安装在云台上，当云台的平移轴和/或俯仰轴转动时，摄像装置也在绕云台的平移轴和/或俯仰轴转动，在跟拍过程中，通过根据跟拍目标的运动信息实时、动态调整摄像装置的姿态，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

在一些实施例中，以跟拍目标的中心点为X-Y坐标系的坐标原点，即预设跟拍目标的中心点的初始位置坐标为(0,0)，则，可直接根据中心点的预测位置坐标(x2,y2)和平移运动信息计算平移轴的平移加速度：

可直接根据中心点的预测位置坐标(x2,y2)和俯仰运动信息计算俯仰轴的俯仰加速度：

通过上述方式，在跟拍过程中，还能够保持跟拍目标的中心点一直处于视频图像中的中心位置(建立X-Y坐标系时，以视频图像的中心位置为坐标原点)。

本实施例在确定视频图像上的跟拍目标后，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

请参阅图3，图3为本发明另一实施例的云台的跟拍控制方法的流程示意图，云台用于安装摄像装置，该方法包括：

步骤210：通过摄像装置获取视频图像，确定视频图像上的跟拍目标。

步骤210请参考上述实施例，其在本领域技术人员容易理解的范围内，在此不再赘述。

步骤220：根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息。

本实施例中，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，包括：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的中心点的位置坐标，以及跟拍目标的边缘点的位置坐标。跟拍目标的边缘点的位置坐标，即为X值最小的像素点、Y值最大的像素点、X值最大的像素点、Y值最小的像素点组成的坐标。

根据视频图像两相邻帧中中心点的位置坐标以及边缘点的位置坐标，获取跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，以及跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y，前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z。

具体地，根据视频图像两相邻帧中跟拍目标的宽度变化或高度变化可获取跟拍目标在光轴方向上的前后加速度a_z和前后速度V_z。

步骤230：获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息。

具体地，获取跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)，以及跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)。

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)、水平运动信息和竖直运动信息计算Δt时间后中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

其中，Δt为预设值。

根据边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和前后运动信息计算ΔT时间后边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

其中，ΔT为预设值，ΔT可以与Δt相同，也可以与Δt不相同。

根据成像原理，即使跟拍目标在光轴方向上的前后运动速度较快，在视频图像中跟拍目标的边缘点的位置坐标的改变也较小，因此，在一优选的实施例中，设定ΔT大于Δt。

步骤240：获取云台的第二运动信息，根据跟拍目标的预测位置信息和第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。

步骤240请参考第一实施例，其在本领域技术人员容易理解的范围内，在此不再赘述。

步骤250：根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整。

在一实施例中，根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整，包括：

获取摄像装置的当前焦距Fc，以及跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)

根据当前焦距和边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2)计算摄像装置的目标焦距：

Fn＝[Fc·(right2-left2)]/(right1-left1)

根据目标焦距Fn对摄像装置的焦距进行调整,以使在跟拍过程中跟拍目标的图像大小保持一致。

在一实施例中，根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整，包括：

获取跟拍目标的边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2)；

预设X轴的最大允许宽度为Wo，Y轴的最大允许宽度为Ho，根据边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2)，计算跟拍目标的图像大小因子：

f＝[(right2-left2)·(top2-bottom2)]/(Wo·Ho)，

根据图像大小因子对摄像装置的焦距进行调整。通过上述方式，在跟拍过程中，还能够保持跟拍目标的图像大小在视频图像中一直处于合适比例。

在实际应用中，当云台包括横滚轴电机，且横滚轴电机与摄像装置的镜头固定连接时，可直接通过驱动横滚轴电机对摄像装置的焦距进行调整。当云台不包括横滚轴电机，或者横滚轴电机与摄像装置的镜头不固定连接时，可通过云台向摄像装置发送焦距调整指令，以使摄像装置根据焦距调整指令对其焦距进行调整。

例如，云台为手持云台，手持云台上安装有手机，通过手持云台与手机之间的通信连接，手持云台向手机发送焦距调整指令，手机根据焦距调整指令驱动音圈马达，以驱动镜头组，实现对手机的焦距进行调整。

需要说明的是，步骤240和步骤250并无严格的先后之分，其可以同时进行，也可以先执行步骤250，再执行步骤240，本发明实施例对比不作限定。

本实施例在确定视频图像上的跟拍目标后，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态和焦距，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置和大小一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

本发明实施例进一步公开一种云台的跟拍控制装置，云台用于安装摄像装置，如图4所示，装置300包括：

跟拍目标确定模块310，用于接收摄像装置获取到的视频图像，确定所述视频图像上的跟拍目标；

第一运动信息获取模块320，用于根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息；

预测位置信息计算模块330，用于获取跟拍目标的当前位置信息，根据当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息；

