JPH11331828A - Automatic tracking device - Google Patents

Automatic tracking device

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JPH11331828A
JPH11331828A JP10129229A JP12922998A JPH11331828A JP H11331828 A JPH11331828 A JP H11331828A JP 10129229 A JP10129229 A JP 10129229A JP 12922998 A JP12922998 A JP 12922998A JP H11331828 A JPH11331828 A JP H11331828A
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camera
tracking
sub
tracking target
image
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Tetsuya Tachikawa
哲也 立川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To track a motion of an object in a camera optical axis direction efficiently and automatically in the case of conducting tracking through the use of block matching. SOLUTION: The automatic tracking device is provided with a main camera 1 and a sub camera 2 that catches a motion of a tracking object in a depth direction, an optical flow arithmetic section 4 acquires an optical flow indicating the motion of the tracking object in the depth direction from an image of the sub camera 2, a control section 5 calculates divergence from the optical flow, an image tracking arithmetic device 3 magnifies/reduces a template image in use based on the divergence to control a magnification and a panning/tilt angle of a zoom lens of the camera 2.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、主カメラで追跡対
象物を自動追尾する自動追尾装置に関し、特に、ブロッ
クマッチングを用いた追跡を行う場合に、追跡対象物の
カメラ光軸方向の動きを効率良く追尾する自動追尾装置
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic tracking device for automatically tracking an object to be tracked by a main camera, and more particularly, to tracking movement of the object to be tracked in the camera optical axis direction when performing tracking using block matching. The present invention relates to an automatic tracking device that tracks efficiently.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、映画・スポーツ中継でのカメラ制
御、移動ロボット・自律走行車の制御、ジェスチャ・表
情・視線の認識、監視、観測の自動化等の分野では、画
面内の運動物体を画像処理を用いて自動追尾する技術が
知られている。例えば、実開昭58−178773号公
報には、モニタテレビ上の目標の大きさが常に一定とな
るようにズーム機構を制御することにより、目標の接近
若しくは離遠を追尾できるよう構成したテレビ追尾装置
が開示されている。また、特開平3−174671号公
報には、フーリエ変換に基づいた相関処理を行うことに
より、移動物体の大きさや方向が変化しても、目標物を
自動的に追尾するよう構成した光学的自動追尾装置が開
示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, in the fields of camera control in movie / sports broadcasting, control of mobile robots / autonomous vehicles, recognition of gestures / facial expressions / gaze, monitoring, automation of observation, etc., moving objects on a screen are imaged. 2. Description of the Related Art There is known a technology of automatically tracking using processing. For example, Japanese Unexamined Utility Model Publication No. 58-178773 discloses a television tracking device configured to control the zoom mechanism so that the size of a target on a monitor television is always constant, so that the approach or the distance of the target can be tracked. An apparatus is disclosed. Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 3-174671 discloses an optical automatic configuration in which a target object is automatically tracked even if the size or direction of a moving object changes by performing a correlation process based on a Fourier transform. A tracking device is disclosed.

【0003】ところが、前者は、目標とその周囲の景色
とのコントラスト差を利用しているので、黒い背景の中
の白い目標物を追尾する程度の追尾能力しかないという
問題がある。また、後者は、カメラからの画像を一括処
理する方式を採用するため、追跡するためのウインドウ
処理ができず、複数の移動物体が存在する場合にはどち
らを追跡すべきかが不明になるという問題がある。
However, the former uses a contrast difference between a target and the surrounding scenery, and thus has a problem that it has only a tracking ability to track a white target on a black background. In addition, the latter adopts a method of batch processing images from the camera, so that window processing for tracking cannot be performed, and when there are a plurality of moving objects, it becomes unclear which one to track. There is.

【0004】このため、「日本ロボット学会誌 Vol.13
No.1,P134-140,1995“局所相関演算に基づく実時間ビジ
ョンシステムの開発”」では、ブロックマッチングに基
づく相関演算を行うことにより、上記問題を招くことな
く自動追尾を行っている。具体的には、追尾対象の画像
と現在注視している局所的な画像領域との間で密に相関
演算を行い、追尾対象物の動きの変化をとらえ、動きの
変化量を現在注視しているポイントに反映することによ
って、頑強かつ高速な追尾を実現している。
[0004] For this reason, "Journal of the Robotics Society of Japan Vol.13
In No.1, P134-140, 1995 "Development of real-time vision system based on local correlation calculation", automatic tracking is performed without causing the above problem by performing correlation calculation based on block matching. Specifically, a correlation operation is performed densely between the image of the tracking target and the local image area that is currently gazing, to capture the change in the movement of the tracking target object, By reflecting it on the point where it is, robust and high-speed tracking is realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この追
尾装置は、動きをとらえるための相関演算を固定された
テンプレート画像で行なっているため、上下左右の動き
には対応できる反面、前後(奥行き方向)の動きには追
尾しきれないという問題がある。すなわち、この追尾装
置が採用するブロックマッチングは、その追跡能力の頑
強さと速度面から有効である反面、このブロックマッチ
ングにおける目標物のカメラ光軸方向の動きの追跡をす
ることができないという問題を有する。
However, since this tracking device performs a correlation operation for capturing a motion on a fixed template image, it can cope with up, down, left, and right movements, but on the other hand, forward and backward (in the depth direction). There is a problem that cannot track the movement. That is, the block matching employed by this tracking device is effective in terms of the robustness and speed of its tracking ability, but has the problem that it cannot track the movement of the target in the camera optical axis direction in this block matching. .

