CN108989765A - 动态跟踪自拍的三角架系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种动态跟踪自拍的三角架系统。该动态跟踪自拍的三角架系统包括：智能三角架，包括：三角架、伺服云台和微型跟踪摄像头，所述伺服云台设置在三角架的上端，又包括：图像跟踪模块、第一无线网络通信模块、定位模块和伺服电机驱动系统；所述微型跟踪摄像头设置在伺服云台上，与图像跟踪模块连接，所述定位模块与伺服电机驱动系统控制连接；以及手持遥控器包括：操作按钮、智能终端和第二无线网络通信模块，定位模块解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量，并控制伺服电机驱动系统实时调节微型跟踪摄像头。该三角架系统能够根据外部遥控装置的设定，自动跟踪拍摄人物影像，获得最佳的静态动态自拍画面。

Description

动态跟踪自拍的三角架系统
技术领域
本发明涉及拍照设备领域，特别涉及一种动态跟踪自拍的三角架系统。
背景技术
现有单反承托三角架及云台主要分为两种，一种为三脚架加机械阻尼云台，另一种为三脚架加自动增稳云台。第一种系统采用过阻尼机械系统，实现系统的随机稳定，当需要进行跟踪目标拍摄时，由操作人员手工操作云台摇杆，实现跟踪拍摄。第二种系统采用自动伺服控制稳定系统，主要实现相机的防抖，操作者可发出控制指令调整拍摄方向和角度。现有技术方案均以防抖稳定画面拍摄为目的，无法自动跟踪自拍。在安防监控场合有自动识别动目标并跟踪拍摄的设备，但其是在静态场景中依据光流变化提取动态物体，而不是针对人物进行特征识别后，加以针对性的跟踪，因而不适合在变化场景中的人像动态自拍。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理的动态跟踪自拍的三角架系统，该动态跟踪自拍的三角架系统能够根据外部遥控装置的设定，自动跟踪拍摄人物影像，并采用智能构图的方式，获得最佳的静态动态自拍画面。
为实现上述目的，本发明提供了一种动态跟踪自拍的三角架系统，包括：智能三角架，包括：三角架、伺服云台和微型跟踪摄像头，所述伺服云台设置在三角架的上端，又包括：图像跟踪模块、第一无线网络通信模块、定位模块和伺服电机驱动系统；所述微型跟踪摄像头设置在伺服云台上，与图像跟踪模块连接，用于采集自拍人物的图像；所述图像跟踪模块用于储存通过微型跟踪摄像头采集的需要跟踪的目标图像，并以目标图像人体为模板锁定目标图像，运用深度学习方式获得画面中心最近的人体轮廓；在该轮廓范围内搜索识别出人头的图像区域，并引入面部识别方法不断扫描画面中的面部图像，以画面中心点为坐标系原点生成目标图像的面部图像的中心坐标；所述定位模块与伺服电机驱动系统控制连接，并具有跟踪算法模块，该跟踪算法模块能够根据图像跟踪模块生成目标图像的面部图像的中心坐标运用跟踪算法模块，并渐进修正目标视线中心至特定面部，开始解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量；所述定位模块根据该图像跟踪脱靶量控制伺服电机驱动系统对伺服云台上的微型跟踪摄像头方向进行实时调节并实时修正跟踪脱靶量误差；以及手持遥控器包括：操作按钮、智能终端和第二无线网络通信模块；用户在手持遥控器通过操作按钮控制智能终端通过第二无线网络通信模块向伺服云台的第一无线网络通信模块发送采集指令，第一无线网络通信模块将该采集指令发送给图像跟踪模块，图像跟踪模块控制微型跟踪摄像头采集的需要跟踪的目标图像，然后用户在手持遥控器通过操作按钮在智能终端上点击确认跟踪区域图像的目标图像，图像跟踪模块锁定目标，定位模块解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量，并控制伺服电机驱动系统实时调节微型跟踪摄像头。
