CN111182210B - 一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机 - Google Patents

一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机。包括双目立体视觉分析相机、两个相机控制云台与两个变焦CCD摄像机和底座壳；双目立体视觉分析相机包括双目相机模组、DSP模块I和俯仰调节模块，双目相机模组通过螺栓固连在俯仰调节模块上，俯仰调节模块安装于底座壳上；两个相机控制云台水平布置并包含两个二自由度转台和两个DSP模块II，两个二自由度转台安装于底座壳上，两个变焦CCD摄像机分别固定在两个相机控制云台上。本发明将监控场景的深度分析引入到追踪相机中，同时实现了多目标追踪，为复杂场景实时监控和记录提供了技术手段，有利于提高监控设备利用效率。

Description

一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机
技术领域
本发明属于监控摄像机领域，具体涉及一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机。
背景技术
随着安防监控技术的发展和城市信息化的推进，监控相机已经广泛应用于商场、教室、会议室、路口等场景。传统固定式监控相机结构简单只能监控固定角度范围，而传统单目标追踪相机目标分析模块硬件设计单一，目标分析能力有限容易被场景干扰，且在追踪单目标时相机运动会丢失对全场景的监控，这不利于全面监控数据的保留和其余可疑目标的监控。在商场、教室、路口等复杂场景，存在对多目标进行高效检测跟踪的监控需求。
发明内容
为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，通过融入深度信息提升追踪相机的目标检测能力，并且设置两个云台相机实现对多目标跟踪的需求。
本发明采用的技术方案如下：
一、一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机
包括底座壳、双目立体视觉分析相机、两个相机控制云台与两个变焦CCD摄像机，底座壳底部设有支撑板；双目立体视觉分析相机包括双目相机模组、DSP模块I和俯仰调节模块，双目相机模组通过俯仰调节模块安装于支撑板上方。
两个相机控制云台位于支撑板下方且分布于支撑板两侧，每个相机控制云台包括两个同步带传动机构、底板、支撑侧架和DSP模块II；底板位于支撑板下方，底板下表面安装有DSP模块II，支撑侧架竖直固定于底板下表面；两个同步带传动机构分别为水平同步带传动机构和竖直同步带传动机构；水平同步带传动机构包括大带轮I、小带轮I和电机I，底板上表面通过螺栓安装有大带轮I，支撑板上安装有电机I，电机I的输出轴向下穿出支撑板与小带轮I通过键相连，大带轮I和小带轮I之间通过同步带相连，大带轮I的带轮轴通过轴承安装于支撑板上；竖直同步带传动机构包括大带轮II、小带轮II和电机II，竖直支撑侧架通过带轮轴安装有呈竖直状态布置的大带轮II和小带轮II，大带轮II和小带轮II之间通过同步带相连，小带轮II与安装于支撑侧架上的电机II通过键相连。
两个变焦CCD摄像机分别安装于左右两个相机控制云台上，每个变焦CCD摄像机包括摄像机机芯和摄像机安装架，相机控制云台的大带轮II上通过螺栓安装有摄像机安装架，摄像机安装架通过螺栓固定有摄像机机芯。
电机I带动小带轮I转动的同时带动大带轮I转动，整个相机控制云台在大带轮I的带动下实现绕竖直轴方向旋转；电机II带动小带轮II转动的同时带动大带轮II转动，变焦CCD摄像机在大带轮II的带动下实现绕水平轴方向旋转，从而实现相机控制云台的二自由度转动。
所述俯仰调节模块包括舵机和俯仰调节架，舵机安装于支撑板上且与DSP模块I相连，俯仰调节架底部安装于舵机的输出轴，俯仰调节架顶部固定有双目相机模组，舵机通过带动俯仰调节架上下旋转实现双目相机模组的俯仰调节，用于适配不同的安装高度调整可视范围。
所述支撑侧架上安装有微动开关，摄像机安装架设有一位于微动开关下方的挡块，摄像机安装架旋转至挡块与微动开关相接触时，变焦CCD摄像机处于归零位置，完成变焦CCD摄像机的归零校正。
所述底座壳下端通过螺栓安装有外壳，两个相机控制云台均位于外壳内。
外壳采用透明材质，用于保护变焦CCD摄像机防止污染、破坏。
所述双目相机模组通过数据线与DSP模块I相连，双目相机模组用于对监控拍摄场景进行采样；DSP模块I通过数据线与DSP模块II相连，DSP模块II与电机I和电机II相连。