【0006】奥行き方向への動きに追随する追尾装とし
て、特開平1−24577号公報には、撮像装置の光軸
と並行に移動してくる遠方の移動物体に対しても再生画
面上で追尾することができる移動物体追尾装置が開示さ
れている。しかし、撮像装置の光軸と垂直な平面を移動
する移動物体の追跡技術が示されていないため、かかる
問題の現実的解決には至っていない。
[0006] As a tracking device that follows a movement in the depth direction, Japanese Patent Laid-Open No. 24577/1990 discloses that a distant moving object moving in parallel with the optical axis of an image pickup apparatus is tracked on a reproduction screen. A moving object tracking device that can perform the moving object tracking is disclosed. However, since no technique for tracking a moving object that moves on a plane perpendicular to the optical axis of the imaging device has been disclosed, such a problem has not been practically solved.

【0007】そこで、本発明では、上記課題を解決し、
ブロックマッチングを用いた追跡を行う場合に、目標物
のカメラ光軸方向の動きを効率良く自動追尾することが
できる自動追尾装置を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention solves the above problems,
It is an object of the present invention to provide an automatic tracking device that can efficiently and efficiently track the movement of a target in the camera optical axis direction when performing tracking using block matching.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、第1の発明は、追跡対象物を局所相関方式で追尾す
る主カメラと、ズームレンズ及びパンチルト機構を少な
くとも有し、前記追尾対象物を拡大画像として捉えるサ
ブカメラと、前記主カメラからの画像情報とテンプレー
ト画像とのマッチングにより前記追跡対象物の移動量を
算出する第1の算出手段と、前記サブカメラが捉えた追
跡対象物の奥行き方向の動きを示すオプティカルフロー
を算出する第2の算出手段と、前記第2の算出手段によ
る算出結果に基づいて前記サブカメラのパンチルト動作
角及びズームレンズ並びに前記第1の算出手段が用いる
追跡対象物のテンプレート画像の大きさを制御する制御
手段とを具備することを特徴とする。このため、ブロッ
クマッチングを用いた追跡を行う場合に、目標物のカメ
ラ光軸方向の動きを効率良く自動追尾することができ
る。
In order to achieve the above object, a first aspect of the present invention is to provide at least a main camera for tracking an object to be tracked by a local correlation method, a zoom lens and a pan-tilt mechanism, A first camera that calculates the amount of movement of the tracking target object by matching the image information from the main camera with the template image, and a sub camera that captures the tracking target object captured by the sub camera. Second calculating means for calculating an optical flow indicating a movement in the depth direction, and a pan-tilt operation angle and a zoom lens of the sub-camera based on a calculation result by the second calculating means, and tracking used by the first calculating means. Control means for controlling the size of the template image of the object. Therefore, when tracking using block matching is performed, the movement of the target in the camera optical axis direction can be efficiently and automatically tracked.

【0009】また、第2の発明は、前記制御手段が、前
記サブカメラのズームレンズの倍率が前記追跡対象物が
サブカメラの視野角に収まる最大倍率となるよう制御す
ることを特徴とする。このため、追跡対象物のカメラ光
軸方向の動きを検出するためのオプティカルフローを精
度良く求めることができる。
Further, the second invention is characterized in that the control means controls the magnification of the zoom lens of the sub-camera to be the maximum magnification at which the object to be tracked falls within the viewing angle of the sub-camera. Therefore, an optical flow for detecting the movement of the tracking target in the camera optical axis direction can be obtained with high accuracy.

【0010】また、第3の発明は、前記第2の算出手段
が、局所相関演算に基づいて追跡対象物の画像の大きさ
の変化を算出することを特徴とする。このため、高速に
オプティカルフローを求め、カメラ光軸方向のすばやい
動きにも追随することができる。
A third invention is characterized in that the second calculating means calculates a change in the size of the image of the tracking target object based on a local correlation operation. Therefore, it is possible to obtain an optical flow at high speed and follow a quick movement in the optical axis direction of the camera.