在一优选的实施方式中，微型跟踪摄像头加装有变焦镜头。
在一优选的实施方式中，图像处理模块具有图像特征匹配模块，该图像特征匹配模块运用图像特征匹配方法，对微型跟踪摄像头中心区域目标图像进行数字变换，获得与颜色尺寸无关的特征图像模板，在自拍照相机图像搜索与其匹配的图像区域，并将微型跟踪摄像头锁定的图像区域映射到自拍摄像头区域中。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.动目标及特征模板变化条件下的人物自拍跟踪方法
首先以人体为模板，运用深度学习方式获得画面中心最近的人体轮廓；在该轮廓范围内搜索识别出人头的图像区域，以人头区域图像中心点坐标，以画面中心点为坐标系原点，生成图像跟踪脱靶量；将此脱靶量带入云台伺服控制系统，对云台相机镜头方向进行实时调节，直至脱靶量接近为0。
2.双镜头多模的图像获取跟踪系统
为了保证跟踪效果采用专用加装了变焦镜头的目标跟踪摄像头获取目标的精细画面，可在较大距离范围内获得具有适宜清晰度和尺寸的跟踪图像数据源。同时单反相机实时拍摄画面也通过HDMI视频接口进入图像处理模块中，两路视频进行数据融合和信息标记。
3.双镜头多模的图像跟踪确认方法
采用图像源切换或在自拍相机画面图像中叠加标记跟踪摄像头锁定区域的跟踪目标标记方法。运用图像特征匹配方法，获得跟踪摄像头中心区域目标图像特征模板；以该模板作为特征匹配模板，将跟踪摄像头锁定的图像区域映射到自拍摄像头区域中，通过该方式在不需要查看跟踪摄像头画面图像的条件下，精确标记出目前被其聚焦或锁定的图像区域，进而方便用户在自拍画面中对图像跟踪目标进行锁定确认。
附图说明
图1为本发明的动态跟踪自拍的三角架系统的系统组成框图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的动态跟踪自拍的三角架系统具有实时图像跟踪、画面智能构图、遥控拍摄、无线图像实时传输功能，实现个人随意自拍。当采用手机自拍时，可通过无线网络组件在其他智能终端看到实时拍摄画面，并完成构图和拍摄控制。该动态跟踪自拍的三角架系统的具体结构包括：智能三角架和手持遥控器，其中，智能三角架能够自动跟踪锁定画面中的自拍人物，通过遥控设备选择构图模式，切换照相、摄像功能，实现个人随意自拍。
具体来讲，智能三角架包括：三角架1、伺服云台2和微型跟踪摄像头3，其中，伺服云台2设置在三角架1的上端，又包括：图像跟踪模块、第一无线网络通信模块、定位模块和伺服电机驱动系统。微型跟踪摄像头3设置在伺服云台2上，与图像跟踪模块连接，用于采集自拍人物的图像。为了保证跟踪效果，微型跟踪摄像头3采用专用目标跟踪摄像头，以获取目标的画面，该微型跟踪摄像头加装变焦镜头，可在较大范距离范围内调节被跟踪目标在画面中的图像尺寸，保证获得具有适宜清晰度和尺寸的跟踪图像数据源。单反相机实时拍摄画面也通过HDMI视频接口进入图像处理模块中，在目标图像合适时也可直接用此图像作为跟踪数据源。在人物与相机距离变化过大时，可采用图像融合标记方式进行跟踪目标确认。图像跟踪模块用于储存通过微型跟踪摄像头3采集的需要跟踪的目标图像，并以目标图像人体为模板锁定目标图像，运用深度学习方式获得画面中心最近的人体轮廓；在该轮廓范围内搜索识别出人头的图像区域，并引入面部识别方法不断扫描画面中的面部图像，以画面中心点为坐标系原点生成目标图像的面部图像的中心坐标。定位模块具有跟踪算法模块，能够根据图像跟踪模块生成目标图像的面部图像的中心坐标运用跟踪算法模块，并渐进修正目标视线中心至特定面部，开始解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量。根据该图像跟踪脱靶量控制伺服电机驱动系统对伺服云台2上的微型跟踪摄像头3方向进行实时调节并实时修正跟踪脱靶量误差。
