CN112532810A - 一种基于tof相机辅助的智能摄像系统及其摄像方法 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统及其摄像方法。该系统包含摄像模块、控制系统、供电系统、校正装置，该摄像模块包含主摄像机a，其用以拍摄被测物体，TOF辅助相机，其用以被测物体的定位，供电系统分别电性连接控制系统及摄像模块，用以提供其运行电能，其中，该系统工作时，TOF辅助相机，检测被测物体的当前位置信息并将其反馈至其电性连接的控制系统，控制系统基于TOF辅助相机反馈信息控制主摄像机。若基于TOF辅助相机反馈信息检测出被测物体发送横向位移时，控制系统通过控制校正装置调整主摄像机的姿势。这样确保被追踪物体始终处于主相机的中心点进行聚焦，放大，缩小。

Description

一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统及其摄像方法
技术领域
本发明涉及一种摄像系统，具体的涉及一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统及其摄像方法。
背景技术
目前摄像头追踪技术大多是基于2D camera进行边缘计算后选定目标进行追踪。该实施在应用于动态场合时往往精度达不到要求。另外基于2D camera进行边缘计算后选定目标进行追踪时若物体发送横向偏移时不能确保被追踪物体始终处于主相机的中心点进行聚焦和放大缩小。
由此，需要设计一种应用于动态追踪的能确保被追踪物体始终处于主相机的中心点进行聚焦和放大缩小的系统。
发明内容
有鉴于此，本发明提出基于TOF相机辅助的智能摄像系统及其摄像方法。通过该系统TOF辅助相机对外部环境整体扫描后，生成3D的实时数据同时把被测物体的深度信息实时反馈到与其连接的控制系统，控制系统接收并响应该信息控制与其连接的校正装置工作，确保被追踪物体始终处于主相机的中心点进行聚焦和放大缩小。
为实现上述目的，本发明采用如下方案，
一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统，其特征在于，包含摄像模块、控制系统、供电系统、校正装置，
所述摄像模块包含
主摄像机，其活动连接所述校正装置，用以拍摄被测物体，
TOF辅助相机，其用以被测物体的定位，
供电系统分别电性连接控制系统及摄像模块，用以提供其运行电能，
其中，所述智能摄像系统工作时，TOF辅助相机检测被测物体的当前位置信息并将其反馈至其电性连接的控制系统，所述控制系统基于TOF辅助相机反馈信息控制主摄像机调焦。
优选的，该TOF辅助相机检测被测物的横向位移信息，若检测被测物发生横向移动时将检出的信息反馈至所述控制系统，所述控制系统控制校正装置调整主摄像机的姿势。
优选的，该校正装置包含驱动电机，其电性连接所述控制系统并响应控制系统发送的指令动作调整主摄像机的姿势。
优选的，该驱动电机接收并响应所述控制系统的指令转动一定的齿轮数，使得被测物体始终处于主摄像机的中心点。
优选的，该摄像模块包含壳体，其内配置有主摄像机，其用以拍摄被测物体；TOF辅助相机，其用以被测物体的定位；底座，其通过连接件连接所述壳体，供电系统其分别电性连接主摄像机、TOF辅助相机，用以提供其运行电能。
优选的，该主摄像机的周边配置有复数个补光灯，所述TOF辅助相机的周边配置至少一个VCSEL激光发射器。
本申请实施例还提供一种基于TOF相机辅助的智能摄像机的摄像方法，其特征在于，包含上述的智能摄像系统，所述摄像方法包含如下步骤：
S1，摄像模块摄像被测物体，
S2，控制系统接收TOF辅助相机检测的被测物体的位移量信息并将其转换为主摄像机的变焦量，
S3，控制系统接收TOF辅助相机传输的横向信息并将其转换为电机调整量，
S4，校正装置接收并响应所述控制系统传输的电机调整量信息调整主摄像机的姿势，使得被追踪物体始终处于主摄像机的中心点进行聚焦、放大、缩小。
优选的，该S2中，还包含，
若TOF辅助相机未检测出被测物体发生位移、则以预设的频率继续以TOF的方式进行3D扫描识别；
若TOF辅助相机检测出被测物体发生位移并检测其位移量并将其反馈至于其连接的控制系统，控制系统接收并响应所述位移量基于预设的规则将其转换为变焦量并反馈至于其连接的主摄像机，所述主摄像接收并响应该变焦量来调整焦距。
优选的，该S3中，还包含，
若检出被测物进行横向移动，则所述TOF相机通过与之前数据的比较，计算出移动的距离并将移动的距离信息反馈到控制系统，所述控制系统接收并响应距离信息控制其电性连接的驱动电机转动预定的齿轮数，调整主摄像机的姿势，以确保被测物在主摄像机的中心点述使得追踪物体始终处于摄像的中心点。
优选的，该S1中还包含，所述TOF相机基于指令对其周边环境进行3D建模，并与主摄像机的画面建立映射，获得有深度数据的画面；