【0011】また、第4の発明は、前記第2の算出手段
が、局所相関演算に基づいて前記追跡対象物の動きベク
トルの信頼度を計算し、信頼度の高いフローベクトルか
ら信頼度の低いフローベクトルを補完により求めること
を特徴とする。このため、オプティカルフローが正確に
求まり、ノイズに強い自動追尾を行うことができる。
In a fourth aspect of the present invention, the second calculating means calculates the reliability of the motion vector of the tracked object based on a local correlation operation, and calculates a low reliability from a flow vector having a high reliability. It is characterized in that a flow vector is obtained by complementation. For this reason, an optical flow can be accurately obtained, and automatic tracking that is resistant to noise can be performed.

【0012】また、第5の発明は、前記制御手段が、前
記第2の算出手段が算出したオプティカルフローのダイ
バージェンスを用いて前記サブカメラのズームレンズの
倍率を制御することを特徴とする。このため、計算量の
少ないダイバージェンスを利用した一層高速な自動追尾
が可能となる。
According to a fifth aspect of the present invention, the control means controls the magnification of the zoom lens of the sub camera using the divergence of the optical flow calculated by the second calculating means. Therefore, higher-speed automatic tracking using divergence with a small calculation amount can be performed.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。まず最初に、本実施の形態
で用いる自動追尾装置の概念について説明する。本実施
の形態で用いる自動追尾装置は、図1に示すように、主
カメラ1の他にサブカメラ2を設け、このサブカメラ2
により追跡対象物の奥行き方向の移動を検出し、検出し
た変化量に基づいて主カメラ1が追跡する追跡対象物の
テンプレート画像の大きさを変え、もって追跡対象物の
奥行き方向への動きに追随できるようにしている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the concept of the automatic tracking device used in the present embodiment will be described. The automatic tracking device used in the present embodiment is provided with a sub camera 2 in addition to the main camera 1 as shown in FIG.
, The movement of the tracking target in the depth direction is detected, and the size of the template image of the tracking target tracked by the main camera 1 is changed based on the detected change amount, thereby following the movement of the tracking target in the depth direction. I can do it.

【0014】すなわち、主カメラ1が追跡対象物を追跡
する際には、追跡対象物のテンプレート画像を画像メモ
リのデータとずらしマッチングし、追跡対象物の移動方
向及び移動量を求めるため、追跡対象物の奥行き方向の
移動によって追跡対象物の大きさが変動すると、テンプ
レート画像をそのまま用いることができなくなる。この
ため、この自動追尾装置では、追跡対象物の奥行き方向
の移動に応答して、テンプレート画像の大きさを拡大又
は縮小することとしている。なお、この自動追尾装置で
は、追跡対象物の動きをオプティカルフローとして算定
し、フローベクトル場を解析することにより、追跡対象
物がカメラに近づいてくるのか離れて行くのかを算出し
ている。
That is, when the main camera 1 tracks an object to be tracked, the template image of the object to be tracked is shifted and matched with the data in the image memory to determine the moving direction and amount of movement of the object to be tracked. If the size of the tracking target fluctuates due to the movement of the object in the depth direction, the template image cannot be used as it is. Therefore, in this automatic tracking device, the size of the template image is enlarged or reduced in response to the movement of the tracking target in the depth direction. In this automatic tracking device, the motion of the tracking target is calculated as an optical flow, and the flow vector field is analyzed to determine whether the tracking target approaches or leaves the camera.

【0015】また、この自動追尾装置では、サブカメラ
2を用いて追跡対象物の奥行き方向の動きであるオプテ
ィカルフローを算出するため、追跡対象物をサブカメラ
2の画面全体で捉えることが精度上望ましい。このた
め、追跡対象物の奥行き方向の動きに連動してサブカメ
ラ2のズーム倍率及びパンチルト運動を調整し、視野の
狭いサブカメラ2の視界に追跡対象物が入るようにして
いる。したがって、もし追跡対象物が奥行き方向に遠の
いたり近づいたりした場合は、その画像全体のオプティ
カルフローの変化としてとらえることができる。
In this automatic tracking device, since the optical flow, which is the movement of the tracking target in the depth direction, is calculated using the sub-camera 2, it is difficult to capture the tracking target on the entire screen of the sub-camera 2 in terms of accuracy. desirable. For this reason, the zoom magnification and the pan / tilt movement of the sub camera 2 are adjusted in conjunction with the movement of the tracking target object in the depth direction, so that the tracking target object enters the field of view of the sub camera 2 having a narrow field of view. Therefore, if the tracking target moves farther or closer in the depth direction, it can be regarded as a change in the optical flow of the entire image.

