DE102008005993A1 - Object e.g. vehicle, tracking method, involves evaluating movement pattern of particular movement of camera, and integrating evaluated movement pattern of particular movement of camera in movement model of object - Google Patents

Object e.g. vehicle, tracking method, involves evaluating movement pattern of particular movement of camera, and integrating evaluated movement pattern of particular movement of camera in movement model of object Download PDF

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Abstract

The method involves providing a movement model for tracking an object. A movement pattern of a particular movement of a camera is evaluated based on a picture sequence recorded by the camera. The evaluated movement pattern of the particular movement of the camera is integrated in the movement model of the object, where a sinusoidal curve or a linear combination of sinusoidal curves is assumed as the particular movement of the camera. The frequency, amplitude, phase and direction are evaluated as parameters for the particular movement of the camera.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera, wobei für eine Verfolgung eines Objektes ein Bewegungsmodell für dieses Objekt vorgesehen ist.The The invention relates to a method for tracking objects using a camera, allowing for a tracking of an object a movement model is provided for this object.

Stand der TechnikState of the art

Die Verarbeitung und Auswertung von Bildern zum Gewinnen von Informationen aus Bildmaterial sowie eine Interpretation dieser Informationen sind Gebiete aktueller Forschung. Auch das Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera, welches auch als Tracking oder Video-Tracking bezeichnet wird, basiert auf der Verarbeitung und Auswertung von mit der Kamera aufgezeichneten Bildfolgen, wobei anhand dieser Bildfolgen beispielsweise Bewegungsabläufe, Bewegungsgeschwindigkeit oder Positionen von Objekten gemessen oder abgeschätzt werden können.The Processing and evaluation of images for obtaining information from pictorial material as well as an interpretation of this information are Areas of current research. Also the tracking of objects by means of a camera, which is also called tracking or video tracking, based on the processing and evaluation of recorded with the camera Sequences of images, with the aid of these image sequences, for example, motion sequences, Movement speed or positions of objects measured or can be estimated.

Beim Tracking wird zuerst ein Objekt anhand von Aufnahmen mit der Kamera detektiert und eine Lage des Objektes bestimmt. Dann folgt ein Tracking-System, welches üblicherweise neben der Kamera zum Beispiel noch eine Aufhängeeinrichtung für die Kamera, eine Analyseeinheit und Kontroll- und Steuereinheiten umfasst, dem Objekt. Dabei muss ein Verlauf einer Bewegung des Objektes bzw. bei bewegter Kamera, welche beispielsweise fix oder beweglich auf einem Fahrzeug montiert sein kann, ein scheinbarer Bewegungsverlauf des aufgenommenen Objektes anhand von Hypothesen abgeschätzt werden. Diese Hypothesen basieren z. B. auf physikalischen oder mathematischen Gesetzmäßigkeiten sowie Erfahrungswerten. Es ist auch möglich, dass von einer Kamera mehrere Objekte gleichzeitig detektiert und verfolgt werden, so fern diese Objekte ähnliche oder gleichartige Bewegungsverläufe aufweisen.At the Tracking is first an object based on taking pictures with the camera detected and determined a position of the object. Then follows a tracking system which is usually next to the camera for example a suspension device for the camera, a Analysis unit and control and control units includes the object. It must be a course of movement of the object or moving Camera, for example, fixed or movable on a vehicle can be mounted, an apparent movement of the recorded object be estimated on the basis of hypotheses. These hypotheses are based z. B. on physical or mathematical laws as well as empirical values. It is also possible that of one Camera several objects can be detected and tracked simultaneously, so these objects have similar or similar motion patterns exhibit.

Das Verfolgen von Objekten hat vor allem die Hauptaufgabe, die Bewegung der Objekte innerhalb des Bildbereichs zu bestimmen. Dabei sollen im Wesentlichen die Positionen der Objekte in jedem Bild einer Bildfolge geschätzt. Handelt es sich nur um ein Objekt und die Kamerabefestigung ist mit Stellmotoren ausgerüstet, kann dies aber auch verwendet werden, um die Kamera so zu steuern, dass das Objekt möglichst in der Bildmitte gehalten wird.The Tracking objects has, above all, the main task, the movement of the objects within the image area. It should essentially the positions of the objects in each frame of an image sequence estimated. Is it just an object and the camera mount is equipped with actuators, but this can also be used be used to control the camera so that the object as possible is held in the middle of the picture.

