CN112449113A - 一种物体位置捕捉系统及物体运动轨迹捕捉方法 - Google Patents

一种物体位置捕捉系统及物体运动轨迹捕捉方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于动态捕捉技术领域，特指一种物体位置捕捉系统及利用该种系统实现物体运动轨迹捕捉的方法，一种物体位置捕捉系统，包括云台，其包括有模块一和模块二；模块一，模块一周侧布置有至少两个捕捉摄像头；每个所述捕捉摄像头分别设定一定的预设拍摄视角；每个捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像；所述云台内设置有控制系统，控制系统将捕捉摄像头拍摄到的多组图像先通过算法识别出运动物体，再计算出运动物体在图像中的位置，然后生成指令；模块二，其用于承载功能部件，并根据控制系统的指令进行转动，使得功能部件在模块二的带动下运动至对应位置，实现实时跟踪运动物体。

Description

一种物体位置捕捉系统及物体运动轨迹捕捉方法
技术领域
本发明属于动态捕捉技术领域，特指一种物体位置捕捉系统及利用该种系统实现物体运动轨迹捕捉的方法。
本申请是针对专利号为2017103223683专利的分案。
背景技术
目前，通过图像分析来跟踪运动物体在监控领域的运动轨迹已经得到广泛的运用，市面上大多都是以一个监控摄像头配合可运动的云台来实现。
如专利号为201520557981X的专利，其具体公开了一种通过摄像头识别并捕捉运动物体的技术方案。
但是上述技术方案由于只有一个摄像头，只能放在高处且角落的位置才能得到最大视野，因而存在识别角度上的限制。当运动物体运动的范围超过摄像头捕捉的有效范围之后就不能发挥作用，因此会存在较多的死角区域。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有多个摄像头，能够实现实时分析处理图像，并能实现实时跟踪效果的物体位置捕捉系统及利用该种系统实现物体运动轨迹捕捉的方法。
本发明的目的是这样实现的：一种物体位置捕捉系统，包括
云台，其包括有模块一和模块二；
模块一，模块一周侧布置有至少两个捕捉摄像头；
每个所述捕捉摄像头分别设定一定的预设拍摄视角；每个捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像；
所述云台内设置有控制系统，控制系统将捕捉摄像头拍摄到的多组图像先通过算法识别出运动物体，再计算出运动物体在图像中的位置，然后生成指令；
模块二，其用于承载功能部件，并根据控制系统的指令进行转动，使得功能部件在模块二的带动下运动至对应位置，实现实时跟踪运动物体。
优选地，所述功能部件是拍摄摄像头。
优选地，所有捕捉摄像头的镜头对外拍摄视角总和≥360°,所述控制系统将捕捉摄像头拍摄到的多组图像合成一张显示周边360°的全景图像，算法通过识别全景图像中的运动物体并计算出其在全景图像中的位置，进而生成指令。
优选地，所述模块二包括一个可进行翻转的基座，基座可旋转设置在所述模块一内，基座用于安装所述功能部件。
优选地，所述云台上方安装有翻转模块，所述云台内安装有电机模块，电机模块用于接收控制系统传过来的指令并驱动所述翻转模块进行周向旋转；
所述基座在翻转模块和电机模块的驱动下进行水平或垂直方向上转动。
优选地，所述翻转模块上方还可拆卸安装有夹持模块，夹持模块上部开设有卡槽，并通过卡槽夹持功能部件。
优选地，所述控制系统包括有图像合成模块和图像处理模块；
所述图像合成模块用于将捕捉摄像头模块拍摄的图像合成一张图像；
图像处理模块用于运用算法计算出运动物体所在角度，并将角度传送给云台内的控制模块，电机模块通过控制模块给出的信号驱动基座旋转。
优选地，所述模块二上安装有拍摄摄像头，拍摄摄像头可拆卸安装在所述翻转模块上。
优选地，所述全景图像沿水平方向上等分有X个坐标，水平角度设定为360°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的水平坐标为从0°开始的第M个点，则运动物体的中心所在位置实际水平角度α为：