【0016】このように、サブカメラ2からの画像では
常にオプティカルフローが推定されており、得られるフ
ローベクトル場のダイバージェンス(div=du/d
x+dv/dy)を計算している。そして、このダイバ
ージェンス(div)の絶対値があるしきい値を超えた
場合には、追跡対象物が奥行き方向に動いたとみなし、
ダイバージェンス(div)の値に比例した倍率でテン
プレート画像の拡大あるいは縮小を行なう。このように
テンプレート画像を変える事によって主カメラ1は奥行
き方向の動きも含めて対象物を追尾することができる。
As described above, the optical flow is always estimated in the image from the sub-camera 2, and the divergence of the obtained flow vector field (div = du / d)
x + dv / dy). When the absolute value of the divergence (div) exceeds a certain threshold value, it is determined that the tracking target has moved in the depth direction,
The template image is enlarged or reduced at a magnification proportional to the value of the divergence (div). By changing the template image in this way, the main camera 1 can track the object including the movement in the depth direction.

【0017】次に、本実施の形態で用いる自動追尾装置
の構成について説明する。図1は、本実施の形態で用い
る自動追尾装置の全体構成を示す図である。同図に示す
ように、この自動追尾装置は、主カメラ1、サブカメラ
2、画像追尾演算装置3、オプティカルフロー演算部
4、制御部5からなる。
Next, the configuration of the automatic tracking device used in this embodiment will be described. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an automatic tracking device used in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the automatic tracking device includes a main camera 1, a sub camera 2, an image tracking calculation device 3, an optical flow calculation unit 4, and a control unit 5.

【0018】主カメラ1は、撮像対象を局所相関方式で
追尾する比較的視野角が広いCCDカメラモジュールで
あり、サブカメラ2は、パンチルト台7によるパンチル
ト動作が可能であり、電気信号により拡大縮小率が変化
するズームレンズ6を有するCCDカメラである。主カ
メラ1の他にサブカメラ2を設けた理由は、主カメラ1
のみでは、ウインドウ内の画像情報が少なく、追跡対象
物の動き情報であるオプティカルフローを精度良く求め
ることができないためである。すなわち、このオプティ
カルフローは、追跡対象物が存在する追跡ウインドウ内
で計算により求まるため、ウインドウ内の画像情報が多
ければ、その精度が向上する。このため、この自動追尾
装置では、追跡対象物のみを大きくとらえる補助的なカ
メラ(サブカメラ2)を設けている。なお、主カメラ1
の映像信号は画像追尾演算処理装置3に入力され、サブ
カメラ2からの映像信号はオプティカルフロー演算部4
に入力される。また、サブカメラ2のズームレンズ6を
制御する信号線は制御部5に接続され、またサブカメラ
2が載るパンチルト台7の制御信号も制御部5に接続さ
れる。
The main camera 1 is a CCD camera module having a relatively wide viewing angle for tracking an object to be imaged by a local correlation method. The sub camera 2 is capable of performing a pan / tilt operation by a pan / tilt table 7 and is scaled by an electric signal. This is a CCD camera having a zoom lens 6 whose rate changes. The reason for providing the sub camera 2 in addition to the main camera 1 is that the main camera 1
This is because the image information in the window is small and the optical flow, which is the movement information of the tracking target, cannot be obtained with high accuracy. That is, since the optical flow is obtained by calculation in the tracking window in which the tracking target exists, the accuracy is improved if the image information in the window is large. For this reason, this automatic tracking device is provided with an auxiliary camera (sub camera 2) that largely captures only the tracking target. The main camera 1
Is input to the image tracking arithmetic processing unit 3, and the video signal from the sub camera 2 is
Is input to A signal line for controlling the zoom lens 6 of the sub camera 2 is connected to the control unit 5, and a control signal of a pan / tilt table 7 on which the sub camera 2 is mounted is also connected to the control unit 5.

【0019】画像追尾演算装置3は、主カメラ1からの
画像情報に基づいて対象物の動き量を算出する処理部で
あり、図2に示すように、画像メモリ3a、相関演算処
理部3b及びテンプレート画像3cからなる。オプティ
カルフロー演算部4は、対象画像の大きさの変化を含む
オプティカルフローを算出する処理部であり、図3に示
すように、画像メモリ4a及び相関演算処理部4bから
なる。このように、画像追尾演算処理装置3及びオプテ
ィカルフロー演算部4は、同一の機能を有する相関演算
部3b及び相関演算部4bをそれぞれ内在する。
The image tracking operation unit 3 is a processing unit for calculating the amount of movement of the object based on image information from the main camera 1, and as shown in FIG. 2, an image memory 3a, a correlation operation processing unit 3b and Consists of a template image 3c. The optical flow calculation unit 4 is a processing unit that calculates an optical flow including a change in the size of the target image, and includes an image memory 4a and a correlation calculation processing unit 4b as shown in FIG. As described above, the image tracking operation processing device 3 and the optical flow operation unit 4 each include the correlation operation unit 3b and the correlation operation unit 4b having the same function.