Das Tracking kann beispielsweise in mehrere Verarbeitungsschritte unterteilt werden. Bei einem als Prädiktion bezeichneten Verarbeitungsschritt wird eine – meist rechnerische – Vorhersage einer Lage- und Bewegungsinformation des Objektes bzw. der Objekte durchgeführt. Dabei werden bekannte physikalische oder mathematische Gesetzmäßigkeiten eingesetzt, um unwahrscheinliche Bewegungsverläufe oder Lagepositionen auszuschließen. Wird beispielsweise ein auf einer Strasse fahrendes Auto getrackt, so ist es relativ unwahrscheinlich, dass sich dieses Auto ohne Fremdeinwirkung vertikal nach oben bewegen wird.The For example, tracking can be divided into multiple processing steps become. In a processing step called prediction becomes a - mostly mathematical - prediction of a Position and movement information of the object or objects performed. In doing so, known physical or mathematical laws are used, about unlikely movements or positional positions excluded. For example, one on a street driving car tracked, so it is relatively unlikely that to move this car vertically without any external influence becomes.

Einen weiteren Verarbeitungsschritt beim Tracking stellt die so genannte Assoziation dar, bei welcher Erfahrungswerte (z. B. Informationen, Annahmen oder Bewegungsabläufe aus früheren Messzyklen beobachteter Objekte) einem oder mehreren zu verfolgenden Objekten zugeordnet werden. Die Assoziation wird insbesondere dann angewendet, wenn ein Messen des Bewegungsablaufs des zu verfolgenden Objektes nicht eindeutig erfolgen kann. Das zu trackende Objekt ist z. B. teilweise verdeckt.a further processing step in tracking provides the so-called Association in which empirical values (eg information, Assumptions or movements from previous measurement cycles observed objects) one or more objects to be tracked be assigned. The association is used in particular when a measurement of the movement of the object to be tracked not can be done clearly. The object to be tracked is z. B. partially covered.

Im als Innovation bezeichneten Verarbeitungsschritt werden die Ergebnisse (z. B. Bestimmung der aktuellen Lage, bewegungsrelevante Informationen, etc.), welche aus Prädiktion und aktueller Messung bzw. Assoziation abgeleitet worden sind, gewichtet zusammengeführt. In der Regel werden dann für einen Bewegungsablauf von Objekten Modelle – so genannte Bewegungsmodelle – abgeleitet. Anhand eines solchen Bewegungsmodells wird dann die Verfolgung des Objektes durch die Kamera durchgeführt. Die Ergebnisse sowie die Genauigkeit des Trackings werden durch die Qualität dieser Bewegungsmodelle bzw. durch den Grad der Annäherung des Modells an die Realität bestimmt.in the The processing step called innovation becomes the results (eg determining the current situation, movement-related information, etc.), which consists of prediction and current measurement or Association have been derived, weighted merged. In general, then for a movement of Objects models - so-called movement models - derived. Based Such a movement model then becomes the tracking of the object performed by the camera. The results as well as the Accuracy of tracking will be due to the quality of this Movement models or by the degree of approximation of Model determined to reality.

Ein bekannter Tracking-Algorithmus ist z. B. der so genannte Kalman-Filter, welcher einen stochastischer Zustandsschätzer für dynamische Systeme darstellt. Ein weiteres Beispiel für eine Methode zum Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera, in welcher auf effektive Weise ein relativ einfaches Bewegungsmodell integriert ist, ist der so genannte Kanade-Lucas-Tomasi-Tracker (Literatur: Birchfield, Stan: KLT: An Implementation of the Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker ; http://www.ces.clemson.edu/~stb/klt/ ; Shi, Jianbo and Tomasi, Carlo: Good Features to Track. IEEE Conference an Computer Vision and Pattern Recognition, pages 593–600, 1994 ). Beim im Kanade-Lucas-Tomasi-Tracker eingesetzten Bewegungsmodell zum Verfolgen des Objektes wird beispielsweise vorausgesetzt, dass von der Bewegung des zu trackenden Objektes keine Sprünge aufgewiesen werden.A well-known tracking algorithm is z. For example, the so-called Kalman filter, which is a stochastic state estimator for dynamic systems. Another example of a method for tracking objects by means of a camera, in which effectively integrates a relatively simple movement model, is the so-called Kanade-Lucas-Tomasi-Tracker (Literature: Birchfield, Stan: KLT: Implementation of the Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker ; http://www.ces.clemson.edu/~stb/klt/ ; Shi, Jianbo and Tomasi, Carlo: Good Features to Track. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pages 593-600, 1994 ). For example, in the Kanade-Lucas-Tomasi tracker movement model used to track the object, it is assumed that there are no jumps from the movement of the object to be tracked.

