TWI659651B - 影像物件的追蹤方法 - Google Patents

Abstract

一種影像物件的追蹤方法，包含下列步驟：步驟一係於一影像畫面串流中偵測至少一移動物件。步驟二係依據移動物件而定義一目標邊界框、一可視框及一第一觸發框。步驟三係鎖定且追蹤移動物件，並依據移動物件而移動目標邊界框。步驟四係當目標邊界框接觸第一觸發框時，則將第一觸發框轉換為一第二觸發框，其中第二觸發框小於該第一觸發框。

Description

影像物件的追蹤方法

本發明係關於一種物件追蹤方法，特別是關於一種應用於PTZ控制的影像物件追蹤方法。

目前有許多的數位影像系統皆搭載有PTZ控制，以應用於監控或會議等場合。所謂的PTZ控制，係指可針對數位影像系統的雲台、攝影機或鏡頭進行左右轉動(pan)，上下傾斜(tile)與放大縮小(zoom)等功能控制。

藉由PTZ控制，可以使得數位影像系統隨時改變攝影的角度以及所涵蓋的範圍，相較於習知僅能單一運動的攝影機，可以獲得更好的影像效果。而且透過多台具有PTZ控制功能的攝影機在空間位置上的相互配合，更有利於智能型監控目的。

近來，在具有PTZ控制的數位影像系統中更增加了物件追蹤的功能，其可針對影像畫面中特定的物件(例如人物、動物或車輛)進行鎖定，並進而控制鏡頭移動以達到追蹤的功能。然而，物件的移動模式有多種的變化，例如朝單一方向移動，或是左右來回晃動。當物件係左右來回晃動時，可能造成鏡頭隨之左右晃動的情形，如此一來將使得輸出的畫面顯得不流暢。

因此，如何提供一種應用於PTZ控制的影像物件追蹤方法，能夠使得其所輸出的影像畫面流暢呈現，實屬當前重要課題之一。

本發明之主要目的在於提供一種影像物件的追蹤方法，其能夠在執行PTZ控制時，維持影像畫面的播放流暢度。

為達上述目的，本發明提供一種影像物件的追蹤方法，包括下列步驟：步驟一係於一影像畫面串流中偵測至少一移 動物件。步驟二係依據移動物件而定義一目標邊界框、一可視框及一第一觸發框。步驟三係鎖定且追蹤移動物件，並依據移動物件而移動目標邊界框。步驟四係當目標邊界框接觸第一觸發框時，則將第一觸發框轉換為一第二觸發框，其中第二觸發框小於第一觸發框。

依據本發明之一實施例，更包括下列步驟：依據移動物件而移動第二觸發框，以及依據移動物件而移動可視框。

依據本發明之一實施例，其中可視框及第二觸發框係以移動物件為中心而移動。

依據本發明之一實施例，在鎖定且追蹤移動物件之後更包括下列步驟：判斷一觸發計數值是否大於一預設觸發臨界值。若結果為是，則轉換為第一觸發框，若結果為否，則繼續鎖定且追蹤移動物件。

依據本發明之一實施例，更包括當目標邊界框接觸第二觸發框，則將第二觸發框轉換為一第三觸發框。第三觸發框(scale)小於第二觸發框。

依據本發明之一實施例，當目標邊界框接觸第二觸發框後更包括下列步驟：判斷目標邊界框接觸第二觸發框之一觸發框接觸次數是否大於一預設接觸次數。若結果為是，則將第二觸發框轉換為第三觸發框，若結果為否，則維持第二觸發框。

依據本發明之一實施例，當目標邊界框接觸第二觸發框後更包括下列步驟：啟動一計時器開始計時。比對計時器之計時值是否等於一預設計時值。若結果為是，則判斷目標邊界框接觸第二觸發框之觸發框接觸次數是否大於預設接觸值。若結果為否，則維持第二觸發框。

承上所述，依據本發明之一種影像物件的追蹤方法係利用不同尺寸規格的觸發框來與移動物件進行比較，藉以達到移動物件在慢速移動、快速移動或原地晃動時，皆能使攝影機的鏡頭執行流暢的追蹤動作，進而使得輸出的影像畫面串流更加的流暢。