【0020】この相関演算部3b及び4bは、基準とな
るテンプレート画像及びその座標値を受け付け、図4に
示すように、その座標の近傍に位置する候補画像とテン
プレート画像のずれ量を求める。例えば、8×8ピクセ
ルのテンプレート画像に対して24×24ピクセルのウ
インドウの中のあらゆるずらし量に対する候補画像とテ
ンプレート画像との間で相関をとり、最も一致度が高い
ずれ量の画像を探し出しそのずれ量を求める。そして、
画像追尾演算処理装置3では、相関演算部3bが求めた
ずれ量を追跡対象の移動量とみなし、オプティカルフロ
ー演算部4では、テンプレート画像を1つ前の処理時の
画像として相関演算部4bが求めたずれ量を移動ベクト
ルとみなす。
The correlation calculators 3b and 4b receive the reference template image and its coordinate values, and obtain the amount of deviation between the candidate image located near the coordinates and the template image as shown in FIG. For example, for a template image of 8 × 8 pixels, a correlation is made between the candidate image and the template image for any shift amount in a window of 24 × 24 pixels, and an image having the highest matching degree is searched for. Find the shift amount. And
In the image tracking calculation processing device 3, the shift amount obtained by the correlation calculation unit 3b is regarded as the movement amount of the tracking target. In the optical flow calculation unit 4, the correlation calculation unit 4b sets the template image as the image at the time of the immediately preceding processing. The obtained shift amount is regarded as a movement vector.

【0021】なお、このオプティカルフロー演算部4
は、例えば特開平9−73540号公報に開示される改
良型相関法を用いることもでき、この場合には、局所相
関演算に基づいて追跡対象物の動きベクトルの信頼度を
計算し、信頼度の高いフローベクトルから信頼度の低い
フローベクトルを補完により求めることになる。この改
良型相関法を用いると、若干の速度低下を伴うものの、
信頼度が低くノイズ成分の多い動きベクトルを信頼度が
高い動きベクトルで補完することができるため、オプテ
ィカルフローを正確に求め、もってノイズに強い追跡処
理を行うことができる。
The optical flow calculation unit 4
For example, an improved correlation method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-73540 can be used. In this case, the reliability of the motion vector of the tracking target is calculated based on the local correlation operation, and the reliability is calculated. A flow vector with low reliability is obtained from a flow vector with high reliability by interpolation. Using this improved correlation method, with a slight speed reduction,
Since a motion vector with low reliability and a lot of noise components can be complemented by a motion vector with high reliability, an optical flow can be accurately obtained, and a tracking process that is strong against noise can be performed.

【0022】制御部5は、画像追尾演算処理部3及びオ
プティカルフロー演算部4の出力に基づいて、サブカメ
ラ2のパンチルト動作角及びズームレンズ6と、主カメ
ラ1で追跡する追跡対象物のテンプレート画像の大きさ
を制御する制御部であり、図5に示すように、パンチル
ト機構制御部5a、ダイバージェンス計算部5b、ズー
ムレンズ制御部5c及びテンプレート画像拡大縮小処理
部5dからなる。
The control unit 5 controls the pan / tilt operation angle of the sub camera 2 and the zoom lens 6 based on the outputs of the image tracking calculation processing unit 3 and the optical flow calculation unit 4 and the template of the tracking target tracked by the main camera 1. The control unit controls the size of the image, and includes a pan / tilt mechanism control unit 5a, a divergence calculation unit 5b, a zoom lens control unit 5c, and a template image enlargement / reduction processing unit 5d, as shown in FIG.

【0023】ここで、パンチルト機構制御部5aは、画
像追尾演算処理部3からのデータに基づいて、サブカメ
ラ2のパンチルト台7の制御を行なう処理部である。ま
た、ダイバージェンス計算部5bは、オプティカルフロ
ー演算部4からのフローベクトル場データ(u,v)に
基づいて、ダイバージェンスすなわち div=du/dx+dv/dy(スカラー量) を計算する処理部である。なお、この計算結果は、ズー
ムレンズ制御部5c及びテンプレート画像拡大縮小処理
部5dに出力される。ズームレンズ制御部5cは、この
ダイバージェンスを用いてサブカメラ2のズームレンズ
6の最適倍率の決定を行い、またテンプレート画像拡大
縮小処理部5dは、追跡対象物の奥行き方向への移動に
応答する大きさの変化に対応するために、テンプレート
画像3cの拡大縮小を行う。
Here, the pan / tilt mechanism control unit 5a is a processing unit that controls the pan / tilt table 7 of the sub camera 2 based on data from the image tracking calculation processing unit 3. The divergence calculation unit 5b is a processing unit that calculates divergence, that is, div = du / dx + dv / dy (scalar amount) based on the flow vector field data (u, v) from the optical flow calculation unit 4. The calculation result is output to the zoom lens control unit 5c and the template image enlargement / reduction processing unit 5d. The zoom lens control unit 5c determines the optimum magnification of the zoom lens 6 of the sub camera 2 using the divergence, and the template image enlargement / reduction processing unit 5d responds to the movement of the tracking target in the depth direction. In order to cope with the change in the size, the template image 3c is enlarged or reduced.