Beim Tracking werden Objekte wie zum Beispiel Fahrzeuge, Verkehrszeichen, Personen, Tiere, etc. mittels einer Kamera verfolgt, um beispielsweise ihre Bewegungsverläufe, Geschwindigkeit, Lage, etc. abzuschätzen oder zu messen. Die Kamera, welche für das Tracking eingesetzt wird, kann dabei entweder stationär oder bewegt sein. Eine stationäre Kamera ist an einem bestimmten Ort fix oder beweglich (d. h. von der Kamera werden definierte Bewegungen (z. B. Drehungen, Schwenken, etc.) ausgeführt) befestigt. Eine bewegte Kamera ist auf einem beweglichen Objekt (z. B. einem Fahrzeug) fix oder beweglich montiert und wird mit diesem mitbewegt. Stationäre Kameras werden zum Beispiel zum Messen von Bewegungsabläufen von Fahrzeugen oder zum Abschätzen von Geschwindigkeiten eingesetzt, wobei üblicherweise angenommen wird, dass das getrackte Fahrzeug gleichmäßig (d. h. ohne plötzliche Änderungen von Richtung und/oder Geschwindigkeit) bewegt wird. Bewegte Kameras werden beispielsweise für ein Tracking von Verkehrszeichen verwendet. Dabei muss beim Tracking die Bewegung der Kamera, zum Beispiel als scheinbare Bewegung des zu verfolgenden Objektes, berücksichtigt werden.During tracking, objects such as vehicles, traffic signs, persons, animals, etc. are tracked by means of a camera in order to estimate or measure, for example, their movement patterns, speed, position, etc. The camera used for tracking can either be stationary or moved. A stationary camera is fixed or movable in a certain place (ie the camera carries out defined movements (eg rotations, pans, etc.)). A moving camera is mounted on a movable object (eg a vehicle) fixed or movable and is moved with this. For example, stationary cameras are used to measure vehicle motion or to estimate speeds, typically assuming that the tracked vehicle is being moved smoothly (ie, without sudden changes in direction and / or speed). Moving cameras are used, for example, for tracking traffic signs. When tracking, the movement of the camera, for example, as an apparent movement of the object to be tracked, must be considered.

Allerdings ist beim Tracking zu berücksichtigen, dass die Kamera meist nicht wirklich völlig ruhig ist oder dem angenommenen Bewegungsmodell exakt folgt. Üblicherweise werden von der Kamera Eigenbewegungen (z. B. Schwingungen, Vibrationen, etc.) ausgeführt. So kann beispielweise eine stationäre Befestigung, an welcher die Kamera fix montiert ist, schwingen, oder es können vom Fahrzeug, an welchem die Kamera angebracht ist, Vibrationen auf die Kamera übertragen werden. Durch diese Eigenbewegungen werden die Aufnahmen der Kamera für das Tracking üblicherweise negativ beeinflusst. Auf dem Tracking beruhende Messungen (z. B. Messung der Geschwindigkeit eines Objektes, etc.) werden damit meist deutlich ungenauer.Indeed When tracking, take into account that the camera is mostly not really completely quiet or the assumed movement model follows exactly. Usually, the camera's own movements (eg vibrations, vibrations, etc.). So For example, a stationary attachment to which the camera is permanently mounted, swinging, or it can From the vehicle to which the camera is attached, vibration be transferred to the camera. Through these movements The camera shots are usually used for tracking negatively influenced. Tracking based measurements (eg Measuring the speed of an object, etc.) are usually used significantly less accurate.

Um die Einflüsse von Eigenbewegungen der Kamera auszugleichen, werden üblicherweise die aufgenommenen Bildfolgen mit Mechanismen und Algorithmen zur elektronischen Bildstabilisierung bearbeitet. Dabei wird von einem Bildbearbeitungsalgorithmus beispielsweise versucht, in aufeinander folgenden Bildern interessante Punkte (so genannte „points of interest") oder Kanten zu finden. Unter der Annahme, dass in aufeinander folgenden Bildern gleichartige Szenarien enthalten sind, werden dann z. B. die ausgewählten Punkte oder Kanten in den Bildern aufeinander abgestimmt und damit eine Anpassung der Bildfolge durchgeführt. Dabei wird versucht, Verzerrungen und Unschärfen durch die Eigenbewegung der Kamera zu minimieren. Da die Anpassung durch diese Algorithmen häufig auf Bildpunktebene vorgenommen wird, ist diese Vorgehensweise meist mit hohem Rechneraufwand verbunden. Weiters ist ein Suchen und Finden von geeigneten Punkten oder Kanten in den Bildern und ein darauffolgendes Anpassen der Bildfolge relativ zeitaufwendig. Zusätzlich können die nachträgliche Bearbeitung und ein Abgleichen der aufgenommenen Bildfolge zu einer Verringerung der Auflösung sowie der Genauigkeit führen.Around to compensate for the effects of proper movements of the camera, are usually the recorded image sequences with mechanisms and processing algorithms for electronic image stabilization. In this case, by an image processing algorithm, for example tries to get interesting points in consecutive pictures (see above) called "points of interest") or edges the assumption that similar in successive pictures Scenarios are included, then z. For example, the selected ones Points or edges in the images matched and thus performed an adjustment of the image sequence. It tries to Distortions and blurring by the proper movement of the Minimize camera. Because the customization by these algorithms is common is done at the pixel level, this approach is usually associated with high computer work. There is also a search and find of appropriate points or edges in the images and a subsequent one Adjusting the image sequence is relatively time consuming. additionally can post-processing and matching the recorded image sequence to a reduction of the resolution and accuracy.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache und rasche Weise eine höhere Genauigkeit beim Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera erzielt wird.Of the The invention is therefore based on the object of specifying a method through which in a simple and rapid way a higher Accuracy in tracking objects with a camera becomes.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, wobei auf Basis einer von der Kamera aufgenommenen Bildfolge ein Bewegungsmuster einer Eigenbewegung der Kamera abgeschätzt wird, und dann das abgeschätzte Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera in das Bewegungsmodell des Objektes integriert wird.The This problem is solved by a method of the beginning specified type, based on a recorded by the camera Image sequence estimated a movement pattern of a self-movement of the camera and then the estimated motion pattern of proper motion the camera is integrated into the movement model of the object.

