CN109828610A - 基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及目标跟踪技术领域，具体涉及基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统及方法，系统包括支撑台，支撑台上设有长焦摄像头、短焦摄像头和控制器，短焦摄像头捕捉目标图像并发送至控制器，控制器测量目标图像中目标坐标，计算模块根据两个坐标计算长焦摄像头的移动信息，控制器让长焦摄像头转动到目标坐标上；方法包括S1短焦摄像头转动并捕捉目标图像发送至控制器；S2从目标图像中获取目标坐标，计算模块根据预存的初始坐标与目标坐标计算长焦摄像头的移动信息；S3让长焦摄像头旋转移动信息至目标并捕捉跟踪图像；S4控制器获取跟踪图像后控制第二转台让长焦摄像头复位。本发明能够同时保证拍摄目标视野的广度和目标的清晰度。

Description

基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统及方法

技术领域

本发明涉及目标跟踪技术领域，具体涉及基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统及方法。

背景技术

随着网络技术发展，环境情况监控作为保障公共安全的重要手段越来越重要，环境情况的监测普遍使用摄像头作为前端媒介来完成，通过摄像头获取环境中的图像以及追踪图像中的目标。

在跟踪户外环境中的目标时，通常使用摄像头来跟踪远距离目标，如果使用长焦摄像头来拍摄远处的物体，虽然长焦摄像头拍摄的物体清楚，但是长焦摄像头的视角非常窄，不便于大范围搜索，视角以外全是盲区；如果使用广角摄像头(短焦)，虽然广角摄像头的视角广，适合于大范围搜索，但是对于较远物体无法拍摄清晰图像；如果放大倍数可变的镜头，其镜头拉远拉近的过程较慢，时效性很差，而且此过程中极易丢失目标。

发明内容

本发明意在提供一种基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，以保证目标跟踪的广度和清晰度。

本方案中的基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，包括支撑台，所述支撑台上设有能旋转的长焦摄像头、短焦摄像头和控制器，还包括与控制器信号连接的计算模块，所述长焦摄像头和短焦摄像头的光轴相互平行，所述短焦摄像头用于捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，所述控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头视角范围内的目标坐标，所述控制器内预存有长焦摄像头光轴在短焦摄像头视角范围内的初始坐标，所述计算模块根据目标坐标和初始坐标计算长焦摄像头的移动信息，所述控制器根据移动信息控制长焦摄像头转动到目标坐标上，所述长焦摄像头捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器。

本方案的有益效果是：

在对远距离目标进行跟踪时，短焦摄像头旋转并对视角范围内的目标图像进行捕捉，控制器获取目标图像，控制器从目标图像中测量出目标在视角范围内的目标坐标，控制器根据预存的初始坐标和目标坐标计算得到长焦摄像头的移动信息，控制器根据移动信息控制长焦摄像头转动到目标坐标上，由长焦摄像头捕捉目标坐标处的跟踪图像发送至控制器，短焦摄像头先在大范围内捕捉到目标位置，保证能够及时捕捉到目标，然后再由长焦摄像头捕捉目标的清晰图像，保证捕捉目标的清晰性，同时保证拍摄目标视野的广度和目标的清晰度。

进一步，还包括存储模块，所述控制器将获取的目标图像发送至存储模块存储，所述控制器将目标坐标和跟踪图像发送至存储模块存储。

将获取的目标图像、目标坐标和跟踪图像存储至存储模块内，方便后续根据目标图像、目标坐标和跟踪图像获取目标的位置信息。

进一步，所述支撑台顶部设有第一转台，所述短焦摄像头位于第一转台上，所述支撑台设有带动第一转台转动的第一电机，所述第一电机由控制器控制进行转动，所述第一转台顶部设有第二转台，所述长焦摄像头位于第二转台上，所述第一转台内设有带动第二转台转动的第二电机，所述第二电机由控制器根据移动信息控制进行转动。

在短焦摄像头捕捉目标时，第一电机带动第一转台转动，第一转台带动短焦摄像头和长焦摄像头同步转动，在长焦摄像头需要拍摄目标时，再由第二电机带动第二转台转动，让第二转台转动带动长焦摄像头拍摄目标，让长焦摄像头随着短焦摄像头捕捉目标过程中的转动而转动，减小计算模块的计算复杂度，降低运算时间，同时减小将长焦摄像头转动至目标位置的时间，让长焦摄像头能够及时拍摄到目标。