【0024】具体的には、主カメラ1が追跡対象物を追
跡する場合に、画像追尾演算処理装置3が、追跡対象物
の現在の座標と追尾演算処理の単位時間における対象物
の移動方向および移動量を制御部5に送り、制御部5
は、その移動量に応じた分だけパンチルト台7を動か
し、サブカメラ2に常に追跡対象物がその視野内におさ
まるようにする。このため、図6に示すように、主カメ
ラ1は追跡対象物を広視野角で追跡し、サブカメラ2は
追跡対象物を常に視野角いっぱいに得ることができる。
More specifically, when the main camera 1 tracks an object to be tracked, the image tracking arithmetic processing unit 3 determines the current coordinates of the object to be tracked, the moving direction of the object in a unit time of the tracking arithmetic processing, and The moving amount is sent to the control unit 5, and the control unit 5
Moves the pan-tilt table 7 by an amount corresponding to the amount of movement so that the sub camera 2 always keeps the tracking target within its field of view. Therefore, as shown in FIG. 6, the main camera 1 tracks the tracking target with a wide viewing angle, and the sub camera 2 can always obtain the tracking target with the full viewing angle.

【0025】次に、追跡対象物が奥行き方向に移動した
場合すなわちカメラに近づいたり離れたりする場合につ
いて説明する。すでに説明したように、制御部5のズー
ムレンズ制御部5cにより、サブカメラ2は常に追跡対
象物を視野角全体で捉えることができるので、追跡対象
物の奥行き方向の移動を敏感に把握できる。
Next, the case where the tracked object moves in the depth direction, that is, the case where the tracked object approaches or moves away from the camera will be described. As described above, the sub-camera 2 can always catch the tracking target in the entire viewing angle by the zoom lens control unit 5c of the control unit 5, so that the movement of the tracking target in the depth direction can be grasped sensitively.

【0026】具体的には、この追跡対象物の奥行き方向
の移動は、オプティカルフロー演算部4から得られるフ
ローベクトル場の変化として捉えることができるため、
ダイバージェンス計算部5bは、このフローベクトル場
の変化からベクトル場のダイバージェンス(div)を
計算して、奥行き方向の移動量を検出する。そして、主
カメラ1に写っている追跡対象物は、このダイバージェ
ンス(div)に比例した大きさに変化していることに
なるので、テンプレート画像拡大縮小処理部5dが追跡
対象物の比較の対象となるテンプレート画像3cをこの
ダイバージェンス(div)に比例した倍率で拡大又は
縮小処理する。また、サブカメラ2に写る画像の大きさ
もダイバージェンス(div)に応答して変化している
ので、ズームレンズ制御部5cが、ダイバージェンス
(div)に基づいてズームレンズ6の倍率を変化させ
る。
More specifically, the movement of the tracked object in the depth direction can be regarded as a change in the flow vector field obtained from the optical flow calculation unit 4.
The divergence calculation unit 5b calculates the divergence (div) of the vector field from the change of the flow vector field, and detects the amount of movement in the depth direction. Since the tracking target object shown in the main camera 1 has changed in size in proportion to the divergence (div), the template image enlargement / reduction processing unit 5d determines whether the tracking target object is to be compared with the tracking target object. The template image 3c is enlarged or reduced at a magnification proportional to the divergence (div). Further, since the size of the image captured by the sub camera 2 also changes in response to the divergence (div), the zoom lens control unit 5c changes the magnification of the zoom lens 6 based on the divergence (div).