Der Hauptaspekt des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens besteht darin, dass auf einfache Weise beim Tracking der störende Einfluss der Eigenbewegung der Kamera minimiert wird, ohne dass eine zeitaufwendige und mit hohem Rechneraufwand verbundene Nachbearbeitung zur Bildstabilisierung notwendig ist. Ein Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera wird erfindungsgemäß bereits während des Trackings abgeschätzt und in den Tracking-Vorgang integriert, um Störungen durch Eigenbewegungen der Kamera in der aufgenommenen Bildfolge zu minimieren. Auf diese Weise wird auch vorteilhaft die Genauigkeit des Trackings erhöht.Of the Main aspect of the invention proposed Method is that in a simple way when tracking the disturbing influence of the camera's own motion is minimized will be, without a time-consuming and with a lot of computer work connected post-processing for image stabilization is necessary. A movement pattern of the self-movement of the camera according to the invention already estimated during the tracking and in the tracking process integrated to disturbances due to proper movements of the camera to minimize in the recorded image sequence. That's how it works advantageously increases the accuracy of tracking.

Es ist günstig, wenn für das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera definierte Parameter aus Positionen des Objektes in der aufgenommenen Bildfolge abgeschätzt werden. Da die Eigenbewegung der Kamera üblicherweise bestimmten Bewegungsmustern (z. B. Sinusschwingung, etc.) folgt, können auf einfache Weise Parameter definiert werden, welche leicht aus Positionen des getrackten Objektes in der aufgenommenen Bildfolge ermittelt werden können. Anhand dieser Parameter wird dann das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera beschrieben.It is favorable if for the movement pattern of Self-motion of the camera defined parameters from positions of the camera Object in the recorded image sequence are estimated. Because the camera's own motion usually has certain movement patterns (eg, sinusoidal oscillation, etc.) can be reduced to simple Way parameters are defined which are easily derived from positions of the Tracked object can be determined in the recorded image sequence can. These parameters then become the movement pattern the self-movement of the camera described.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Eigenbewegung der Kamera als Sinuskurve oder als lineare Kombination von Sinuskurven vorausgesetzt, da von der Kamera meist Schwingungen oder Vibrationen als Eigenbewegung ausgeführt werden. Diese Bewegungen können sehr einfach als Sinusschwingung oder eine Kombination aus Sinusschwingungen beschrieben werden.In an advantageous embodiment of the invention Procedure is the proper motion of the camera as a sine wave or as a linear combination of sinusoids, given by the Camera mostly vibrations or vibrations executed as proper motion become. These movements can be very simple as sinusoidal or a combination of sinusoidal vibrations will be described.

Eine als Sinuskurve vorausgesetzte Eigenbewegung der Kamera kann in vorteilhafter Weise vollständig durch Parameter wie Frequenz, Amplitude, Phase und Richtung beschrieben und damit abgeschätzt werden. Dabei wird von der Frequenz die Geschwindigkeit, von der Amplitude die Stärke und von der Phase der Zeitpunkt eines Nulldurchgangs der Schwingung der Kamera angegeben. Von der Richtung wird Aufschluss darüber gegeben, ob von der Kamera beispielsweise von oben nach unten, von links nach rechts oder diagonal geschwungen wird. Die vier Parameter (Frequenz, Amplitude, Phase und Richtung) können direkt aus den Positionen des getrackten Objektes in den aufgenommenen Bilder ermittelt werden, wobei die Abschätzung dieser Parameter in ähnlicher Weise und in einem Schritt mit der Abschätzung des für das Tracking eingesetzte Bewegungsmodells durchgeführt werden kann.An inherent movement of the camera, which is assumed to be a sinusoid, can be described completely in an advantageous manner by parameters such as frequency, amplitude, phase and direction and thus estimated. It is the frequency of the Speed, from the amplitude to the strength and from the phase the time of a zero crossing of the vibration of the camera specified. The direction tells you whether the camera swings from top to bottom, from left to right or diagonally, for example. The four parameters (frequency, amplitude, phase and direction) can be determined directly from the positions of the tracked object in the captured images, the estimation of these parameters being performed in a similar manner and in one step with the estimation of the motion model used for the tracking can.

