CN109035294A - 一种运动目标的图像提取系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种运动目标的图像提取系统及方法，其中，系统包括：UWB基站模块、数据处理模块和UWB信标模块；UWB信标模块安装于目标物上；UWB基站模块和数据处理模块安装于无人机上；UWB基站模块，用于计算UWB信标模块和UWB基站模块之间的距离数据；无人机用于拍摄目标物的实时跟踪视频；数据处理模块，用于根据距离数据获取UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，在成像面坐标系中将映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在感兴趣区域中提取目标物的目标物图像，解决了现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。

Description

一种运动目标的图像提取系统及方法
技术领域
本申请涉及运动检测技术领域，尤其涉及一种运动目标的图像提取系统及方法。
背景技术
无人机广泛应用于各类监测、巡视、搜救、摄影、测绘等领域，目前无人机一部分的应用，是对目标物进行跟踪拍摄，例如对运动员进行跟拍，对特定的车辆进行跟拍，对放归野外的野生动物进行跟踪观察等。
现有利用无人机进行跟踪拍摄时，其核心原理主要是：首先利用视觉识别方法提取出目标物图像，然后对目标物进行识别，成功识别目标物后，再根据目标物的移动轨迹来实现航迹追踪。但现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像。
申请内容
本申请提供了一种运动目标的图像提取系统及方法，用于解决现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种运动目标的图像提取系统，包括：UWB基站模块、数据处理模块和UWB信标模块；
所述UWB信标模块安装于目标物上；
所述UWB基站模块和所述数据处理模块安装于无人机上；
所述UWB基站模块，用于计算所述UWB信标模块和UWB基站模块之间的距离数据；
所述无人机用于拍摄所述目标物的实时跟踪视频；
所述数据处理模块，用于根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在所述实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，在所述成像面坐标系中将所述映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在所述感兴趣区域中提取所述目标物的目标物图像。
优选地，所述系统还包括T型支架和拍摄模块；
所述T型支架安装于所述无人机上；
所述UWB基站模块的数量为三个，三个的所述UWB基站模块分别位于所述T型支架的三个端点上；
所述拍摄模块位于所述T型支架的横竖支架交汇处；
所述数据处理模块具体用于：分别接收三个所述UWB基站模块分别发送的每一所述UWB基站模块相对所述UWB信标模块的距离数据，并根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在所述实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标。
优选地，所述数据处理模块还用于根据所述实时跟踪视频中的所述目标物图像获取所述目标物的运动信息。
优选地，所述数据处理模块包括：提取单元和对比单元；
所述提取单元，用于将所述实时跟踪视频转换为多张图片，并提取每一图片中的所述目标物图像；
所述对比单元，用于对比相隔预置时间间隔的所述目标物图像在所述成像面坐标系中的目标物图像中心点的偏差数据得到所述运动信息。
优选地，所述系统还包括：飞行控制模块；
所述飞行控制模块安装于所述无人机上；
所述飞行控制模块，用于根据所述运动信息控制所述无人机进行对应移动。
优选地，所述飞行控制模块还用于，发送所述UWB信标模块的触发信号。
优选地，所述UWB基站模块，具体用于接收所述UWB信标模块发送的UWB信号，并根据所述UWB信号计算所述UWB信标模块和所述UWB基站模块之间的距离数据。
优选地，所述系统还包括：数据传输模块；
所述数据传输模块安装于所述无人机上；
所述数据传输模块，用于发送所述实时跟踪视频至后台子系统。
优选地，所述数据传输模块，还用于接收所述后台子系统发送的所述无人机的控制信号，并发送所述控制信号至所述飞行控制模块。
本申请第二方面提供了一种运动目标的图像提取方法，应用于上述任意一项所述的运动目标的图像提取系统的操作或工作，包括：
S1、数据处理模块获取无人机上安装的UWB基站模块和目标物上安装的UWB信标模块之间的距离数据；
S2、数据处理模块根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，其中，所述实时跟踪视频为所述无人机拍摄的所述目标物的实时跟踪视频；
S3、数据处理模块将所述成像面坐标系中的所述映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，并在所述感兴趣区域中提取所述目标物的目标物图像。