当对选定的物体进行拍摄时，以选定的物体为中心聚焦点进行相关图像拍摄，同时所述TOF相机以每秒一定的频率对VCSEL(垂直腔表面发射激光器Vertical CavitySurface Emitting Laser)激光发射器进行驱动，以获得实时的3D数据。
有益效果
相对于现有技术，本申请实施方式具有如下优点:该摄像机系统运行时基于TOF辅助相机实时检测的被测物体的位置信息并将其反馈给控制系统，控制系统控制校正装置实时的驱动电机旋转以调整主摄像机的姿势，这样确保被测物体(被追踪物体)始终处于主摄像机的中心点进行聚焦，放大、缩小。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本发明的原理。
图1为本发明一实施例的一种摄像系统功能模块示意图,
图1a为本发明一实施例的一种摄像系统结构示意图，
图2为图1的摄像系统用于摄像被测物体的功能示意图，
图3本发明一实施例的摄像系统的摄像流程示意图，
图4本发明一实施例的摄像系统的摄像方法流程示意图，
图5本发明一实施例的聚焦的示意图，
图6发明一实施例的摄像系统的相机旋转角度计算的示意图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
本申请实施方式提出一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统，该摄像具有包含主摄像机及TOF辅助相机，该主摄像机(也称主相机)负责拍摄被测物体，该TOF辅助相机用以被测物体(如，人体或其他特定物体)的定位，将跟踪结果反馈给主系统，再由控制系统实时驱动电机旋转以调整主摄像机的姿势，以便主相机进行拍摄。这样确保被测物体(被追踪物体)始终处于主相机的中心点进行聚焦，放大缩小。也即本申请提出的实施方式中，TOF辅助相机对外部环境整体扫描后，生成3D的实时数据，当接到上层命令后，负责对选取的被测物体进行跟踪，同时把物体的深度信息实时反馈到与其连接的控制系统，控制系统接收并响应该信息控制与其连接的校正装置工作，确保被追踪物体始终处于主相机的中心点进行聚焦和放大缩小。
接下来结合图1与图2来描述本申请实施方式提出的基于TOF辅助相机的智能摄像系统。如图1所示，该基于TOF相机辅助的智能摄像系统100，包含摄像模块101、控制系统102、供电系统103、校正装置104，该摄像模块101包含主摄像机101a，其用以拍摄被测物体，TOF辅助相机101b，其用以被测物体的定位，供电系统103分别电性连接控制系统102及摄像模块101，用以提供其运行电能，其中，该系统工作时，TOF辅助相机101b，检测被测物体的当前位置信息并将其反馈至其电性连接的控制系统102，该控制系统102基于TOF辅助相机101b反馈信息控制主摄像机101a。若基于TOF辅助相机101b反馈信息检测出被测物体发送横向位移时，控制系统102通过控制校正装置104来调整主摄像机101a的姿势。本实施方式中，主摄像机101a可活动的固定于该校正装置104，该校正装置104基于控制系统102的指令动作进行调整。较佳的，该校正装置104包含驱动电机，通过驱动电机的工作调整主摄像机101a的姿势。
如图1a所示，该摄像模块101，包含壳体，其上配置有主摄像机101a，其用以拍摄被测物体，TOF辅助相机101b，其用以被测物体的定位，供电系统配置于底座12内，其电性连接主摄像机101a、TOF辅助相机101b，用以提供其运行电能。主摄像机101a的周边配置有复数个补光灯101c(较佳的，补光灯101c对称的配置在主摄像机101a周边)。TOF辅助相机101b，配置有至少一个VCSEL激光发射器101d。该该摄像模块101通过连接件可旋转固定于基座12。
如图2所示，为该基于TOF相机辅助的智能摄像系统100拍摄被测物体200的示意图。
本申请实施还提供一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统的摄像方法。
如图3所示为智能摄像系统的摄像方法，其包含上述的系统，摄像方法包含如下步骤：
S1，摄像模块摄像被测物体，
S2，控制系统接收TOF辅助相机检测的被测物体的位移量信息并将其转换为主摄像机的变焦量，
S3，控制系统接收TOF辅助相机传输的横向信息并将其转换为电机调整量，
S4，校正装置接收并响应所述控制系统传输的电机调整量信息调整主摄像机的姿势，使得被追踪物体始终处于主摄像机的中心点进行聚焦、放大、缩小。
接下来结合图4来描述摄像系统的摄像过程，系统工作时，其基于指令选定被测的物体，接下来主摄像机及TOF辅助相机工作，若TOF辅助相机未检测出被测物体发生位移、则以预设的频率继续识别，其以TOF的方式进行3D扫描；若TOF辅助相机检测出被测物体发生位移并检测其位移量并将其反馈至于其连接的控制系统，控制系统接收并响应该位移量基于预设的规则将其转换为变焦量并反馈至于其连接的主摄像机，该主摄像接收并响应该变焦量调整焦距；若检出被测物有横向偏移时控制系统基于预设的校正规则将其转换为校正参数并传输至校正装置，校正装置接收并响应该参数驱动电机(旋转)来调整于其连接的主摄像机的姿势，这样确保被测物在主摄像机的中心。