所述DSP模块I用于对双目相机模组采样获取的图像进行分析，计算监控场景的深度信息和待追踪目标。所述DSP模块II用于控制相机控制云台的二自由度转动。
两个变焦CCD摄像机用于拍摄记录高质量监控视频图像。
二、采用上述双目分析双云台多目标跟踪摄像机的工作方法
包括以下步骤：
步骤1)通过双目立体视觉分析相机获取连续帧图像，DSP模块I对连续帧图像中的前后两帧左目图像使用帧间差分法进行计算获得图像中运动目标的轮廓图像；
步骤2)对运动目标的轮廓图像进行二值化处理后通过中值滤波去除噪点，随后依次进行形态学填充、膨胀和腐蚀操作确定待检测区域；
步骤3)对后一帧左右目图像通过双目立体视觉计算深度图，根据深度图排除待检测区域中的伪目标后确定最终待检测区域；
步骤4)将最终待检测区域对应至后一帧左目图像，在后一帧左目图像中标记最终待检测区域中的待追踪目标，即获得确定待追踪目标的待检测目标图；
步骤5)DSP模块I通过数据线将待检测目标图传输至DSP模块II；当待检测目标图监测到单个待追踪目标时，DSP模块II通过控制右侧相机控制云台运动使得右变焦CCD摄像机锁定跟踪拍摄待追踪目标，控制左侧相机控制云台的左侧变焦CCD摄像机监控全景；当待检测目标图监测到多个待追踪目标时，使得右侧变焦CCD摄像机在右侧相机控制云台的控制下锁定跟踪拍摄多目标的最小外接矩形区域，通过左侧相机控制云台控制左变焦CCD摄像机监控全景。
所述步骤3)中的伪目标是深度信息为平面的检测区域，具体为电子显示屏或镜面反射。
双目立体视觉分析相机未监测到目标时，DSP模块II控制左、右两个相机控制云台张开呈60°夹角使得变焦CCD摄像机监控大范围场景。
本发明的有益效果：
(1)通过双目立体视觉分析相机的设计可以获取场景的深度图，提升对待追踪目标的辨识度和检测可靠性。
(2)通过设计两个变焦CCD摄像机可以实现追踪拍摄单个目标同时对场景进行监控，也可以实现同时追踪多个目标，可用范围广。
(3)本发明不仅具有传统单目标追踪相机的全部功能，还能在无目标触发时通过控制两个变焦CCD摄像机拍摄角度实现大视角的监控。
附图说明
图1为本发明实施例的立体图；
图2为本发明实施例的正视图；
图3为本发明实施例的左视图；
图4为本发明实施例的俯视图；
图5为本发明实施例的仰视图；
图6为本发明实施例的双目立体视觉相机安装图；
图7为本发明实施例的同步带传动机构安装图；
图8为本发明实施例的变焦CCD摄像机安装图；
图9为本发明实施例的工作流程图；
图10为本发明实施例的图像处理结果图。
图中：底座壳-1；双目相机模组-2；电机I-3；俯仰调节模块-4；大带轮I-5；底板-6；电机II-7；小带轮II-8；摄像机安装架9；摄像机机芯-10；外壳-11；大带轮II-12；微动开关-13；支撑侧架-14；光电开关-15；DSP模块II-16；遮光片-17；轴承-18；带轮轴-19；DSP模块I-20；舵机-21；俯仰调节架-22；小带轮I-23。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、图2、图3和图4所示，本发明包括双目立体视觉分析相机、两个相机控制云台与两个变焦CCD摄像机和底座壳1；双目立体视觉分析相机包括双目相机模组2、DSP模块I20和俯仰调节模块4，双目相机模组2通过螺栓固连在俯仰调节模块4上，用于对监控拍摄场景进行采样，DSP模块I20用于对采样获取的图像进行分析，计算监控场景深度和追踪目标，俯仰调节模块4安装于底座壳1上，用于控制采样角度和范围；两个相机控制云台水平布置并包含两个二自由度转台和两个DSP模块II16，二自由度转台安装于底座壳1上，用于控制变焦CCD摄像机对目标进行跟踪拍摄，DSP模块II16用于控制二自由度转台运动，两个变焦CCD摄像机分别固定在两个相机控制云台上用于拍摄记录高质量监控视频图像。
如图5和图6所示，双目立体视觉分析相机包括双目相机模组2、DSP模块I20和俯仰调节模块4，双目相机模组2光轴平行通过螺栓固连在俯仰调节模块4上，并通过数据线与DSP模块I20相连，用于对监控拍摄场景进行采样，DSP模块I20用螺栓固定在底座壳1上，接收双目相机图像信息，并结合帧间差、光流等信息分析待检测目标区域，随后利用三角测量原理计算待检测目标区域的深度图排除干扰，确定最终追踪目标和区域后通过数据线传递给相机控制云台的DSP模块II16。