Figure BDA0002791014110000031
所述全景图像沿竖直方向上等分成Y个坐标，一张合成全景图像的竖直角度设定为90°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的竖直坐标为从0°开始的第N个点，则运动物体的中心所在位置实际竖直角度β为：β＝N÷Y×90°。
一种物体运动轨迹捕捉方法，包括上述任一项所述的物体位置捕捉系统；
步骤一：云台上的捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像；
步骤二：图像处理模块通过算法对比一组所述图像中前后的差异，从而识别出运动物体；
步骤三：图像处理模块通过算法计算出运动物体在图像中的位置的实际水平角度α和实际竖直角度β；
步骤四：云台内的控制模块将步骤三中测算出的角度α和角度β传输给传送给云台内部的电机模块，所述拍摄摄像头在电机模块的驱动下旋转对准所述角度α和角度β。
优选地，在步骤二中，云台内的图像合成模块将捕捉摄像头拍摄到的多组图像合成一张显示周边360°的全景图像；
所述图像处理模块通过对比多张全景图像，从而识别出运动物体。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
1、本发明通过两个或三个以上的捕捉摄像头进行图像采集，并将采集的图像传输给控制模块进行图像处理合成(即多张图片的全景图片合成)，通过对合成的图片的分析，控制模块进行判断物体的运动轨迹，并将运动轨迹转化为指令发送给云台内部的控制系统，再带动拍摄摄像头旋转并对准所测算出来的角度上，从而实现运动物体实时跟踪的效果。
多个摄像头的设计，可以实现360°无死角智能跟踪检测，在最大角度范围内捕捉运动物体，同时物体所在位置的角度可以实时地传输给控制模块，控制模块做出判断并将运动指令传输给云台电机，运动捕捉可以做到及时、稳定、可靠；多个摄像头和云台电机的设计可以实现实时跟踪，运动无顿促感，体验佳。
2、本发明所使用的摄像头采用高清摄像头，排除了手机或平板自身摄像头像素低或模糊不清的干扰，自动跟踪系统通过图像的分析处理，可以定点到以下几个位置：a、定点到运动物体本色；b、定点到人脸；c、定点到颜色；d、定点到屏幕中的一块区域等。相对于传统的云台相机或跟踪系统，自动跟踪功能更加丰富。且相对于采用有源跟踪技术，由于物体身上不需要佩戴红外发射器，使用更加方便，使用范围也更加广阔。
3、本发明在传统云台的水平旋转功能上添加了垂直翻转功能，通过垂直翻转机构，可以调节手机、平板在云台上的垂直视角，大大增加了拍摄角度。
4、本发明可以结合其自动跟踪和手动跟踪的功能制作微电影、小视频，也可以用于视频会议、视频通话，同时还能实现家庭智能监控安全卫士等功能，并且均能呈现出较佳的效果。
附图说明
图1是本发明的系统模块图；
图2是本发明的方法步骤流程图；
图3是本发明较佳的实施方式捕捉物体运动轨迹过程示意图一；
图4是本发明较佳的实施方式捕捉物体运动轨迹过程示意图二；
图5是本发明较佳的实施方式捕捉摄像头拍摄的图像示意图；
图6是本发明较佳的实施方式图像合成模块将多张图像合成一张的示意图；
图7是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的结构示意图；
图8是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的云台主体的爆炸视图；
图9是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的云台主体的俯视图；
图10是图9的A-A向截面结构示意图；
图11是图10的局部放大图一；
图12是图10的局部放大图二；
图13是图9的B-B向截面结构示意图；
图14是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的翻转模块及运动基座的结构爆炸视图；