Es ist vorteilhaft, wenn für ein Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine Bildfolge von mindestens vier Bildern vorgesetzt wird, da anhand von mindestens vier Bildern die Eigenbewegung der Kamera gut abgeschätzt werden kann. Insbesondere, wenn von einer Eigenbewegung als Sinusschwingung ausgegangen wird, können die notwendigen Parameter (Frequenz, Amplitude, Phase und Richtung) rasch und auf einfache Weise anhand von zumindest vier Bilder ermittelt werden.It is advantageous if for estimating the movement pattern the self-motion of the camera a sequence of at least four Pictures is preset, since on the basis of at least four pictures the Self-movement of the camera can be well estimated. Especially, if it is assumed that a proper movement as a sine wave, can the necessary parameters (frequency, amplitude, phase and direction) be determined quickly and easily by at least four images.

Bei mehreren durch die selbe Kamera zu verfolgenden Objekten kann vorteilhafter Weise für alle diese Objekte das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera als gleich angenommen werden, da alle von der Kamera aufgenommenen Objekt auf die selbe Weise von diesem Bewegungsmuster betroffen sind. Das bedeutet, die Aufnahmen der Objekte in der Bildfolge durch das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera z. B. auf dieselbe Weise verzerrt oder verschoben sind.at multiple objects to be tracked by the same camera may be more advantageous For all these objects, use the motion pattern of the self-motion the camera are assumed to be the same, since all of the camera recorded object in the same way affected by this movement pattern are. This means taking pictures of the objects in the sequence the movement pattern of the camera's own motion z. In the same way distorted or shifted.

Es ist auch vorteilhaft, wenn beim Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine Befestigung der Kamera berücksichtigt wird, da durch die Befestigung die Eigenbewegung der Kamera stark beeinflusst wird.It is also advantageous when estimating the motion pattern the proper movement of the camera is considered a fixing of the camera, because the mounting strongly influences the proper movement of the camera becomes.

Typischerweise weisen diese Befestigungen bestimmte Resonanzfrequenzen auf. Die Resonanzfrequenz ist die so genannte Eigenfrequenz eines schwingungsfähigen Systems. Es ist daher günstig, wenn beim Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine oder mehrere dominante Resonanzfrequenzen der Befestigung der Kamera berücksichtigt werden, da üblicherweise von der Frequenz der Eigenbewegung der Kamera – insbesondere bei Sinusschwingung – entweder der Wert der Resonanzfrequenz oder ein Wert sehr nahe bei dieser Resonanzfrequenz angenommen wird. Diese Abhängigkeit der Eigenbewegung der Kamera von der Befestigung kann in vorteilhafter Weise beim Abschätzen der Frequenz genutzt werden. Ist es beispielsweise möglich bei der Installation der Kamera die Resonanzfrequenz zu messen, so kann diese beim Abschätzen der Parameter verwendet werden. Die Frequenz wird dann beispielsweise konstant auf den Wert der Resonanzfrequenz der Befestigung gesetzt.typically, These fixings have certain resonance frequencies. The Resonance frequency is the so-called natural frequency of a vibratory System. It is therefore beneficial when estimating of the movement pattern of the camera's own motion one or more Dominant resonance frequencies of the attachment of the camera considered usually because of the frequency of self-motion the camera - especially with sinusoidal - either the value of the resonance frequency or a value very close to this Resonant frequency is assumed. This dependence of Self-movement of the camera from the attachment can be beneficial Be used in estimating the frequency. is For example, it is possible when installing the camera Resonance frequency, this can be estimated the parameter can be used. The frequency then becomes, for example constantly set to the value of the resonant frequency of the fixture.

Weiters kann die Befestigung der Kamera bewirken, dass die Eigenbewegung (z. B. Sinusschwingung) der Kamera nur in eine durch die Befestigung vorgegebene Richtung (z. B. von oben nach unten, etc.) ausgeführt werden kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Richtung der Eigenbewegung der Kamera nicht mehr abgeschätzt werden muss, sondern als bekannt vorausgesetzt werden kann. Beim Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera kann dann auf einfache Weise berücksichtigt werden, dass durch die Befestigung der Kamera nur ein Schwingen in eine bestimmte Richtung zugelassen wird. Bei bekannter Richtung der Eigenbewegung der Kamera, welche auf einfache Weise anhand der Befestigung bestimmt werden kann, ist für ein Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera nur mehr eine Bildfolge von mindestens drei Bildern vorauszusetzen.Furthermore, Fixing the camera can cause the self-movement (eg sinusoidal oscillation) of the camera only in one through the attachment predetermined direction (eg from top to bottom, etc.) executed can be. This gives the advantage that the direction the self-motion of the camera no longer needs to be estimated, but can be assumed as known. When estimating the movement pattern of the camera's own motion can then turn on Simple way to be taken into account that by fixing the camera only allowed a swing in a certain direction becomes. In a known direction of the self-movement of the camera, which on simple manner can be determined by the attachment is for estimating the motion pattern of the self-motion the camera only a sequence of at least three images presuppose.