如图5和图6所示，俯仰调节模块包括舵机21和俯仰调节架22，舵机21安装在底座壳1上，俯仰调节架22与舵机21相连，双目相机模组2安装在俯仰调节架22上，通过控制舵机21的转动实现准确的俯仰调节，用于适配不同的安装高度调整可视范围。
如图7所示，二自由度转台包含两个同步带传动机构、底板6、支撑侧架14和DSP模块II16，支撑侧架14通过螺栓安装到底板6上，第一个同步带传送机构通过电机上的螺孔安装在底座壳1上，实现绕垂直方向的旋转自由度，第二个同步带传送机构通过电机上的螺孔安装到支撑侧架14上，实现绕水平方向的旋转自由度，DSP模块II16通过螺栓安装在底板上，用于控制两级同步带传动机构实现二自由度转动。
如图7所示，相机控制云台底板上设置了光电开关15，底座壳1设置了遮光片17，在第一个同步带传送机构带动底板旋转过程中，当遮光片17遮挡住光电开关15时，相机第一同步传动机构的位置实现归零校正。
如图7所示，同步带传动机构包括电机3、同步带、大带轮、小带轮、带轮轴19和轴承18，电机与小带轮通过键连接，大带轮与带轮轴19通过键连接，带轮轴19直接与轴承18连接，同步带安装在大带轮与小带轮上，使用同步带传动机构实现了平稳准确的运动传递，保证了变焦CCD摄像机追踪过程移动的平稳性和准确性。
如图8所示，变焦CCD摄像机包含变焦CCD摄像机、摄像机安装架9、微动开关10和外壳11，变焦CCD摄像机通过螺栓固定在摄像机安装架9上，摄像机安装架9通过螺栓安装在第二个同步带传送机构的大带轮上，微动开关10通过螺栓安装在第二同步带传送机构的支撑侧架14上，摄像机安装架上设计了凸起机构用于触发微动开关10用于对变焦CCD摄像机的位置进行归零校正，外壳11通过螺栓安装在底座壳1上用于保护变焦CCD摄像机防止污染、破坏。
具体实施例：
如图10所示，DSP模块I20对双目立体视觉分析相机获取的连续图像帧①双目相机左目帧1和②双目相机左目帧2使用帧间差分法计算获得图a运动轮廓，随后对运动轮廓进行二值化得到图b，之后进行中值滤波去除噪点得到图c，其次进行形态学填充补全小面积得到图d，进行形态学膨胀得到图e，进行形态学腐蚀即获得待检测区域图f，DSP模块I20对双目立体视觉分析相机获取的②双目相机左目帧2和对应的③双目相机右目帧2使用模板匹配与三角测量法计算获得深度图g，对图f中待检测区域排除掉电子显示屏、镜面反射等深度信息为平面的干扰后确定最终待追踪目标所在区域图h，对应至原图即可获得待检测目标图i，并通过数据线传递给相机控制云台的DSP模块II16。
如图9所示，整个双目分析双云台多目标跟踪摄像机多目标追踪的流程如下：双目立体视觉分析相机持续监测待追踪目标，DSP模块I20通过分析前后两帧图像判断是否检测到目标或检测到单目标还是多目标，并将分析结果实时传输至DSP模块II16，DSP模块II16根据传输结果对场景实现实时监控：
在未检测到目标时，云台的DSP模块II16控制左、右相机云台张开呈60°夹角监控大范围的场景。
在检测到单目标时，控制右侧相机云台运动，使得右变焦CCD摄像机在两级同步带传动机构控制下锁定跟踪拍摄目标区域，控制左侧相机云台转至正前方使得左变焦CCD摄像机监控全景。
在检测到多目标时，如果未设置监控全景则控制左、右相机云台使得两个变焦CCD摄像机在两级同步带传动机构控制下分别锁定跟踪拍摄两个指定目标，如果设置了监控全景则控制右侧相机云台运动，使得右变焦CCD摄像机在两级同步带传动机构控制下锁定跟踪拍摄指定单目标或多目标的最小外接矩形区域，控制左侧相机云台转至正前方使得左变焦CCD摄像机监控全景。
以上所揭露的仅为本发明的一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：包括底座壳(1)、双目立体视觉分析相机、两个相机控制云台与两个变焦CCD摄像机，底座壳(1)底部设有支撑板；
双目立体视觉分析相机包括双目相机模组(2)、DSP模块I(20)和俯仰调节模块(4)，双目相机模组(2)通过俯仰调节模块(4)安装于支撑板上方；
两个相机控制云台位于支撑板下方且分布于支撑板两侧，每个相机控制云台包括两个同步带传动机构、底板(6)、支撑侧架(14)和DSP模块II(16)；底板(6)位于支撑板下方，底板(6)下表面安装有DSP模块II(16)，支撑侧架(14)竖直固定于底板(6)下表面；两个同步带传动机构分别为水平同步带传动机构和竖直同步带传动机构；水平同步带传动机构包括大带轮I(5)、小带轮I(23)和电机I(3)，底板(6)上表面通过螺栓安装有大带轮I(5)，支撑板上安装有电机I(3)，电机I(3)的输出轴向下穿出支撑板与小带轮I(23)通过键相连，大带轮I(5)和小带轮I(23)之间通过同步带相连，大带轮I(5)的带轮轴通过轴承(18)安装于支撑板上；竖直同步带传动机构包括大带轮II(12)、小带轮II(8)和电机II(7)，竖直支撑侧架(14)通过带轮轴安装有呈竖直状态布置的大带轮II(12)和小带轮II(8)，大带轮II(12)和小带轮II(8)之间通过同步带相连，小带轮II(8)与安装于支撑侧架(14)上的电机II(7)通过键相连；