图15是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的翻转模块及运动基座的结构俯视图；
图16是是图15的C-C截面结构示意图；
图17是运用本发明的方法进行图像分析的实施例的音频系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-图17：
参照图3，在本发明的一种较佳的实施方式中，一个物体位置捕捉系统，具体是一个电子云台系统包括：多个捕捉摄像头，优选为四个捕捉摄像头，分别为a、b、c、d，四个捕捉摄像头围绕云台的模块一外周排布，四个捕捉摄像头分别设定一定的预设拍摄视角θ，所有拍摄视角的总和≥360°；所述云台上安装有可沿水平轴和竖直轴翻转的模块二，模块二上设置有拍摄摄像头，拍摄摄像头在模块二的驱动下进行水平或垂直方向上的转动；所述云台内还设置有控制系统，能够将捕捉摄像头采集的物体图像进行分析并判断物体运动轨迹，并且控制系统能够将该运动轨迹化为指令传送给云台内部的电机模块，从而驱动翻转模块带动拍摄摄像头进行旋转跟踪。
其具体方法包括以下步骤：
步骤一：云台上a、b、c、d四个捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像，分别对应为A、B、C、D，此时拍摄摄像头e朝向任意位置，如图3所示；
步骤二：云台内的图像合成模块将捕捉摄像头拍摄到的多组图像合成一张图像，如图5和图6所述；
步骤三：图像处理模块通过算法计算出运动物体在图像中的位置的角度α，所述算法如下：
将合成的全景图像沿水平方向上等分成X个坐标，一张合成全景图像的水平角度设定为360°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的水平坐标为从0°开始的第M个点，则运动物体的中心所在位置实际水平角度α为：
Figure BDA0002791014110000071
将合成的全景图像沿竖直方向上等分成Y个坐标，一张合成全景图像的竖直角度设定为90°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的竖直坐标为从0°开始的第N个点，则运动物体的中心所在位置实际竖直角度β为：β＝N÷Y×90°。
步骤四：云台内的控制模块将步骤三中测算出的角度α传输给传送给云台内部的电机模块，所述拍摄摄像头在电机模块的驱动下旋转对准所述角度α和角度β，即对准运动物体的中心位置，如图4所示；根据物体的运动，测算出物体的实时运动角度，实现拍摄摄像头对运动物体的实时跟踪并合成出运动物体的运动轨迹。
其中所述拍摄摄像头为手机的摄像头或平板电脑的摄像头或相机的摄像头，在本实施例中所述图像合成模块、图像处理模块以及控制模块可选用MCU(微控制单元或单片机)。
作为运用本发明的方法进行图像处理分析的一种实施例：一种智能云台，包括云台主体1，云台主体1沿其外周表面周向设置有两个以上的摄像头模块33，优选为四个，四个摄像头均匀分布在所述云台主体1外周，可以完成360°全方位的智能跟踪监测，扩大了跟踪检测视角。所述云台主体1中部还安装有翻转模块4，翻转模块4下部的云台主体1内安装有电机模块，电机模块驱动所述翻转模块进行周向旋转。
所述翻转模块4包括翻转主体41和支撑框架42，支撑框架42固定在所述电机模块2的电机轴上，翻转主体41转动安装在支撑框架42上；所述支撑框架42内安装有位置传感器43，支撑框架42内设有驱动翻转主体41摆动的驱动电机44，所述云台主体1内还设置有控制模块，所述摄像头模块33将物体图像采集后通过控制模块对图像进行分析并判断物体运动轨迹，控制模块将运动轨迹化为指令传送给所述电机模块2，电机模块2驱动翻转模块4进行翻转。
所述云台主体1外周表面上还设置有显示屏34；在工作过程中，显示屏34上可以显示出系统目前的工作模式以及系统的相关性能信息，便于实时监控系统，或更换模式等。
所述翻转模块4上方还可拆卸安装有夹持模块5，夹持模块5上部开设有卡槽，卡槽用来夹持手机或平板或相机，夹持模块5可根据实际所安装的手机或平板或相机的尺寸进行更换。