进一步，所述第一转台上设有带动第二转台上下移位的升降机构，所述控制器根据移动信息控制升降机构在上下方向上移动第二转台，所述控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头复位至初始位置，所述初始位置位于短焦摄像头视角范围内的中心位置处。

由于短焦摄像头固定时的拍摄角度固定，同时让长焦摄像头随着短焦摄像头捕捉目标过程中的转动而转动，将长焦摄像头的初始位置设定在短焦摄像头视角范围内的中心位置处，减小将长焦摄像头转动至短焦摄像头实现范围内目标处的移动信息，减小长焦摄像头转动的时间，在短焦摄像头捕捉到目标后及时让长焦摄像头进行拍摄。

在上述基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统上，本发明还提供了一种基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪方法，包括以下步骤：

S1，控制器控制第一电机带动支撑台上的第一转台转动，让第一转台带动短焦摄像头转动，由短焦摄像头捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，控制器将目标图像存储至存储模块，第一转台带动其上第二转台上长焦摄像头一起转动；

S2，控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头视角范围内的目标坐标，控制器内预存有长焦摄像头光轴在短焦摄像头视角范围内的初始坐标，控制器控制计算模块根据初始坐标和目标坐标计算长焦摄像头的移动信息；

S3，控制器根据移动信息控制第二电机带动第二转台转动，第二转台带动长焦摄像头转动至目标坐标上，让长焦摄像头捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器，控制器将跟踪图像存储至存储模块。

本方法通过长焦摄像头捕捉目标坐标处的跟踪图像发送至控制器，短焦摄像头先在大范围内捕捉到目标位置，保证能够及时捕捉到目标，然后再由长焦摄像头捕捉目标的清晰图像，保证捕捉目标的清晰性，同时保证拍摄目标视野的广度和目标的清晰度。

进一步，还包括步骤S4，控制器控制升降机构带动长焦摄像头在上下方向上移动至目标坐标处，控制器控制升降机构带动长焦摄像头在上下方向上移动至目标坐标处，控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头复位至初始位置，初始位置为短焦摄像头视角范围内的中心位置处。

在捕捉到目标后，保持长焦摄像头位于短焦摄像头视角范围内的中心位置处，减小将长焦摄像头转动至短焦摄像头实现范围内目标处的移动信息，减小长焦摄像头转动的时间，在短焦摄像头捕捉到目标后及时让长焦摄像头进行拍摄。

附图说明

图1为本基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统实施例的立体结构示意图；

图2为图1中长焦摄像头和短焦摄像头转动控制部分的示意性框图；

图3为本基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪方法的流程框图；

图4为本基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统另一实施例的主视图；

图5为图4结构的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明。

说明书附图中的附图标记包括：支撑台1、第一转台2、第二转台3、长焦摄像头4、短焦摄像头5、转杆6、擦杆7、防护罩8、擦拭块9。

基于长短焦摄像头5组的远距离目标跟踪系统，如图1和图2所示，包括支撑台1，支撑台1通过螺栓安装到使用环境中，支撑台1上安装有能旋转的长焦摄像头4、短焦摄像头5和控制器，控制器可用现有西门子s7-200型号的PLC控制器，支撑台1顶部转动连接有第一转台2，第一转台2上通过垫片固定安装有短焦摄像头5，短焦摄像头5用于捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头5视角范围内的目标坐标，支撑台1内安装有带动第一转台2转动的第一电机，第一电机由控制器控制进行转动，第一转台2顶部转动连接有第二转台3，第二转台3上通过垫片固定安装有长焦摄像头4，长焦摄像头4和短焦摄像头5的光轴相互平行，第一转台2内安装有带动第二转台3转动的第二电机，第一电机和第二电机均使用现有GA16Y050型号的减速电机。