Kurzbeschreibung der ZeichnungBrief description of the drawing

Die Erfindung wird nachfolgend in beispielhafter Weise anhand einer beigefügten 1 erläutert. Diese 1 zeigt in beispielhafter Weise ein Struktogramm für den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera.The invention will now be described by way of example with reference to the appended drawings 1 explained. These 1 shows by way of example a structogram for the sequence of the method according to the invention for tracking objects by means of a camera.

Ausführung der ErfindungEmbodiment of the invention

1 zeigt dabei den schematischen Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera. Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einem Startschritt 1 begonnen. 1 shows the schematic sequence of the method according to the invention for tracking objects by means of a camera. The method according to the invention starts with a starting step 1 began.

Bevor ein Objekt mittels einer Kamera verfolgt werden kann, muss das zu verfolgende Objekt (z. B. Fahrzeug, Tier, Verkehrszeichen, etc.) in einem von der Kamera aufgenommenen Bild oder in einer aufgenommenen Bildfolge bestimmt werden. Ein Bestimmen eines zu trackenden Objektes umfasst üblicherweise zwei Teilaufgaben. Eine erste Teilaufgabe, welcher in einem zweiten Verfahrensschritt 2 durchgeführt wird, umfasst ein Auffinden eines für ein Tracking geeigneten Objektes im von einer Kamera aufgenommen Bild oder in der von der Kamera aufgenommenen Bildfolge. Dieser zweite Verfahrensschritt 2 kann daher auch als Detektieren des zu trackenden Objektes bezeichnet werden. In einer zweiten Teilaufgabe, welche in einem dritten Verfahrensschritt 3 durchgeführt wird, wird dann die Position des Objektes anhand des aufgenommenen Bildes oder anhand der aufgenommenen Bildfolge mittels Abschätzung bestimmt.Before an object can be tracked by means of a camera, the object to be tracked (eg vehicle, animal, road signs, etc.) must be determined in an image recorded by the camera or in a recorded image sequence. Determining an object to be tracked typically involves two subtasks. A first subtask, which in a second step 2 is carried out, includes finding an object suitable for tracking in the image taken by a camera or in the image sequence recorded by the camera. This second process step 2 can therefore also be referred to as detecting the object to be tracked. In a second subtask, which in a third step 3 is carried out, then the position of the object based on the recorded image or on the basis of the recorded image sequence by estimation certainly.

In einem vierten Verfahrensschritt 4a wird auf Basis der mittels der Kamera aufgenommenen Bildfolge ein Bewegungsmodell für ein Tracking des Objektes ermittelt. Dabei wird zum Beispiel der so genannte Kanade-Lucas-Tomasi-Tracker eingesetzt, um ein effizientes Bewegungsmodell abzuleiten und unwahrscheinliche Bewegungsabläufe des Objektes auszuschließen.In a fourth process step 4a On the basis of the image sequence recorded by means of the camera, a movement model for a tracking of the object is determined. For example, the so-called Kanade-Lucas-Tomasi-Tracker is used to derive an efficient movement model and to exclude improbable motion sequences of the object.

Da das Detektieren und die Positionsbestimmung des Objektes auf Basis einer originalen Bildfolge – d. h. die verwendete Bildfolge wurde nicht mittels elektronischer Bildstabilisierung nachbearbeitet, ist diese Bildfolge durch Eigenbewegungen der Kamera (z. B. Schwingungen, Vibrationen) negativ beeinflusst. Das bedeutet, dass die Objekte in der Bildfolge zum Beispiel aufgrund von Schwingungen oder Vibrationen, welche beispielsweise durch Bewegungen einer Kamerabefestigung oder eines Fahrzeugs, auf dem die Kamera angebracht ist, entstehen können, verzerrt oder verschoben sind. Daher wird parallel zum vierten Verfahrensschritt 4a ein fünfter Verfahrensschritt 4b durchgeführt. In diesem fünften Verfahrensschritt 4b wird ein Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera auf Basis der aufgenommenen Bildfolge abgeschätzt, wobei für eine Abschätzung des Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera definierte Parameter (z. B. Frequenz, Richtung, Stärke, etc.) aus der Position des Objektes in der aufgenommen Bildfolge ermittelt werden.Since the detection and the position determination of the object based on an original image sequence - ie the image sequence used was not reworked by means of electronic image stabilization, this image sequence is adversely affected by proper movements of the camera (eg vibrations, vibrations). This means that the objects in the image sequence are distorted or displaced, for example due to vibrations or vibrations, which may occur, for example, due to movements of a camera mount or a vehicle on which the camera is mounted. Therefore, parallel to the fourth process step 4a a fifth process step 4b carried out. In this fifth process step 4b a motion pattern of the camera's own motion is estimated on the basis of the recorded image sequence, wherein parameters (eg frequency, direction, strength, etc.) defined for the estimation of the motion pattern of the camera's own motion are determined from the position of the object in the recorded image sequence become.