所述云台主体1包括运动基座3，运动基座3开设有两个以上的安装孔35，安装孔35内设有摄像头固定架36，所述摄像头模块33安装在该摄像头固定架36内，摄像头模块33后方还压设有固定泡棉37，固定泡棉材质较软，能够较好地保护摄像头，避免摄像头因为外界因素造成的震感而损坏；所述运动基座3上还开设有安装槽38，所述显示屏34卡装在该安装槽38内。所述运动基座3外周套设有环形装饰件39，环形装饰件39上对应所述摄像头模块33与所述显示屏34安装有摄像头护镜392和显示屏护镜，护镜的设置能够保护摄像头以及显示屏，还能避免摄像机镜头上因积累灰尘或杂质而导致拍摄画面效果不佳。
所述翻转主体41转动连接在所述支撑框架42上，翻转主体41内设置有从动件45，支撑框架42上设置有驱动从动件45的主动件46，主动件46在所述驱动电机44的驱动下带动翻转主体41进行垂直方向上的转动。本实施例中，从动件45采用齿条，主动件46为齿轮，齿轮与齿条相互啮合，齿轮在驱动电机44的驱动下进行旋转，带动齿条进行垂直方向上的运动。
所述支撑框架42两侧同轴设置有供转轴48穿过的轴孔一和轴孔二，所述转轴48内端位于轴孔内侧，转轴48可设置成一根或两根；转轴48外端周面上套设有预紧件，该预紧件优选为扭簧49，扭簧49一端抵在所述翻转主体41上，另一端抵在所述支撑框架42上，预紧件能够使翻转主体41始终受到一个方向上的预紧力作用，使翻转主体41受力均匀、统一，并且能够消除齿轮间隙，使运动更加平稳可靠。
所述电机模块2包括云台电机21和固定支架22，云台电机21上端安装在所述翻转模块4内，云台电机21下端安装在所述运动基座3上；固定支架22上端成型有安装凸台221，安装凸台221下方的固定支架22内安装有滑环24，所述固定支架22通过卡扣以及紧配方式固定安装在所述支撑框架42上，所述固定支架22位于所述位置传感器43下方。
所述控制模块在本实施例中为电路板40，电路板40上安装有所述位置传感器43，电路板40通过导线连接在所述驱动电机44和所述云台电机21上，位置传感器43能够进行360°旋转角度的精准检测。
所述翻转主体41上端开设有凹槽411，所述夹持模块5可拆卸安装在该凹槽411内，所述夹持模块5跟随着所述翻转主体41进行翻转。
所述云台主体1下方可拆卸安装有音频系统6，音频系统6上端设置有用于与云台主体1建立通讯的弹簧针61，所述云台主体1底座32下方对应该弹簧针61位置设置有底座安装孔，所述音频系统6周面上开设有收音孔62和若干个出声孔63，在收音孔63上方还设置有装饰灯64，收音孔62可进行5m距离内的有效收音，收音效果好，并且还能够对声音进行清晰地辨别。
所述云台主体1和音频系统6包括顶盖31、底座32和环形装饰件39，所述顶盖31下侧成型有台阶结构一311，底座32上侧成型有台阶结构二312，环形装饰件39内周成型有凸台结构391，所述凸台结构391卡接在所述台阶结构一311和台阶结构二312之间，所述顶盖31和底座32之间通过螺纹连接固定。通过顶盖和底座将环形装饰件39装夹在中间，然后顶盖和底座之间通过螺钉进行紧固，此种紧固模式也可用于所述音频系统6的结构上，能够起到更好的紧固效果，同时无需额外通过孔塞去遮盖安装孔，使外观更加美观。
本发明的工作原理：
本发明将捕捉摄像头模块、图像合成模块、图像处理模块、控制模块以及拍摄摄像头均安装在同一台设备(云台)上，通过多个捕捉摄像头模块对其预设拍摄视角捕捉图像，再将捕捉到的多张图像合成一张图像，完成图像采集后，再通过控制模块对图像进行分析并判断物体运动轨迹，控制模块将运动轨迹化为指令传送给云台内部的电机模块，从而实现运动物体实时跟踪的效果，由于捕捉的运动物体位置角度可以实时的传输给控制模块做出判断并将运动指令传输给电机模块，运动捕捉的及时性、稳定性和可靠性都大幅度提高。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种物体位置捕捉系统，其特征在于：包括