【0027】このように、本実施の形態では、追跡対象
物の奥行き方向への移動に伴う追跡対象物の大きさの変
化を、テンプレート画像3cの拡大縮小及びズームレン
ズ6の倍率変更により吸収するため、主カメラ1及びサ
ブカメラ2がともに追跡対象物を適切に捕らえることが
でき、3次元トラッキングが可能となる。
As described above, in the present embodiment, the change in the size of the tracking object due to the movement of the tracking object in the depth direction is absorbed by the enlargement / reduction of the template image 3c and the change in the magnification of the zoom lens 6. Therefore, both the main camera 1 and the sub camera 2 can appropriately capture the tracking target, and three-dimensional tracking can be performed.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上詳細に説明したように、第1の発明
は、主カメラの他にサブカメラを設け、サブカメラが捉
えた追跡対象物の奥行き方向の動きに基づいて、サブカ
メラのパンチルト動作角及びズームレンズ並びに追跡対
象物のテンプレート画像の大きさを制御するよう構成し
たので、下記に示す効果が得られる。 1)ブロックマッチングを用いた追跡を行う場合に、追
跡対象物のカメラ光軸方向の動きを効率良く自動追尾す
ることができる。 2)従来弱点とされてきた奥行き方向の動きについて、
オプティカルフローを求めることのできるサブカメラを
加え奥行き方向の動きを推定し、それをテンプレート画
像の拡大縮小倍率に反映させることで正確な3次元的ト
ラッキングが可能となる。
As described in detail above, the first aspect of the present invention provides a sub-camera in addition to the main camera, and performs pan-tilt of the sub-camera based on the movement of the tracking target in the depth direction captured by the sub-camera. Since the configuration is such that the operation angle, the zoom lens, and the size of the template image of the tracking target are controlled, the following effects can be obtained. 1) When performing tracking using block matching, it is possible to automatically and efficiently track the movement of the tracking target in the optical axis direction of the camera. 2) Regarding the movement in the depth direction, which has been regarded as a weak point in the past,
By adding a sub-camera capable of obtaining an optical flow and estimating the movement in the depth direction and reflecting the movement in the enlargement / reduction ratio of the template image, accurate three-dimensional tracking becomes possible.

【0029】また、第2の発明は、サブカメラのズーム
レンズの倍率を追跡対象物がサブカメラの視野角に収ま
る最大倍率となるよう制御するよう構成したので、下記
に示す効果が得られる。 1)追跡対象物のカメラ光軸方向の動きを検出するため
のオプティカルフローを精度良く求めることができる。 2)追跡対象物のカメラ光軸方向の動き情報をサブカメ
ラの全視野で求めるため動き情報が精密に求まり、それ
がテンプレート画像の拡大縮小率に反映されるためより
正確な追跡が可能となる。
In the second invention, the magnification of the zoom lens of the sub camera is controlled so as to be the maximum magnification at which the object to be tracked falls within the viewing angle of the sub camera, so that the following effects can be obtained. 1) The optical flow for detecting the movement of the tracking target in the camera optical axis direction can be accurately obtained. 2) Since the motion information of the tracking target in the camera optical axis direction is obtained in the entire field of view of the sub camera, the motion information is accurately obtained, and the motion information is reflected in the enlargement / reduction ratio of the template image, thereby enabling more accurate tracking. .

【0030】また、第3の発明は、局所相関演算に基づ
いて追跡対象物の画像の大きさの変化を算出するよう構
成したので、高速にオプティカルフローを求め、カメラ
光軸方向のすばやい動きにも追随することができる。
Further, since the third invention is configured to calculate the change in the size of the image of the object to be tracked based on the local correlation operation, the optical flow can be obtained at high speed, and the movement can be quickly performed in the camera optical axis direction. Can also follow.

【0031】また、第4の発明は、局所相関演算に基づ
いて前記追跡対象物の動きベクトルの信頼度を計算し、
信頼度の高いフローベクトルから信頼度の低いフローベ
クトルを補完により求めるよう構成したので、速度面で
は若干の速度低下はあるものの信頼度の低いすなわちノ
イズ成分の多い動きベクトルも信頼度の高い動きベクト
ルから補完により求めているため、オプティカルフロー
が正確に求まり、ノイズに強い追跡処理が可能となる。
According to a fourth aspect, the reliability of the motion vector of the tracking object is calculated based on a local correlation operation,
Since low-reliability flow vectors are obtained by complementation from high-reliability flow vectors, motion vectors with low reliability, that is, low-reliability, that is, motion vectors with many noise components are also highly reliable , The optical flow is accurately obtained, and tracking processing resistant to noise can be performed.

【0032】また、第5の発明は、オプティカルフロー
のダイバージェンスを用いてサブカメラのズームレンズ
の倍率を制御するよう構成したので、下記に示す効果が
得られる。 1)計算量の少ないダイバージェンスをもとに光軸方向
の動きを求めているので、さらに高速にカメラ光軸方向
の動きを求めることができ、より一層高速な追跡処理が
可能となる。 2)ノイズに強くかつ対象物体のカメラ光軸方向の動き
に対応できる追跡処理が可能となる。
The fifth aspect of the present invention is configured to control the magnification of the zoom lens of the sub camera using the divergence of the optical flow, so that the following effects can be obtained. 1) Since the movement in the optical axis direction is obtained based on the divergence with a small amount of calculation, the movement in the optical axis direction of the camera can be obtained at higher speed, and the tracking processing can be performed at a higher speed. 2) A tracking process that is resistant to noise and that can cope with the movement of the target object in the camera optical axis direction can be performed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施の形態で用いる自動追尾装置の全体構成
を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an automatic tracking device used in the present embodiment.