两个变焦CCD摄像机分别安装于左右两个相机控制云台上，每个变焦CCD摄像机包括摄像机机芯(10)和摄像机安装架(9)，相机控制云台的大带轮II(12)上通过螺栓安装有摄像机安装架(9)，摄像机安装架(9)通过螺栓固定有摄像机机芯(10)。
2.根据权利要求1所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：电机I(3)带动小带轮I(23)转动的同时带动大带轮I(5)转动，整个相机控制云台在大带轮I(5)的带动下实现绕竖直轴方向旋转；电机II(7)带动小带轮II(8)转动的同时带动大带轮II(12)转动，变焦CCD摄像机在大带轮II(12)的带动下实现绕水平轴方向旋转，从而实现相机控制云台的二自由度转动。
3.根据权利要求1所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：所述俯仰调节模块(4)包括舵机(21)和俯仰调节架(22)，舵机(21)安装于支撑板上，俯仰调节架(22)底部安装于舵机(21)的输出轴，俯仰调节架(22)顶部固定有双目相机模组(2)，舵机(21)通过带动俯仰调节架(22)上下旋转实现双目相机模组(2)的俯仰调节。
4.根据权利要求1所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：所述支撑侧架(14)上安装有微动开关(13)，摄像机安装架(9)设有一位于微动开关(13)下方的挡块，摄像机安装架(9)旋转至挡块与微动开关(13)相接触时，变焦CCD摄像机处于归零位置，完成变焦CCD摄像机的归零校正。
5.根据权利要求1所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：所述底座壳(1)下端通过螺栓安装有外壳(11)，两个相机控制云台均位于外壳(11)内。
6.根据权利要求1所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机，其特征在于：所述双目相机模组(2)通过数据线与DSP模块I(20)相连，双目相机模组(2)用于对监控拍摄场景进行采样；DSP模块I(20)通过数据线与DSP模块II(16)相连，DSP模块II(16)与电机I(3)和电机II(7)相连。
7.采用权利要求1～6任一所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1)通过双目立体视觉分析相机获取连续帧图像，DSP模块I(20)对连续帧图像中的前后两帧左目图像使用帧间差分法进行计算获得图像中运动目标的轮廓图像；
步骤2)对运动目标的轮廓图像进行二值化处理后通过中值滤波去除噪点，随后依次进行形态学填充、膨胀和腐蚀操作确定待检测区域；
步骤3)对后一帧左右目图像通过双目立体视觉计算深度图，根据深度图排除待检测区域中的伪目标后确定最终待检测区域；
步骤4)将最终待检测区域对应至后一帧左目图像，在后一帧左目图像中标记最终待检测区域中的待追踪目标，即获得确定待追踪目标的待检测目标图；
步骤5)DSP模块I(20)通过数据线将待检测目标图传输至DSP模块II(16)；当待检测目标图监测到单个待追踪目标时，DSP模块II(16)通过控制右侧相机控制云台运动使得右变焦CCD摄像机锁定跟踪拍摄待追踪目标，控制左侧相机控制云台的左侧变焦CCD摄像机监控全景；当待检测目标图监测到多个待追踪目标时，使得右侧变焦CCD摄像机在右侧相机控制云台的控制下锁定跟踪拍摄多目标的最小外接矩形区域，通过左侧相机控制云台控制左变焦CCD摄像机监控全景；
所述步骤3)中的伪目标是深度信息为平面的检测区域，具体为电子显示屏或镜面反射。
8.根据权利要求7所述的一种双目分析双云台多目标跟踪摄像机的工作方法，其特征在于：双目立体视觉分析相机未监测到目标时，DSP模块II(16)控制左、右两个相机控制云台张开呈60°夹角使得变焦CCD摄像机监控大范围场景。
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