本系统还包括与控制器信号连接的计算模块和存储模块，控制器内预存有长焦摄像头4光轴在短焦摄像头5视角范围内的初始坐标，计算模块根据目标坐标和初始坐标计算长焦摄像头4的移动信息，第二电机由控制器根据移动信息控制进行转动，让第二电机带动第二转台3上的长焦摄像头4转动到目标坐标上，若长焦摄像头4具有竖直方向上的位移，第一转台2上安装有对第二转台3上下移位的升降机构，升降机构可用现有的伸缩气缸，控制器根据移动信息控制升降机构在上下方向上移动第二转台3，让第二转台3带动长焦摄像头4移动，长焦摄像头4捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器，控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头4复位至初始位置，初始位置位于短焦摄像头5视角范围内的中心位置处，例如短焦摄像头5的视角范围为120°，初始位置可设为视角范围的60°处，那么目标坐标可以视角范围内的角度，如目标坐标为45°处，计算模块在计算移动信息时将目标坐标减去初始位置即可，本实施例中将长焦摄像头4的视角范围定义为中心角，移动长焦摄像头4时让中心角对准目标，中心角位于短焦摄像头的视角范围中心位置处，控制器将获取的目标图像发送至存储模块存储，存储模块可用现有hts721010a9e630硬件存储模块，控制器将目标坐标和跟踪图像发送至存储模块存储。

在上述跟踪系统的基础上，本实施例还提供一种基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪方法，如图3所示，包括以下步骤：

S1，控制器控制第一电机带动支撑台1上的第一转台2转动，让第一转台2带动短焦摄像头5转动，由短焦摄像头5捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，控制器将目标图像存储至存储模块，第一转台2带动其上第二转台3上长焦摄像头4一起转动；

S2，控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头5视角范围内的目标坐标，控制器内预存有长焦摄像头4光轴在短焦摄像头5视角范围内的初始坐标，控制器控制计算模块根据初始坐标和目标坐标计算长焦摄像头4的移动信息；

S3，控制器根据移动信息控制第二电机带动第二转台3转动，第二转台3带动长焦摄像头4转动至目标坐标上，让长焦摄像头4捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器，控制器将跟踪图像存储至存储模块；

S4，控制器控制升降机构带动长焦摄像头在上下方向上移动至目标坐标处，控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头4复位至初始位置，初始位置为短焦摄像头5视角范围内的中心位置处。

本实施例中，由长焦摄像头4捕捉目标坐标处的跟踪图像发送至控制器，短焦摄像头5先在大范围内捕捉到目标位置，保证能够及时捕捉到目标，然后再由长焦摄像头4捕捉目标的清晰图像，保证捕捉目标的清晰性，同时保证拍摄目标视野的广度和目标的清晰度。

而且由于短焦摄像头5固定时的拍摄角度固定，同时让长焦摄像头4随着短焦摄像头5捕捉目标过程中的转动而转动，将长焦摄像头4的初始位置设定在短焦摄像头5视角范围内的中心位置处，减小将长焦摄像头4转动至短焦摄像头5实现范围内目标处的移动信息，减小长焦摄像头4转动的时间，在短焦摄像头5捕捉到目标后及时让长焦摄像头4进行拍摄。

在另一实施例中，与上述实施例的区别在于，如图4和图5所示，第一转台2上焊接有相邻于第二转台3的转杆6，转杆6与第二转台3间具有空隙，转杆6端部焊接有L形的擦杆7，擦杆7端部焊接有U形的防护罩8，防护罩8位于短焦摄像头5视角范围的边沿处，防护罩8能够在顶部与底部上遮挡住长焦摄像头4，防护罩8的内壁上粘接有弹性的擦拭块9，第二转台3顶端上固定安装有给长焦摄像头4照明的透射灯，透射灯的供电电路上电连接有开关三极管，开关三极管信号连接控制器。

控制器电连接有匹配模块，控制器收到跟踪图像后控制第二电机带动第二转台3向短焦摄像头5视角范围的边沿侧转动，让第二转台3带动长焦摄像头4转动入防护罩8内，由防护罩8内的擦拭块9对长焦摄像头4进行清洁，擦拭掉长焦摄像头4表面的灰尘，保持长焦摄像头4的清晰度，控制器在长焦摄像头4转动入防护罩8内后控制第二电机带动长焦摄像头4转动到目标处，控制器再次获取长焦摄像头4在清洁后的二次图像，控制器将跟踪图像与二次图像发送至匹配模块，匹配模块从跟踪图像中获取跟踪清晰度值并发送至控制器，匹配模块从二次图像中获取二次清晰度值并发送至控制器，匹配模块可用现有的Tenengrad梯度函数得到清晰度值，控制器将跟踪清晰度值和二次清晰度值相减得到清晰度差值，控制器在清晰度差值大于阈值时控制开关三极管导通，开关三极管可用现有FHT9013Y-ME型号的产品，让透射灯连通电源并给长焦摄像头4照明。