【図2】図1に示す画像追尾演算処理装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram illustrating a configuration of an image tracking calculation processing device illustrated in FIG. 1;

【図3】図1に示すオプティカルフロー演算部の構成を
示すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of an optical flow calculation unit illustrated in FIG. 1;

【図4】図2及び図3に示す相関演算処理部の処理を説
明する説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a process of a correlation operation processing unit illustrated in FIGS. 2 and 3;

【図5】図1に示す制御部の構成を示すブロック図であ
る。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a control unit shown in FIG.

【図6】主カメラとサブカメラが追跡する対象物の画像
を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing images of an object tracked by a main camera and a sub camera.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…主カメラ 2…サブカメラ 3…画像追尾演算装置 4…オプティカルフロー演算部 5…制御部 6…ズームレンズ 7…パンチルト台 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Main camera 2 ... Sub camera 3 ... Image tracking calculation device 4 ... Optical flow calculation part 5 ... Control part 6 ... Zoom lens 7 ... Pan-tilt stand

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI G05D 3/12 B60R 21/00 620Z H04N 5/232 B62D 1/24 // B60R 21/00 620 G02B 7/11 K B62D 1/24 G03B 3/00 A 57/032 B62D 57/02 E G06T 7/20 G06F 15/70 410 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification symbol FI G05D 3/12 B60R 21/00 620Z H04N 5/232 B62D 1/24 // B60R 21/00 620 G02B 7/11 K B62D 1 / 24 G03B 3/00 A 57/032 B62D 57/02 E G06T 7/20 G06F 15/70 410

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 追跡対象物を局所相関方式で追尾する主
カメラと、 ズームレンズ及びパンチルト機構を少なくとも有し、前
記追尾対象物を拡大画像として捉えるサブカメラと、 前記主カメラからの画像情報とテンプレート画像とのマ
ッチングにより前記追跡対象物の移動量を算出する第1
の算出手段と、 前記サブカメラが捉えた追跡対象物の奥行き方向の動き
を示すオプティカルフローを算出する第2の算出手段
と、 前記第2の算出手段による算出結果に基づいて前記サブ
カメラのパンチルト動作角及びズームレンズ並びに前記
第1の算出手段が用いる追跡対象物のテンプレート画像
の大きさを制御する制御手段と、 を具備することを特徴とする自動追尾装置。
1. A main camera that tracks a tracking target by a local correlation method, a sub camera that has at least a zoom lens and a pan-tilt mechanism, and captures the tracking target as an enlarged image, and image information from the main camera. A first method of calculating the movement amount of the tracking target object by matching with a template image
Calculating means for calculating an optical flow indicative of the movement of the tracking target object in the depth direction captured by the sub-camera; and pan-tilt of the sub-camera based on the calculation result by the second calculating means. Control means for controlling the operating angle, the zoom lens, and the size of the template image of the tracking target used by the first calculating means.
【請求項2】 前記制御手段は、前記サブカメラのズー
ムレンズの倍率が前記追跡対象物がサブカメラの視野角
に収まる最大倍率となるよう制御することを特徴とする
請求項1記載の自動追尾装置。
2. The automatic tracking apparatus according to claim 1, wherein the control unit controls the magnification of the zoom lens of the sub-camera to be a maximum magnification at which the tracking target falls within the viewing angle of the sub-camera. apparatus.
【請求項3】 前記第2の算出手段は、局所相関演算に
基づいて追跡対象物の画像の大きさの変化を算出するこ
とを特徴とする請求項1又は2記載の自動追尾装置。
3. The automatic tracking apparatus according to claim 1, wherein the second calculating means calculates a change in the size of the image of the tracking target based on a local correlation operation.
【請求項4】 前記第2の算出手段は、局所相関演算に
基づいて前記追跡対象物の動きベクトルの信頼度を計算
し、信頼度の高いフローベクトルから信頼度の低いフロ
ーベクトルを補完により求めることを特徴とする請求項
1又は2記載の自動追尾装置。
4. The second calculating means calculates the reliability of the motion vector of the tracking target based on a local correlation operation, and obtains a low-reliability flow vector from a high-reliability flow vector by complementation. The automatic tracking device according to claim 1 or 2, wherein
【請求項5】 前記制御手段は、前記第2の算出手段が
算出したオプティカルフローのダイバージェンスを用い
て前記サブカメラのズームレンズの倍率を制御すること
を特徴とする請求項3又は4記載の自動追尾装置。
5. The automatic control system according to claim 3, wherein the control unit controls the magnification of the zoom lens of the sub camera using the divergence of the optical flow calculated by the second calculation unit. Tracking device.
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