云台，其包括有模块一和模块二；
模块一，模块一周侧布置有至少两个捕捉摄像头；
每个所述捕捉摄像头分别设定一定的预设拍摄视角；每个捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像；
所述云台内设置有控制系统，控制系统将捕捉摄像头拍摄到的多组图像先通过算法识别出运动物体，再计算出运动物体在图像中的位置，然后生成指令；
模块二，其用于承载功能部件，并根据控制系统的指令进行转动，使得功能部件在模块二的带动下运动至对应位置，实现实时跟踪运动物体。
2.根据权利要求1所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述功能部件是拍摄摄像头。
3.根据权利要求1所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所有捕捉摄像头的镜头对外拍摄视角总和≥360°；所述控制系统将捕捉摄像头拍摄到的多组图像合成一张显示周边360°的全景图像，算法通过识别全景图像中的运动物体并计算出其在全景图像中的位置，进而生成指令。
4.根据权利要求1所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述模块二包括一个可进行翻转的基座，基座可旋转设置在所述模块一内，基座用于安装所述功能部件。
5.根据权利要求4所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述云台上方安装有翻转模块，所述云台内安装有电机模块，电机模块用于接收控制系统传过来的指令并驱动所述翻转模块进行周向旋转；
所述基座在翻转模块和电机模块的驱动下进行水平或垂直方向上转动。
6.根据权利要求5所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述翻转模块上方还可拆卸安装有夹持模块，夹持模块上部开设有卡槽，并通过卡槽夹持功能部件。
7.根据权利要求1所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述控制系统包括有图像处理模块；
图像处理模块用于运用算法计算出运动物体所在角度，并将角度传送给云台内的控制模块，电机模块通过控制模块给出的信号驱动基座旋转。
8.根据权利要求1所述的物体位置捕捉系统，其特征在于：所述模块二上安装有拍摄摄像头，拍摄摄像头可拆卸安装在所述翻转模块上；
所述全景图像沿水平方向上等分有X个坐标，水平角度设定为360°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的水平坐标为从0°开始的第M个点，则运动物体的中心所在位置实际水平角度α为：
Figure FDA0002791014100000021
所述全景图像沿竖直方向上等分成Y个坐标，一张合成全景图像的竖直角度设定为90°，所述捕捉摄像头捕捉到的运动物体的中心所在位置的竖直坐标为从0°开始的第N个点，则运动物体的中心所在位置实际竖直角度β为：β＝N÷Y×90°。
9.一种物体运动轨迹捕捉方法，其特征在于：包括权利要求1-8任一项所述的物体位置捕捉系统；
步骤一：云台上的捕捉摄像头以所述预设拍摄视角对其视角以内的区域捕捉一组图像；
步骤二：图像处理模块通过算法对比一组所述图像中前后的差异，从而识别出运动物体；
步骤三：图像处理模块通过算法计算出运动物体在图像中的位置的实际水平角度α和实际竖直角度β；
步骤四：云台内的控制模块将步骤三中测算出的角度α和角度β传输给传送给云台内部的电机模块，所述拍摄摄像头在电机模块的驱动下旋转对准所述角度α和角度β。
10.根据权利要求9所述的物体运动轨迹捕捉方法，其特征在于：在步骤二中，云台内的图像合成模块将捕捉摄像头拍摄到的多组图像合成一张显示周边360°的全景图像；
所述图像处理模块通过对比多张全景图像，从而识别出运动物体。
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