100‧‧‧影像畫面

11‧‧‧移動物件

F01‧‧‧目標邊界框

F02‧‧‧可視框

F11‧‧‧第一觸發框

F12‧‧‧第二觸發框

F13‧‧‧第三觸發框

S01~S06‧‧‧步驟

S11~S23‧‧‧步驟

S31~S47‧‧‧步驟

第1圖為顯示依據本發明第一實施例之一種影像物件的追蹤方法的流程圖。

第2圖為顯示依據本發明第二實施例之影像物件的追蹤方法的流程圖。

第3A圖至第3D圖為顯示與第2圖配合應用之影像畫面串流之示意圖。

第4圖為顯示依據本發明第三實施例之影像物件的追蹤方法的流程圖。

第5A圖至第5G圖為顯示與第4圖配合應用之影像畫面串流之示意圖。

以下將透過實施例來解釋本發明內容，本發明的實施例並非用以限制本發明須在如實施例所述之任何特定的環境、應用或特殊方式方能實施。因此，關於實施例之說明僅為闡釋本發明之目的，而非用以限制本發明。須說明者，以下實施例及圖式中，與本發明非直接相關之元件已省略而未繪示；且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例。另外，以下實施例中，相同的元件將以相同的元件符號加以說明。

請參照第1圖，其係依據本發明第一實施例之一種影像物件的追蹤方法的流程圖。首先要說明的是，本發明之影像物件的追蹤方法係應用於一具有自動追蹤功能之攝影機，其可應用於教學錄影、遠距教學或演講會場等場合。攝影機至少具有一鏡頭及一PTZ控制單元，據以針對鏡頭所擷取之複數個影像畫面中的目標進行追蹤。如第1圖所示，影像物件的追蹤方法包括步驟S01至S06。

步驟S01係於一影像畫面串流中偵測至少一移動物件。於此，影像畫面串流係由鏡頭所擷取的該些影像畫面所構成。移動物件的偵測方式可以係利用不同時間的影像畫面，進行影像 串流差值演算(frame differencing algorithm)、高斯混合模型演算(GMM)或建立背景模型(codebook)等方式而獲得。

步驟S02係依據移動物件而定義一目標邊界框、一可視框及一第一觸發框。於此，所謂的目標邊界框係指依據偵測到的移動物件所定義出的範圍，亦代表被追蹤物件。可視框係攝影機鏡頭所擷取的影像畫面，可供PTZ控制的可視區域，其可與影像畫面為相同尺寸或略小。第一觸發框係依據移動物件之中心點所定義的一邊界條件。

步驟S03係鎖定且追蹤移動物件，並依據移動物件而移動目標邊界框。於本實施例中，由於目標邊界框係代表被追蹤物件，因此將會隨著偵測到的移動物件的位置改變而隨之改變目標邊界框的位置。

步驟S04係當目標邊界框接觸第一觸發框時，則將第一觸發框轉換為一第二觸發框，且第二觸發框小於第一觸發框。於本實施例中，當目標邊界框接觸到第一觸發框時，即代表被追蹤物件正在移動，因此將改為選用尺寸較小的第二觸發框來取代第一觸發框。由於選用較小的觸發框，因此目標邊界框更容易接觸到第二觸發框，也代表偵測靈敏度將會提高。

步驟S05係依據移動物件而移動第二觸發框。於本實施例中，將會依據移動物件移動的方向，也就是目標邊界框移動的方向，而將第二觸發框往相同的方向移動。

步驟S06係依據移動物件而移動可視框。由於移動物件在移動之後，將有機會超出可視框的範圍，而使得移動物件消失於影像畫面中，因此將隨著移動物件移動的方向而移動可視框，以令移動物件保持於影像畫面中，甚至是接近影像畫面的中心位置。

請搭配第2圖以及第3A圖至第3D圖所示，以實例說明本發明之影像物件的追蹤方法。其中，第2圖係本發明第二實施例之影像物件的追蹤方法的流程圖，第3A圖至第3D圖係配合第2圖之影像畫面串流的示意圖。

如第3A圖，步驟S11係於具有複數個影像畫面100的影像畫面串流中偵測移動物件11。步驟S12係判斷是否偵測到移動物件11，若結果為否則執行步驟S11，若結果為是，則執行步驟S13。

步驟S13係重置(reset)一觸發計數值，並使用一第一觸發框F11。步驟S14係鎖定並追蹤移動物件11。於本實施例中，係以移動物件11為中心設定一目標邊界框F01以及一可視框F02。

接著，步驟S15係判斷移動物件11是否丟失，當結果為是，則執行步驟S11，當結果為否，則執行步驟S16。於此，例如當移動物件11的移動速度過於快速，而消失於影像畫面100中時，則判斷為移動物件丟失。於本實施例中，移動物件11並未丟失，因此則執行步驟S16。