姿态调整模块340，用于获取云台的第二运动信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整。

可选地，第一运动信息获取模块320，具体用于：

实时获取视频图像每一帧中所述跟拍目标的中心点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中所述中心点的位置坐标，获取跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y；

预测位置信息计算模块330，具体用于：

获取跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)、水平运动信息和竖直运动信息计算Δt时间后中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

云台的第二运动信息包括云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，平移运动信息包括平移角速度ω₁，俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂；

姿态调整模块340，具体用于：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及平移运动信息计算平移轴的平移加速度：

根据中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及俯仰运动信息计算俯仰轴的俯仰加速度：

根据平移加速度α₁驱动移轴电机，以及根据俯仰加速度α₂驱动俯仰轴电机，以对所述摄像装置的姿态进行调整。

本实施例在确定视频图像上的跟拍目标后，第一运动信息获取模块320根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，预测位置信息计算模块330根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，姿态调整模块340根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

在其他实施例中，第一运动信息获取模块320，具体用于：

实时获取视频图像每一帧中跟拍目标的边缘点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中边缘点的位置坐标，获取跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z；

预测位置信息计算模块330，具体用于：

获取跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)；

根据边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和前后运动信息计算ΔT时间后边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

装置300还包括：

焦距调整模块350，用于根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整。

本实施例在确定视频图像上的跟拍目标后，第一运动信息获取模块320根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，预测位置信息计算模块330根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，姿态调整模块340根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，调整模块350根据跟拍目标的预测位置信息对摄像装置的焦距进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态和焦距，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置和大小一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

需要说明的是，由于本发明实施例的装置实施例与方法实施例基于相同的发明构思，方法实施例中的技术内容同样适用于装置实施例，因此，装置实施例中与方法实施例相同的技术内容在此不再赘述。

为了更好的实现上述目的，本发明实施例还提供一种云台，该云台存储有可执行指令，该可执行指令可执行上述任意方法实施例中的云台的跟拍控制方法。

图5是本发明实施例提供的一种云台500的功能结构示意图，如图5所示，该云台500包括：一个或多个处理器501以及存储器502，图5中以一个处理器501为例。

处理器501和存储器502可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。

存储器502作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的云台的跟拍控制方法对应的程序指令/模块(例如，图4所示的各个模块)。处理器501通过运行存储在存储器502中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行云台的跟拍控制装置的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例的云台的跟拍控制方法以及上述装置实施例的各个模块的功能。

存储器502可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器502可选包括相对于处理器501远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器501。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

所述程序指令/模块存储在所述存储器502中，当被所述一个或者多个处理器501执行时，执行上述任意方法实施例中的云台的跟拍控制方法，例如，执行以上描述的图2和图3所示的各个步骤；也可实现图4所述的各个模块。

本实施例的云台在确定视频图像上的跟拍目标后，根据视频图像每一帧中跟拍目标的位置信息，获取跟拍目标的第一运动信息，根据跟拍目标的当前位置信息和第一运动信息计算跟拍目标的预测位置信息，根据跟拍目标的预测位置信息和云台的第二运动信息对摄像装置的姿态进行调整，通过上述方式，能够根据跟拍目标的运动信息动态调整摄像装置的姿态，实时性较好，能够保持跟拍目标在视频图像中的位置一致，使得在跟拍过程中拍摄的画面稳定、连贯。

本发明实施例还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如图5中的一个处理器501，可使得上述一个或多个处理器可执行上述任意方法实施例中的云台的跟拍控制方法，例如，执行以上描述的图2和图3所示的各个步骤；也可实现图4所示的各个模块。

上述产品可执行本发明实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明实施例所提供的方法。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种云台的跟拍控制方法，所述云台用于安装摄像装置，所述云台包括平移轴电机以及俯仰轴电机，所述平移轴电机与所述俯仰轴电机转动连接，其特征在于，所述方法包括：

接收所述摄像装置获取到的视频图像，确定所述视频图像上的跟拍目标；

根据所述视频图像每一帧中所述跟拍目标的位置信息，获取所述跟拍目标的第一运动信息；

获取所述跟拍目标的当前位置信息，根据所述当前位置信息和所述第一运动信息计算Δt时间后所述跟拍目标的预测位置信息，其中，所述当前位置信息包括所述跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)，所述预测位置信息包括所述中心点的预测位置坐标(x2,y2)；

获取所述云台的第二运动信息，所述云台的第二运动信息包括所述云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及所述云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，所述平移运动信息包括平移角速度ω₁，所述俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂；

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及所述平移运动信息计算在所述Δt时间内所述平移轴的平移加速度：

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及所述俯仰运动信息计算在所述Δt时间内所述俯仰轴的俯仰加速度：

根据所述平移加速度α₁驱动所述平移轴电机，以及根据所述俯仰加速度α₂驱动所述俯仰轴电机，以对所述摄像装置的姿态进行调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