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请提供了一种运动目标的图像提取系统，包括：UWB基站模块、数据处理模块和UWB信标模块；UWB信标模块安装于目标物上；UWB基站模块和数据处理模块安装于无人机上；UWB基站模块，用于计算UWB信标模块和UWB基站模块之间的距离数据；无人机用于拍摄目标物的实时跟踪视频；数据处理模块，用于根据距离数据获取UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，在成像面坐标系中将映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在感兴趣区域中提取目标物的目标物图像。本申请中因为UWB信标模块是安装于目标物上的，获取UWB信标模块的定位点在成像面坐标系中的映射点的坐标，相当于在成像面坐标系中获取目标物上的某一点的映射坐标，基于该点获取感兴趣区域，并在感兴趣区域内提取目标物图像，使得提取到的目标物图像更准确，解决了现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例中一种运动目标的图像提取系统的实施例的结构示意图；
图2为本申请实施例中一种运动目标的图像提取系统的UWB基站模块的安装俯视图；
图3为本申请实施例中一种运动目标的图像提取系统的UWB基站模块的安装正视图；
图4为本申请实施例中UWB基站模块、UWB信标模块和拍摄模块的空间几何关系示意图；
图5为本申请实施例中UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的横坐标计算原理图；
图6为本申请实施例中UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的纵坐标计算原理图；
图7为本申请实施例中一种运动目标的图像提取方法的实施例的流程示意图；
其中，附图标记如下：
A、数据处理模块；B、UWB信标模块；C、拍摄模块；J、UWB基站模块；Jl、左UWB基站模块；Jr、右UWB基站模块；Ja、上UWB基站模块；A1、提取单元；A2、对比单元；D、飞行控制模块；E、数据传输模块；O、后台子系统；P、UWB信标模块定位点在成像面坐标系上的映射点；SF、拍摄成像面(即实时跟踪视频的成像面)；SS、UWB信标模块所在的与拍摄成像面平行的平面；SH、拍摄视线(UWB信标模块与拍摄模块C的连线BC)的水平观测面；SV、拍摄视线(UWB信标模块与拍摄模块C的连线BC)的垂直观测面。
具体实施方式
本申请实施例提供了一种运动目标的图像提取系统及方法，用于解决现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，本申请实施例中一种运动目标的图像提取系统的实施例的结构示意图，包括：UWB基站模块J、数据处理模块A和UWB信标模块B；
UWB信标模块B安装于目标物上；
需要说明的是，UWB信标模块B的安装位置可以是目标物的中部、头部或者尾部，此处不做具体限定。
UWB基站模块J和数据处理模块A安装于无人机上；
UWB基站模块J，用于计算UWB信标模块B和UWB基站模块J之间的距离数据；
进一步地，UWB基站模块J使用DW1000定位芯片，可以达到10cm的定位精度，可对移动速度5m/s以内的物体进行追踪定位。
无人机用于拍摄目标物的实时跟踪视频；
数据处理模块A，用于根据距离数据获取UWB信标模块B的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点P的坐标，在成像面坐标系中将映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在感兴趣区域中提取目标物的目标物图像。
需要说明的是，预置坐标区域可以根据目标物的大小进行设置，当目标物为比较大的目标物时(例如：狮子或大象等)，可以设定较大的范围；当目标物为比较小的目标物时(例如：兔子或羚羊等)，可以设定较小的范围。
具体地，上述目标物图像提取方法可以利用边缘提取等算法此处不做具体限定。
本实施例中，因为UWB信标模块B是安装于目标物上的，获取UWB信标模块B的定位点在成像面坐标系中的映射点P的坐标，相当于在成像面坐标系中获取目标物上的某一点的映射坐标，基于该点获取感兴趣区域，并在感兴趣区域内提取目标物图像，使得提取到的目标物图像更准确，解决了现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。
本申请实施例还提供了一种运动目标的图像提取系统的实施例二，实施例二在实施例一的基础上，还对UWB基站模块J的安装结构及UWB信标模块B的定位点坐标的计算详细说明，具体请参阅图2至图6；
本实施例中，系统还包括T型支架和拍摄模块C；
请参阅图2及图3所示，T型支架安装于无人机上，UWB基站模块J的数量为三个，分别为：左UWB基站模块Jl、右UWB基站模块Jr和上UWB基站模块Ja，三个的UWB基站模块J分别位于T型支架的三个端点上，拍摄模块C位于T型支架的横竖支架交汇处。UWB基站模块J、UWB信标模块B和拍摄模块C的空间几何关系示意图请参阅图4。
数据处理模块A具体用于：分别接收三个UWB基站模块J分别发送的每一UWB基站模块J相对UWB信标模块B的距离数据，即左UWB基站模块Jl测得的与UWB信标模块B的距离为Ll，右UWB基站模块Jr测得的与UWB信标模块B的距离为Lr，上UWB基站模块Ja测得的与UWB信标模块B的距离为La，并根据上述距离数据获取UWB信标模块B的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点P的坐标。