步驟S16係判斷目標邊界框F01是否接觸觸發框，當結果為是，則執行步驟S17，當結果為否，則執行步驟S21。於此時，如第3B圖所示，觸發框係為第一觸發框F11，且目標邊界框F01已接觸第一觸發框F11，因此將接著執行步驟S17。

步驟S17係重置觸發計數值。接著，如第3C圖所示，步驟S18係使用第二觸發框F12，以取代第一觸發框。於此，第二觸發框F12之尺寸小於第一觸發框F11之尺寸，因此當移動物件11持續移動時，能夠較為靈敏的被判斷。

接著，由於移動物件11持續移動中，因此步驟S19係依據移動物件11而移動第二觸發框F12於影像畫面100中的位置。於本實施例中，第二觸發框F12移動的方向係與移動物件11的移動方向相同。

接著，步驟S20係依據移動物件11而移動可視框F02。於本實施例中，當移動物件11偏離可視框的中心一定距離時，攝影機將會控制鏡頭作動，而朝移動物件11的移動方向進行轉向運動。接著，則再次執行步驟S14，以繼續鎖定並追蹤移動物件11。

此時，假設移動物件11停留在原地不再移動，則經由步驟S15判斷移動物件11並未丟失，而執行步驟S16，並判斷目 標邊界框並未接觸第二觸發框F12，進而執行步驟S21。

步驟S21係將觸發計數值+1，之後執行步驟S22，以判斷觸發計數值是否大於預設觸發臨界值。當其結果為是，則執行步驟S23，若結果為否，則執行步驟S14。於本實施例中，觸發預設臨界值係可於程序中預先設定，其目的是為了判斷目標邊界框F01是否在一個固定的時間中沒有接觸到觸發框。若結果為是，則代表移動物件11為靜止狀態。

如第3D圖所示，步驟S23係當移動物件11為靜止狀態時，則轉換使用第一觸發框F11。

承上所述，在流程初始之時，係利用尺寸規格較大的第一觸發框作為邊界條件，而當偵測到移動物件，並在移動物件接觸到第一觸發框後，則轉換為使用尺寸規格較小的第二觸發框，並據此移動可視框(即驅動鏡頭轉向)。如此一來，將可在移動物件移動的過程中，有較為靈敏的觸發條件，而使得鏡頭的轉向較為流暢，因此在影像畫面串流中所呈現的影像亦較為流暢。

接著，請再參照第4圖及第5A圖至第5G圖所示，以說明本發明第三實施例之影像物件的追蹤方法的流程圖。其中第5A圖至第5G圖係為配合第4圖之影像畫面串流的示意圖。

如第4圖所示，第三實施例之影像物件的追蹤方法包括步驟S31至S47。其中，初始的步驟S31、S32、S34、S35及S36係與第二實施例之步驟S11、S12、S14、S15及S16相同，且第5A圖與第5B圖係與第3A圖及第3B圖相同，故於此不再加以贅述。

與第二實施例不同的步驟S33係重置觸發計數值、重置接觸觸發框次數並使用第n觸發框。於此，第n觸發框係預設為第一觸發框。承上所述，如第5B圖所示，當影像畫面串流中的移動物件11係朝影像畫面100的左方移動，此時於步驟S36係在判斷目標邊界框F01接觸第一觸發框F11之後，執行步驟S37。

步驟S37係重置觸發計數值、觸發框接觸次數+1並同時啟動一計時器，接著執行步驟S38。步驟S38係比對計時器之一計時值是否等於一預設計時值，當其結果為是，則執行步驟 S39，當其結果為否，則執行步驟S44。於本實施例中，計時器係可為一倒數計時器，而預設計時值則為0。於此時，係判斷計時值不等於預設計時值，因此執行步驟S44。

如第5C圖所示，步驟S44係維持使用當前的觸發框而不變更。因此，仍係使用第一觸發框。接著依序執行步驟S42及步驟S43，以依據移動物件11的移動方向而移動觸發框，並依據移動物件11的移動方向而移動可視框。

如第5D圖所示，當影像畫面串流中的移動物件11仍繼續朝影像畫面100的左方移動，此時則繼續執行步驟S34、S35、S36、S37及S38。於此，當步驟S38中，計時值等於預設計時值時，則執行步驟S39。

步驟S39係重置計時值，並接著執行步驟S40，以判斷觸發框接觸次數值是否大於預設接觸值。當其結果為是，執行步驟S41，當其結果為否，則執行步驟S44。於本實施例中，預設接觸值例如係為1，而此時為第二次接觸，因此執行步驟S41。