Häufig entspricht diese Einbewegung der Kamera, von welcher eine Aufnahme des Objektes negativ beeinflusst wird, einer Sinusschwingung oder einer linearen Kombination von Sinusschwingungen. Wird im fünften Verfahrensschritt 4b zum Beispiel eine Sinusschwingung als Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera festgestellt, so kann diese anhand von vier Parameter wie Frequenz, Amplitude, Phase und Richtung beschrieben werden. Von der Frequenz wird dabei eine Geschwindigkeit der Schwingung angegeben. Von der Amplitude wird definiert, wie stark von der Kamera geschwungen wird. Die Phase gibt einen Nulldurchgang der Schwingung an und von der Richtung wird angegeben, wohin die Schwingung ausgeführt wird (z. B. von links nach rechts, von oben nach untern, diagonal, etc.). Diese vier Parameter können dann anhand einer Bildfolge von mindestens vier Bildern abgeschätzt werden.Frequently, this movement of the camera, from which a shot of the object is negatively affected, corresponds to a sine wave or a linear combination of sine waves. Will in the fifth step 4b For example, a sinusoidal vibration detected as a movement pattern of the camera's own motion, it can be described by four parameters such as frequency, amplitude, phase and direction. From the frequency while a speed of oscillation is specified. The amplitude defines how much the camera swings. The phase indicates a zero crossing of the oscillation, and the direction indicates where the oscillation will be carried out (eg from left to right, from top to bottom, diagonal, etc.). These four parameters can then be estimated from a sequence of at least four images.

Werden mehrere Objekte gleichzeitig detektiert und getrackt, so kann im fünften Verfahrenschritt 4b angenommen werden, dass diese Objekte von der Eigenbewegung der Kamera gleichartig negativ beeinflusst sind. D. h. alle Objekte sind aufgrund der Eigenbewegung der Kamera zum Beispiel auf die gleiche Weise verschoben oder verzerrt und daher ein Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera für alle diese Objekte abgeschätzt werden.If several objects are detected and tracked at the same time, then in the fifth method step 4b assume that these objects are equally negatively affected by the camera's own motion. Ie. For example, all of the objects are shifted or distorted in the same way because of the camera's own motion, and therefore, a motion pattern of the camera's own motion is estimated for all of these objects.

Im fünften Verfahrenschritt 4b besteht auch die Möglichkeit eine Befestigung der Kamera beim Abschätzen des Bewegungsmusters zu berücksichtigen. Die Befestigung der Kamera kann einerseits die Richtung der Eigenbewegung der Kamera beeinflussen, so dass die Kamera zum Beispiel nur mehr in eine Richtung (z. B. von oben nach unten) schwingen oder vibrieren kann. Dadurch ist beispielsweise der Parameter der Richtung für das Bewegungsmuster der Eigenbewegung vorgegeben und muss nicht mehr abgeschätzt werden.In the fifth process step 4b It is also possible to consider an attachment of the camera when estimating the movement pattern. On the one hand, the attachment of the camera can influence the direction of the camera's own movement, so that the camera, for example, can oscillate or vibrate only in one direction (eg from top to bottom). As a result, for example, the parameter of the direction for the movement pattern of the self-motion is predetermined and no longer needs to be estimated.

Durch die Befestigung kann andererseits auch der Parameter der Frequenz beeinflusst werden. So kann die Frequenz der Eigenbewegung der Kamera beispielsweise mit der so genannten Resonanzfrequenz der Befestigung zusammenfallen oder sehr nahe bei der Resonanzfrequenz gelegen sein. In diesem Fall kann bei der Abschätzung der Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera die Frequenz als konstant angenommen und auf den Wert der Resonanzfrequenz gesetzt werden, sofern diese beispielsweise bei einer Installation der Kamera entsprechend vermessen worden ist.By On the other hand, the attachment can also be the parameter of the frequency to be influenced. So can the frequency of the camera's own motion for example, with the so-called resonance frequency of the attachment coincide or be located very close to the resonant frequency. In This case may help in the estimation of the movement pattern the self-motion of the camera, the frequency is assumed to be constant and set to the value of the resonant frequency, if that for example, during an installation of the camera measured accordingly has been.