下面结合图5来描述，横向位移与电机移动间的关联，其中，物距u，相距v，焦炬f的关系，1/u+1/v＝1/f，物距u由TOF sensor计算得到，公式如下
Figure BDA0002184806800000071
其中，C为光速，T0为发光脉冲的宽度，Q1是背景噪声下的能量值，Q2和Q3分别为不同相位下的采集到的光能量值。其工作时，1.首先TOF相机会对周边环境进行3D建模，然后与主相机的画面进行一一映射，从而得到有深度数据的画面。
2.当对选定的物体进行拍摄时，以此物体为中心聚焦点进行相关图像拍摄，同时TOF相机也以每秒一定的(如，数万次)的频率对VCSEL进行驱动，以获得实时的3D数据。
若物体进行横向移动，则TOF相机会通过和前面数据的比较，从而得到移动的距离，反馈到控制电路，驱动电机转动一定的齿轮数，使得追踪物体始终处于摄像的中心点。如图6所示为相机旋转角度的示意图，a垂直于d,a1垂直于d1；通过计算a和a1之间的角度，得到镜头旋转角度，根据镜头旋转角度得到电机移动量。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于TOF相机辅助的智能摄像系统，其特征在于，包含摄像模块、控制系统、供电系统、校正装置，
所述摄像模块包含
主摄像机，其活动连接所述校正装置，用以拍摄被测物体，
TOF辅助相机，其用以被测物体的定位，
供电系统分别电性连接控制系统及摄像模块，用以提供其运行电能，
其中，所述智能摄像系统工作时，TOF辅助相机检测被测物体的当前位置信息并将其反馈至其电性连接的控制系统，所述控制系统基于TOF辅助相机反馈信息控制主摄像机调焦。
2.如权利要求1所述的智能摄像系统，其特征在于，还包含，所述TOF辅助相机检测被测物的横向位移信息，若检测被测物发生横向移动时将检出的信息反馈至所述控制系统，所述控制系统控制校正装置调整主摄像机的姿势。
3.如权利要求2所述的智能摄像系统，其特征在于，所述校正装置包含驱动电机，其电性连接所述控制系统并响应控制系统发送的指令动作调整主摄像机的姿势。
4.如权利要求3所述的智能摄像系统，其特征在于，所述驱动电机接收并响应所述控制系统的指令转动一定的齿轮数，使得被测物体始终处于主摄像机的中心点。
5.如权利要求1所述的智能摄像系统，其特征在于，所述摄像模块包含壳体，其内配置有主摄像机，其用以拍摄被测物体；TOF辅助相机，其用以被测物体的定位；底座，其通过连接件连接所述壳体，供电系统其分别电性连接主摄像机、TOF辅助相机，用以提供其运行电能。
6.如权利要求5所述的智能摄像系统，其特征在于，所述主摄像机的周边配置有复数个补光灯，所述TOF辅助相机的周边配置至少一个VCSEL激光发射器。
7.一种基于TOF相机辅助的智能摄像机的摄像方法，其特征在于，包含如权利要求1-6中任一项所述的智能摄像系统，所述摄像方法包含如下步骤：
S1，摄像模块摄像被测物体，
S2，控制系统接收TOF辅助相机检测的被测物体的位移量信息并将其转换为主摄像机的变焦量，
S3，控制系统接收TOF辅助相机传输的横向信息并将其转换为电机调整量，
S4，校正装置接收并响应所述控制系统传输的电机调整量信息调整主摄像机的姿势，使得被追踪物体始终处于主摄像机的中心点进行聚焦、放大、缩小。
8.如权利要求7所述的摄像方法，其特征在于，
所述S2中，还包含，
若TOF辅助相机未检测出被测物体发生位移、则以预设的频率继续以TOF的方式进行3D扫描识别；
若TOF辅助相机检测出被测物体发生位移并检测其位移量并将其反馈至于其连接的控制系统，控制系统接收并响应所述位移量基于预设的规则将其转换为变焦量并反馈至于其连接的主摄像机，所述主摄像接收并响应该变焦量来调整焦距。
9.如权利要求8所述的摄像方法，其特征在于，
所述S3中，还包含，
若检出被测物进行横向移动，则所述TOF相机通过与之前数据的比较，计算出移动的距离并将移动的距离信息反馈到控制系统，所述控制系统接收并响应距离信息控制其电性连接的驱动电机转动预定的齿轮数，调整主摄像机的姿势，以确保被测物在主摄像机的中心点述使得追踪物体始终处于摄像的中心点。
10.如权利要求7所述的摄像方法，其特征在于，所述S1中还包含，
所述TOF相机基于指令对其周边环境进行3D建模，并与主摄像机的画面建立映射，获得有深度数据的画面；
当对选定的物体进行拍摄时，以选定的物体为中心聚焦点进行相关图像拍摄，同时所述TOF相机以每秒一定的频率对VCSEL激光发射器进行驱动，以获得实时的3D数据。
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