手持遥控器包括：操作按钮、智能终端和第二无线网络通信模块。手动模式下，用户通过遥控器上的操作按钮在控制智能终端通过第二无线网络通信模块向伺服云台2的第一无线网络通信模块发送俯仰和航向转动指令，指定伺服云台2的工作转动角度，伺服云台为两自由度模式，可360度水平转动和-45°～45°俯仰转动，当选中画面后完成自拍。
在自动跟踪模式下，用户在手持遥控器通过操作按钮控制智能终端通过第二无线网络通信模块向伺服云台2的第一无线网络通信模块发送采集指令，第一无线网络通信模块将该采集指令发送给图像跟踪模块，图像跟踪模块控制微型跟踪摄像头3采集的需要跟踪的目标图像，然后用户在手持遥控器通过操作按钮在智能终端上点击确认跟踪区域图像的目标图像，图像跟踪模块开始以人体为模板锁定目标，运用深度学习方式获得画面中心最近的人体轮廓；在该轮廓范围内搜索识别出人头的图像区域，引入面部识别方法不断扫描画面中的面部图像，当发现有对应的面部图像时，以画面中心点为坐标系原点，将面部图像的中心坐标赋给定位模块的跟踪算法模块，并渐进修正目标视线中心至特定面部，开始解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量。将此图像跟踪脱靶量带入伺服电机驱动系统，对伺服云台2上的微型跟踪摄像头3方向进行实时调节，直至脱靶量接近为0，并实时修正跟踪脱靶量误差。
具体修正方法如下：
图像处理单元以图像中心点O(0,0)为坐标原点，建立参考坐标系。初始时刻，以原点为中心的矩形或正方形区域为目标模板，并采用人脸识别算法获得距离原点最近的面部图像，将面部图像包含在矩形区域内，并该矩形图像设为目标模板。运用快速压缩图像跟踪算法实时跟踪目标图像，不断获得目标的几何中心位置P(xPos,yPos)。以固定频率搜索视场中的人脸目标，这些人脸目标的位置为Pi(xFace,yFace){i＝1,2,3,…,NF}，NF为视场中所有人脸的个数。计算Di＝min{||Pi(xFace,yFace)-P(xPos,yPos)||}，以Di最小处的人脸图像的目标图像的观测量，对跟踪目标的位置坐标进行渐进估计，估计方法如下：
其中k、p为小于1的修正系数或随时间衰减的函数如等，随着跟踪过程的进行，跟踪模板会逐渐逼近自拍目标的面部，并以此区域计算脱靶量。
定位模块根据当前目标脱靶量信息向伺服电机驱动系统输出控制指令，控制云台转动，对当前画面中的目标进行跟踪锁定，此时自拍者可自由寻找理想自拍位置和背景，相机会自动对准自拍者。当位置确定后，可由遥控锁定相机位置当前位置，操作相机完成自拍。
如果搭载单反相机时，则由图像处理模块实时采集相机HDMI视频信号和微型跟踪摄像头3信号，获取设备拍摄画面。为了保证用户方便确认跟踪目标，而不用在相机画面和跟踪摄像头画面中来回切换，本方案提出在自拍相机画面图像中叠加标记跟踪摄像头锁定区域的方式来解决。