Nach dem Abschätzen im fünften Verfahrensschritt 4b so wird das abgeschätzte Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera in einem sechsten Verfahrensschritt 5 in das im Verfahrensschritt 4a ermittelte Bewegungsmodell integriert. In einem siebenten Verfahrensschritt 6 wird dann das Verfolgen des Objektes mittels der Kamera und auf Basis des Bewegungsmodells, in welches das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera integriert worden ist, durchgeführt.After the estimation in the fifth process step 4b the estimated motion pattern of the camera's own motion thus becomes the sixth method step 5 in the process step 4a integrated movement model integrated. In a seventh process step 6 Then, the tracking of the object by means of the camera and on the basis of the movement model, in which the movement pattern of the self-movement of the camera has been integrated, performed.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist gleichermaßen für Tracking-Anwendungen mit an einem Standort fix montierte Kameras, mit Kameras, welche fix an einem bewegten Objekt (z. B. Fahrzeug) angebracht sind und daher mit diesem mitbewegt werden, und auch für Tracking-Anwendungen mit beweglich montierte Kameras, welche wieder stationär oder bewegt sein können, einsetzbar.The inventive method is the same for tracking applications with fix mounted at one location Cameras with cameras fixed to a moving object (eg Vehicle) are mounted and therefore moved with this, and also for tracking applications with movably mounted cameras, which can be stationary or moved again, used.

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • - Birchfield, Stan: KLT: An Implementation of the Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker [0008] - Birchfield, Stan: KLT: Implementation of the Kanade-Lucas-Tomasi Feature Tracker [0008]
  • - http://www.ces.clemson.edu/~stb/klt/ [0008] - http://www.ces.clemson.edu/~stb/klt/ [0008]
  • - Shi, Jianbo and Tomasi, Carlo: Good Features to Track. IEEE Conference an Computer Vision and Pattern Recognition, pages 593–600, 1994 [0008] - Shi, Jianbo and Tomasi, Carlo: Good Features to Track. IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition, pages 593-600, 1994 [0008]

Claims (9)

Verfahren zum Verfolgen von Objekten mittels einer Kamera wobei zum Verfolgen eines Objektes ein Bewegungsmodell für dieses Objekt vorgesehen ist (2, 3, 4a), dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis einer von der Kamera aufgenommenen Bildfolge ein Bewegungsmuster einer Eigenbewegung der Kamera abgeschätzt wird (4b), und dass dieses abgeschätzte Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera in das Bewegungsmodell des Objektes integriert wird (5).Method for tracking objects by means of a camera, wherein a movement model for this object is provided for following an object ( 2 . 3 . 4a ), characterized in that on the basis of an image sequence recorded by the camera, a movement pattern of an own movement of the camera is estimated ( 4b ), and that this estimated movement pattern of the camera's own motion is integrated into the movement model of the object ( 5 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera definierte Parameter aus Positionen des Objektes in der aufgenommenen Bildfolge abgeschätzt werden (4b).Method according to Claim 1, characterized in that parameters defined for the movement pattern of the camera's own movement are estimated from positions of the object in the recorded image sequence ( 4b ). Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Eigenbewegung der Kamera eine Sinuskurve oder eine lineare Kombination von Sinuskurven vorausgesetzt wird (4b).Method according to one of the preceding claims, characterized in that a sine curve or a linear combination of sinusoids is assumed as the proper motion of the camera ( 4b ). Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die als Sinuskurve vorausgesetzte Eigenbewegung der Kamera für das Bewegungsmuster der Eigenbewegung der Kamera als Parameter Frequenz, Amplitude, Phase und Richtung abgeschätzt werden (4b).A method according to claim 3, characterized in that are estimated as a parameter for frequency, amplitude, phase and direction for the movement pattern of the self-motion of the camera as a parameter for the inherent motion of the camera assumed as sinusoid ( 4b ). Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für ein Abschätzen (4b) des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine Bildfolge von mindestens vier Bildern vorgesetzt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that for estimating ( 4b ) of the movement pattern of the camera's own motion is preceded by an image sequence of at least four images. Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren zu verfolgenden Objekten eine Abschätzung des Bewegungs musters der Eigenbewegung der Kamera für alle diese Objekte als gleich angesetzt wird (4b).Method according to one of the preceding claims, characterized in that, in the case of several objects to be tracked, an estimate of the motion pattern of the camera's own motion is assumed to be the same for all these objects ( 4b ). Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschätzen des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine Befestigung der Kamera berücksichtigt wird (4b).Method according to one of the preceding claims, characterized in that, when estimating the movement pattern of the camera's own movement, an attachment of the camera is taken into account ( 4b ). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschätzen (4b) des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera eine oder mehrere dominante Resonanzfrequenzen der Befestigung der Kamera berücksichtigt werden.Method according to claim 7, characterized in that during estimation ( 4b ) of the movement pattern of the camera's own motion one or more dominant resonance frequencies of the attachment of the camera are taken into account. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass beim Abschätzen (4b) des Bewegungsmusters der Eigenbewegung der Kamera berücksichtigt wird, dass durch die Befestigung der Kamera ein Schwingen in eine bestimmte Richtung zugelassen wird.Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that during estimation ( 4b ) of the movement pattern of the camera's own movement is taken into account, that by fixing the camera a swing in a certain direction is allowed.
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DE102005008131A1 (en) * 2005-01-31 2006-08-03 Daimlerchrysler Ag Object e.g. road sign, detecting method for use with e.g. driver assistance system, involves determining position and movement of relevant pixels using filter and combining relevant pixels to objects under given terms and conditions

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