需要说明的是，请参阅图5，映射点P的横坐标计算原理图。
在SH平面上，有：
Ll2-(dl+Xh)2＝Lr2-(dl-Xh)2
其中，Ll为左UWB基站模块Jl测得的与UWB信标模块B的距离，d1为左UWB基站模块Jl与拍摄模块C的距离，Xh为SH平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的横向距离，Lr为右UWB基站模块Jr测得的与UWB信标模块B的距离。
可得：
因有：
D2+(d1-Xh)2＝Lr2
其中，D为SH平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的竖直距离，可求得D。
根据：
可求得Xp。其中，x为P点距离成像面坐标系中心点的水平方向距离，f为拍摄焦距，psize为拍摄模块上的单个像素尺寸，Xp为映射点P的横坐标。
请参阅图6，映射点P的纵坐标计算原理图。
由XH平面的计算可得：
L2＝D2+Xh2
其中，L为UWB信标模块B与拍摄模块C的实际距离，D为SH平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的竖直距离，Xh为SH平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的横向距离。
在SV平面上，设Xv为SV平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的横向距离。
可得：
其中，La为上UWB基站模块Ja测得的与UWB信标模块B的距离，da为UWB基站模块Ja与拍摄模块C的距离。
通过：
可求得y。其中，y为P点距离成像面坐标系的中心点的垂直方向距离，H为SV平面上UWB信标模块B距离拍摄模块C的竖直距离，f为拍摄焦距。
根据：
可得Yp。其中，psize为拍摄模块上的单个像素尺寸，Yp为映射点P的纵坐标。
本申请实施例还提供了一种运动目标的图像提取系统的实施例三，具体请参阅图1。
本实施例中，包括：UWB基站模块J、数据处理模块A和UWB信标模块B；
UWB信标模块B安装于目标物上；
UWB基站模块J和数据处理模块A安装于无人机上；
UWB基站模块J，用于计算UWB信标模块B和UWB基站模块J之间的距离数据；
无人机用于拍摄目标物的实时跟踪视频；
数据处理模块A，用于根据距离数据获取UWB信标模块B的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，在成像面坐标系中将映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在感兴趣区域中提取目标物的目标物图像。
进一步地，数据处理模块A还用于根据实时跟踪视频中的目标物图像获取目标物的运动信息。
需要说明的是，上述运动信息包括目标物的运动位移、速度级运动方向等，此处不做具体限定。
进一步地，数据处理模块A包括：提取单元A1和对比单元A2；
提取单元A1，用于将实时跟踪视频转换为多张图片，并提取每一图片中的目标物图像；
需要说明的是，上述目标物图像提取方法可以利用边缘提取等算法此处不做具体限定。
对比单元A2，用于对比相隔预置时间间隔的目标物图像在成像面坐标系中的目标物图像中心点的偏差数据得到运动信息。
进一步地，系统还包括：飞行控制模块D，飞行控制模块D安装于无人机上，用于根据运动信息控制无人机进行对应移动。
需要说明的是，根据目标物的运动信息控制无人机进行对应移动，使得无人机始终锁定目标物并进行跟踪拍摄。
进一步地，飞行控制模块D还用于，发送UWB信标模块B的触发信号。
需要说明的是，为了节约UWB信标模块B的能源，可以是在当无人机飞行至UWB信标模块B的某一距离时，通过飞行控制模块D发送UWB信标模块B的触发信号使得UWB信标模块B开启。
进一步地，飞行控制模块D使用Cortex-M3架构的主控芯片，搭配气压高度计、电子罗盘、陀螺仪和加速度计进行飞行器姿态解算，发送信号至电子调速器，控制电机转速，从而控制飞行器飞行。
进一步地，UWB基站模块J具体用于，接收UWB信标模块B发送的UWB信号，并根据UWB信号计算UWB信标模块B和UWB基站模块J之间的距离数据。
进一步地，UWB基站模块J包括预处理单元，预处理单元用于对接收到的UWB信号滤波去噪。
本实施例中，对UWB信号进行滤波去噪可以得到更稳定准确的距离数据。
进一步地，系统还包括：数据传输模块E；数据传输模块E安装于无人机上，用于发送实时跟踪视频至后台子系统O。
需要说明的是，通过数据传输模块E将实时跟踪视频发送至后台子系统O，使得后台子系统O处的观察人员可以实时对目标物进行观察。
进一步地，数据传输模块E，还用于接收后台子系统O发送的无人机的控制信号，并发送控制信号至飞行控制模块D。
需要说明的是，后台子系统O还可以通过飞行控制模块D远程控制无人机。
本实施例中，因为UWB信标模块B是安装于目标物上的，获取UWB信标模块B的定位点在成像面坐标系中的映射点的坐标，相当于在成像面坐标系中获取目标物上的某一点的映射坐标，基于该点获取感兴趣区域，并在感兴趣区域内提取目标物图像，使得提取到的目标物图像更准确，解决了现有的视觉识别方法当在成像效果上目标物与周围环境或物体相似时，难以准确提取出目标物图像的技术问题。
本申请实施例还提供了一种运动目标的提取方法的实施例，该方法应用于上述的运动目标的图像提取系统的操作或工作，具体请参阅图7。