所述根据所述视频图像每一帧中所述跟拍目标的位置信息获取所述跟拍目标的第一运动信息，包括：

实时获取视频图像每一帧中所述跟拍目标的中心点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中所述中心点的位置坐标，获取所述跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及所述跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，所述水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，所述竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y；

所述获取所述跟拍目标的当前位置信息，根据所述当前位置信息和所述第一运动信息计算所述跟拍目标的预测位置信息，包括：

获取所述跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)、所述水平运动信息和所述竖直运动信息计算Δt时间后所述中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，

所述根据所述视频图像每一帧中所述跟拍目标的位置信息获取所述跟拍目标的第一运动信息，还包括：

实时获取视频图像每一帧中所述跟拍目标的边缘点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中所述边缘点的位置坐标，获取所述跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，所述前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z；

所述获取所述跟拍目标的当前位置信息，根据所述当前位置信息和所述第一运动信息计算所述跟拍目标的预测位置信息，包括：

获取所述跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)；

根据所述边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和所述前后运动信息计算ΔT时间后所述边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据所述跟拍目标的预测位置信息对所述摄像装置的焦距进行调整。

5.一种云台的跟拍控制装置，所述云台用于安装摄像装置，所述云台包括平移轴电机以及俯仰轴电机，所述平移轴电机与所述俯仰轴电机转动连接，其特征在于，所述装置包括：

跟拍目标确定模块，用于接收所述摄像装置获取到的视频图像，确定所述视频图像上的跟拍目标；

第一运动信息获取模块，用于根据所述视频图像每一帧中所述跟拍目标的位置信息，获取所述跟拍目标的第一运动信息；

预测位置信息计算模块，用于获取所述跟拍目标的当前位置信息，根据所述当前位置信息和所述第一运动信息计算Δt时间后所述跟拍目标的预测位置信息，其中，所述当前位置信息包括所述跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)，所述预测位置信息包括所述中心点的预测位置坐标(x2,y2)；

姿态调整模块，用于获取所述云台的第二运动信息，所述云台的第二运动信息包括所述云台的平移轴在水平方向上的平移运动信息，以及所述云台的俯仰轴在竖直方向上的俯仰运动信息，其中，所述平移运动信息包括平移角速度ω₁，所述俯仰运动信息包括俯仰角速度ω₂；

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及所述平移运动信息计算在所述Δt时间内所述平移轴的平移加速度：

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)和预测位置坐标(x2,y2)，以及所述俯仰运动信息计算在所述Δt时间内所述俯仰轴的俯仰加速度：

根据所述平移加速度α₁驱动所述平移轴电机，以及根据所述俯仰加速度α₂驱动所述俯仰轴电机，以对所述摄像装置的姿态进行调整。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，

所述第一运动信息获取模块，具体用于：

实时获取视频图像每一帧中所述跟拍目标的中心点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中所述中心点的位置坐标，获取所述跟拍目标在水平方向上的水平运动信息，以及所述跟拍目标在竖直方向上的竖直运动信息，其中，所述水平运动信息包括水平加速度a_x和水平速度V_x，所述竖直运动信息包括竖直加速度a_y和竖直速度V_y；

所述预测位置信息计算模块，具体用于：

获取所述跟拍目标的中心点的当前位置坐标(x1,y1)；

根据所述中心点的当前位置坐标(x1,y1)、所述水平运动信息和所述竖直运动信息计算Δt时间后所述中心点的预测位置坐标(x2,y2):

x2＝x1+V_x·Δt+a_x·Δt²/2

y2＝y1+V_y·Δt+a_y·Δt²/2。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，

所述第一运动信息获取模块，还用于：

实时获取视频图像每一帧中所述跟拍目标的边缘点的位置坐标；

根据视频图像两相邻帧中所述边缘点的位置坐标，获取所述跟拍目标在光轴方向上的前后运动信息，其中，所述前后运动信息包括前后加速度a_z和前后速度V_z；

所述预测位置信息计算模块，具体用于：

获取所述跟拍目标的边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)；

根据所述边缘点的当前位置坐标(left1，top1，right1，bottom1)和所述前后运动信息计算ΔT时间后所述边缘点的预测位置坐标(left2，top2，right2，bottom2):

left2＝left1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2

top2＝top1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2，

right2＝right1+V_z·ΔT+a_z·ΔT²/2

bottom2＝bottom1-V_z·ΔT-a_z·ΔT²/2。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

焦距调整模块，用于根据所述跟拍目标的预测位置信息对所述摄像装置的焦距进行调整。

9.一种云台，其特征在于，所述云台包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令程序，所述指令程序被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

10.一种非易失性计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，当所述计算机可执行指令被云台执行时，使所述云台执行如权利要求1-4任一项所述的方法。

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