步驟S41是使用第n+1觸發框，於此即是使用第二觸發框F12。其中，第二觸發框F12之尺寸規格係小於第一觸發框F11之尺寸規格。接著依序執行步驟S42及步驟S43，以依據移動物件11的移動方向而移動觸發框，並依據移動物件11的移動方向而移動可視框。

再如第5E圖所示，影像畫面串流中的移動物件11仍繼續朝影像畫面100的左方移動，此時則繼續執行步驟S34、S35、S36、S37、S38、S39、S40、S41、S42及S43。於步驟S41係使用第三觸發框F13，而第三觸發框F13之尺寸規格係小於第二觸發框F12之尺寸規格。

接著如第5F圖所示，影像畫面串流中的移動物件11開始朝影像畫面100的右方移動，或是開始於原地左右晃動而未再接觸觸發框時，則執行步驟S34、S35、S36、S45及S46。

步驟S45係將觸發計數值+1，步驟S46係判斷觸發計數值是否大於預設觸發臨界值。當其結果為是，執行步驟S47，當 其結果為否，則執行步驟S34。於此係判斷其結果為否，故執行步驟S34。

最後，如第5G圖所示，影像畫面串流中的移動物件11停留在原地不動時，則執行步驟S34、S35、S36、S45、S46及S47。

此時，係為第二次判斷目標邊界框F01並未接觸第三觸發框F13，因此則如步驟S47係使用第一觸發框F11。

承上所述，於第三實施例中，係加入步驟S38至S40的步驟，其係判斷在一定的時間內代表移動物件的目標邊界框接觸到觸發框達到一定的次數時，即逐漸縮小觸發框的尺寸，以使得追蹤的效果更加靈敏。

綜上所述，依據本發明之一種影像物件的追蹤方法係利用不同尺寸規格的觸發框來與移動物件進行比較，藉以達到移動物件在慢速移動、快速移動或原地晃動時，皆能使攝影機的鏡頭執行流暢的追蹤動作，進而使得輸出的影像畫面串流更加的流暢。

本發明符合發明專利之要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士，爰依本案發明精神所作之等效修飾或變化，皆應包括於以下之申請專利範圍內。

Claims (8)

1. 一種影像物件的追蹤方法，包含下列步驟：於一影像畫面串流中偵測至少一移動物件；依據該移動物件定義一目標邊界框、一可視框及一第一觸發框；鎖定且追蹤該移動物件，並依據該移動物件而移動該目標邊界框；以及當該目標邊界框接觸該第一觸發框，則將該第一觸發框轉換為一第二觸發框，其中該第二觸發框小於該第一觸發框。
2. 如請求項1所述之影像物件的追蹤方法，更包含：依據該移動物件而移動該第二觸發框；以及依據該移動物件而移動該可視框。
3. 如請求項2所述之影像物件的追蹤方法，其中該可視框及該第二觸發框係以該移動物件為中心而移動。
4. 如請求項1所述之影像物件的追蹤方法，在鎖定且追蹤該移動物件之後，更包含：判斷一觸發計數值是否大於一預設觸發臨界值；若結果為是，則轉換為該第一觸發框；以及若結果為否，則繼續鎖定且追蹤該移動物件。
5. 如請求項1所述之影像物件的追蹤方法，更包含：當該目標邊界框接觸該第二觸發框，則將該第二觸發框轉換為一第三觸發框，其中該第三觸發框小於該第二觸發框。
6. 如請求項5所述之影像物件的追蹤方法，在鎖定且追蹤該移動物件之後，更包含：判斷一觸發計數值是否大於一預設觸發臨界值；若結果為是，則轉換為該第一觸發框；以及若結果為否，則繼續鎖定且追蹤該移動物件。
7. 如請求項5所述之影像物件的追蹤方法，當該目標邊界框接觸該第二觸發框後，更包含：判斷該目標邊界框接觸該第二觸發框之次數是否大於一預設接觸次數；若結果為是，則轉換為該第三觸發框；以及若結果為否，則維持該第二觸發框。
8. 如請求項7所述之影像物件的追蹤方法，當該目標邊界框接觸該第二觸發框後，更包含：啟動一計時器開始計時；比對該計時器之值是否等於一預設計時值；若結果為是，則判斷該目標邊界框接觸該第二觸發框之次數是否大於該預設接觸值；以及若結果為否，則維持該第二觸發框。