图像处理模块具有图像特征匹配模块，如果搭载单反相机时，则由图像处理模块实时采集相机HDMI视频信号和微型跟踪摄像头3信号，获取设备拍摄画面。为了保证用户方便确认跟踪目标，而不用在相机画面和跟踪摄像头画面中来回切换，本方案提出在自拍相机画面图像中叠加标记跟踪摄像头锁定区域的方式来解决。图像特征匹配模块运用图像特征匹配方法，对跟踪摄像头中心区域目标图像进行数字变换，获得与颜色尺寸无关的特征图像模板，该模板能充分表达跟踪锁定目标的基本特征。将该模板作为特征匹配模板，在自拍照相机图像搜索与其匹配的图像区域，当找到匹配图像区域后，将该图像区域中心点坐标和区域大小标记出来，这样就将跟踪摄像头锁定的图像区域映射到自拍摄像头区域中，通过该方式在不需要查看跟踪摄像头画面图像的条件下，精确标记出目前被其聚焦或锁定的图像区域，进而方便用户在自拍画面中对图像跟踪目标进行锁定确认。通过图像比对的方式，将跟踪摄像头画面图像区域及中心位置标记在照相机画面中，同时通过网络将带有跟踪标志的实时画面通过网络视频流传输给显示终端(如手机-pad等)，供操作者观察拍摄效果。
如果云台搭载手机，则在使用时首先通过wifi网络在手机中建立视频服务器，智能三脚架中的图像跟踪模块可通过内嵌的wifi通信模块访问手机摄像头，实时获取摄像头画面，图像跟踪与伺服控制方法和单反相机一致。
综上，该动态跟踪自拍的三角架系统能够根据外部遥控装置的设定，自动跟踪拍摄人物影像，并采用智能构图的方式，获得最佳的静态动态自拍画面。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (3)

1.一种动态跟踪自拍的三角架系统，其特征在于，包括：
智能三角架，包括：三角架、伺服云台和微型跟踪摄像头，所述伺服云台设置在三角架的上端，又包括：图像跟踪模块、第一无线网络通信模块、定位模块和伺服电机驱动系统；所述微型跟踪摄像头设置在伺服云台上，与图像跟踪模块连接，用于采集自拍人物的图像；所述图像跟踪模块用于储存通过微型跟踪摄像头采集的需要跟踪的目标图像，并以目标图像人体为模板锁定目标图像，运用深度学习方式获得画面中心最近的人体轮廓；在该轮廓范围内搜索识别出人头的图像区域，并引入面部识别方法不断扫描画面中的面部图像，以画面中心点为坐标系原点生成目标图像的面部图像的中心坐标；所述定位模块与伺服电机驱动系统控制连接，并具有跟踪算法模块，该跟踪算法模块能够根据图像跟踪模块生成目标图像的面部图像的中心坐标运用跟踪算法模块，并渐进修正目标视线中心至特定面部，开始解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量；所述定位模块根据该图像跟踪脱靶量控制伺服电机驱动系统对伺服云台上的微型跟踪摄像头方向进行实时调节并实时修正跟踪脱靶量误差；以及
手持遥控器包括：操作按钮、智能终端和第二无线网络通信模块；用户在手持遥控器通过操作按钮控制智能终端通过第二无线网络通信模块向伺服云台的第一无线网络通信模块发送采集指令，第一无线网络通信模块将该采集指令发送给图像跟踪模块，图像跟踪模块控制微型跟踪摄像头采集的需要跟踪的目标图像，然后用户在手持遥控器通过操作按钮在智能终端上点击确认跟踪区域图像的目标图像，图像跟踪模块锁定目标，定位模块解算目标图像脱靶量信息，生成图像跟踪脱靶量，并控制伺服电机驱动系统实时调节微型跟踪摄像头。
2.根据权利要求1所述的动态跟踪自拍的三角架系统，其特征在于，所述微型跟踪摄像头加装有变焦镜头。
3.根据权利要求1所述的动态跟踪自拍的三角架系统，其特征在于，所述图像处理模块具有图像特征匹配模块，该图像特征匹配模块运用图像特征匹配方法，对微型跟踪摄像头中心区域目标图像进行数字变换，获得与颜色尺寸无关的特征图像模板，在自拍照相机图像搜索与其匹配的图像区域，并将微型跟踪摄像头锁定的图像区域映射到自拍摄像头区域中。
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