701、数据处理模块获取无人机上安装的UWB基站模块和目标物上安装的UWB信标模块之间的距离数据。
702、数据处理模块根据距离数据获取UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，其中，实时跟踪视频为无人机拍摄的目标物的实时跟踪视频。
703、数据处理模块将成像面坐标系中的映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，并在感兴趣区域中提取目标物的目标物图像。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。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。
另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。
所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，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)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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精神和范围。

Claims (10)

1.一种运动目标的图像提取系统，其特征在于，包括：UWB基站模块、数据处理模块和UWB信标模块；
所述UWB信标模块安装于目标物上；
所述UWB基站模块和所述数据处理模块安装于无人机上；
所述UWB基站模块，用于计算所述UWB信标模块和所述UWB基站模块之间的距离数据；
所述无人机用于拍摄所述目标物的实时跟踪视频；
所述数据处理模块，用于根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在所述实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，在所述成像面坐标系中将所述映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，在所述感兴趣区域中提取所述目标物的目标物图像。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：T型支架和拍摄模块；
所述T型支架安装于所述无人机上；
所述UWB基站模块的数量为三个，三个的所述UWB基站模块分别位于所述T型支架的三个端点上；
所述拍摄模块位于所述T型支架的横竖支架交汇处；
所述数据处理模块具体用于：分别接收三个所述UWB基站模块分别发送的每一所述UWB基站模块相对所述UWB信标模块的距离数据，并根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在所述实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块还用于根据所述实时跟踪视频中的所述目标物图像获取所述目标物的运动信息。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数据处理模块包括：提取单元和对比单元；
所述提取单元，用于将所述实时跟踪视频转换为多张图片，并提取每一图片中的所述目标物图像；
所述对比单元，用于对比相隔预置时间间隔的所述目标物图像在所述成像面坐标系中的目标物图像中心点的偏差数据得到所述运动信息。
5.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：飞行控制模块；
所述飞行控制模块安装于所述无人机上；
所述飞行控制模块，用于根据所述运动信息控制所述无人机进行对应移动。
6.根据权利要5所述的系统，其特征在于，所述飞行控制模块还用于，发送所述UWB信标模块的触发信号。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述UWB基站模块，具体用于接收所述UWB信标模块发送的UWB信号，并根据所述UWB信号计算所述UWB信标模块和所述UWB基站模块之间的距离数据。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：数据传输模块；
所述数据传输模块安装于所述无人机上；
所述数据传输模块，用于发送所述实时跟踪视频至后台子系统。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述数据传输模块，还用于接收所述后台子系统发送的所述无人机的控制信号，并发送所述控制信号至所述飞行控制模块。
10.一种运动目标的图像提取方法，应用于如权利要求1至9中任意一项所述的运动目标的图像提取系统的操作或工作，其特征在于，包括：
S1、数据处理模块获取无人机上安装的UWB基站模块和目标物上安装的UWB信标模块之间的距离数据；
S2、数据处理模块根据所述距离数据获取所述UWB信标模块的定位点在实时跟踪视频的成像面坐标系中的映射点的坐标，其中，所述实时跟踪视频为所述无人机拍摄的所述目标物的实时跟踪视频；
S3、数据处理模块将所述成像面坐标系中的所述映射点的预置坐标区域设为感兴趣区域，并在所述感兴趣区域中提取所述目标物的目标物图像。
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