控制器控制第二电机带动长焦摄像头4转动进入防护罩8内后再转处防护罩8的过程中，防护罩8内的擦拭块9对长焦摄像头4进行清洁，避免长焦摄像头4因积累了环境中的粉尘脏污后使图像模糊，提高长焦摄像头拍摄的跟踪图像的清晰度，同时，通过对比长焦摄像头4拍摄前和拍摄后图像的清晰度来判断图像的模糊是否由环境引起，当长焦摄像头4清洁前后的拍摄图像的清晰度差值大于阈值时，阈值可根据环境能见度保持刚好能够看见目标时的清晰度值，表示环境能见度低导致图像不清晰，并在环境能见度较低时打开透射灯对图像的拍摄过程进行照明，避免环境的能见度较低时无法跟踪目标并获得清晰的目标图像，同时透射灯的光线还能对目标以外的鸟类动物进行驱逐，防止目标混淆。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (6)

1.基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，包括支撑台，所述支撑台上设有能旋转的长焦摄像头、短焦摄像头和控制器，其特征在于：还包括与控制器信号连接的计算模块，所述长焦摄像头和短焦摄像头的光轴相互平行，所述短焦摄像头用于捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，所述控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头视角范围内的目标坐标，所述控制器内预存有长焦摄像头光轴在短焦摄像头视角范围内的初始坐标，所述计算模块根据目标坐标和初始坐标计算长焦摄像头的移动信息，所述控制器根据移动信息控制长焦摄像头转动到目标坐标上，所述长焦摄像头捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器。

2.根据权利要求1所述的基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，其特征在于：还包括存储模块，所述控制器将获取的目标图像发送至存储模块存储，所述控制器将目标坐标和跟踪图像发送至存储模块存储。

3.根据权利要求1所述的基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，其特征在于：所述支撑台顶部设有第一转台，所述短焦摄像头位于第一转台上，所述支撑台设有带动第一转台转动的第一电机，所述第一电机由控制器控制进行转动，所述第一转台顶部设有第二转台，所述长焦摄像头位于第二转台上，所述第一转台内设有带动第二转台转动的第二电机，所述第二电机由控制器根据移动信息控制进行转动。

4.根据权利要求3所述的基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪系统，其特征在于：所述第一转台上设有带动第二转台上下移位的升降机构，所述控制器根据移动信息控制升降机构在上下方向上移动第二转台，所述控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头复位至初始位置，所述初始位置位于短焦摄像头视角范围内的中心位置处。

5.基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，控制器控制第一电机带动支撑台上的第一转台转动，让第一转台带动短焦摄像头转动，由短焦摄像头捕捉视角范围内的目标图像并发送至控制器，控制器将目标图像存储至存储模块，第一转台带动其上第二转台上长焦摄像头一起转动；

S2，控制器从目标图像中测量目标在短焦摄像头视角范围内的目标坐标，控制器内预存有长焦摄像头光轴在短焦摄像头视角范围内的初始坐标，控制器控制计算模块根据初始坐标和目标坐标计算长焦摄像头的移动信息；

S3，控制器根据移动信息控制第二电机带动第二转台转动，第二转台带动长焦摄像头转动至目标坐标上，让长焦摄像头捕捉目标坐标处目标的跟踪图像并发送至控制器，控制器将跟踪图像存储至存储模块。

6.根据权利要求5所述的基于长短焦摄像头组的远距离目标跟踪方法，其特征在于：还包括步骤S4，控制器控制升降机构带动长焦摄像头在上下方向上移动至目标坐标处，控制器在获取跟踪图像后控制第二电机带动长焦摄像头复位至初始位置，初始位置为短焦摄像头视角范围内的中心位置处。