一种自动目标跟踪的摄像装置及其控制方法

1.本发明涉及一种自动目标跟踪的摄像装置及其控制方法。


背景技术：

2.工程实践中许多自动摄像装置都是装在一个固定的位置上并且需要被摄像人员自己根据摄像头的画面来调整自己的位置以获得满意的拍摄效果，这对被摄像人员来说是非常不友好的。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种自动目标跟踪的摄像装置及其控制方法，可以根据被摄像人员的位置自行调整摄像头的位置保证当被摄像人员位置发生变化时始终处能够保证图像中被摄像人员位置及大小的一致。
4.为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种自动目标跟踪的摄像装置，包括控制单元、电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块、电动变焦摄像头；所述电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块、电动变焦摄像头根据控制单元发送的相应信号调整摄像装置的相应状态，以实现根据被摄像人员的位置调整电动变焦摄像头的位置。
5.在本发明一实施例中，所述电动舵机1等待接收控制单元发送过来的有符号数δβ，其符号表示电动舵机1的转动方向，数值代表电动舵机1的转动角度；电动舵机1收到有符号数δβ后进行相应操作以调整摄像装置的拍照姿态；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。
6.在本发明一实施例中，所述电动舵机2等待接收控制单元发送过来的有符号数δθ，其符号表示电动舵机2的转动方向，数值代表电动舵机2的转动角度；电动舵机2收到有符号数δθ后进行相应操作以调整丝杆的倾斜角度；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。
7.在本发明一实施例中，所述丝杆电机模块等待接收控制单元发送过来的有符号数δρ，其符号表示丝杆电机的转动方向，数值代表丝杆滑台所需滑动的位移；丝杆电机模块收到有符号数δρ后会根据丝杆滑台的滑动速度vs计算出丝杆电机所需转动的时间t并进行相应操作以调整丝杆滑台在丝杆上的位置；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。
8.在本发明一实施例中，所述电动变焦摄像头收到控制单元的图像采集指令后进行图像采集，并将采集到的图像发送给控制单元。
9.在本发明一实施例中，所述控制单元控制电动变焦摄像头进行图像采集并根据采集的图像控制电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块调整电动变焦摄像头的位置与拍照姿态。
10.在本发明一实施例中，所述控制单元操作包括：
11.(2-1)测量丝杆滑台的滑动速度vs；
12.(2-2)设定阈值区域的大小：首先获取电动变焦摄像头像素坐标系的大小m*n和中心点坐标(x0,y0)；然后设定阈值区域的范围为m/4*n/4、中心点坐标为(x0,y0)即电动变焦摄像头的拍摄目标必须处于此区域内；
13.(2-3)向电动变焦摄像头发出图像采集命令并保存所接收到的图像；
14.(2-4)对所保存的图像中目标对象进行识别；
15.(2-5)根据(2-4)的识别结果得出目标对象在像素坐标系中的像素坐标(x,y)；
16.(2-6)根据(2-5)得出的目标对象像素坐标(x,y)计算出该像素坐标与阈值区域中心像素坐标(x0,y0)之间的像素差(δx,δy)；
17.(2-7)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出丝杆滑台所需移动的距离即有符号数δρ，并发送给丝杆电机模块；等待接收丝杆电机模块转动结束标志符；
18.(2-8)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机1所需转动的角度即有符号数δβ，并发送给电动舵机1；等待接收电动舵机1转动结束标志符；
19.(2-9)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机2所需转动的角度即有符号数δθ，并发送给电动舵机2；等待接收电动舵机2转动结束标志符；
20.(2-10)分别控制电动舵机2转动一个小角度δθ1和丝杆电机模块中丝杆滑台滑动位移δρ，并根据两次转动产生的电动变焦摄像头位置变化(δa
θ
,δb
θ
)、(δa
ρ
,δb
ρ
)和目标对象的像素变化(δx
θ
,δy
θ
)、(δx
ρ
,δy
ρ
)计算出电动变焦摄像头位置变化与目标对象像素变化之间的函数关系x＝k
·
a+m、y＝h
·
b+n。
21.采用如上述所述的一种自动目标跟踪的摄像装置的控制方法，包括如下步骤：
22.(p-1)步骤：摄像装置在上电后首先执行(2-1)操作测量丝杆滑台的滑动速度vs；然后执行(2-2)操作设定阈值区域的大小；最后执行(2-10)操作计算出摄像装置的运动参数；
23.(p-2)步骤：设置执行次数n；执行(2-3)操作，接收到图像后执行(2-4)操作；判断是否识别到特定目标；如果识别失败，则重新执行(2-3)和(2-4)操作；如果执行(2-3)和(2-4)操作次数超过n则结束本次运行流程并在预定时间后再次执行(p-2)步骤；如果识别成功，则执行(p-3)步骤；
24.(p-3)步骤：执行(2-5)操作得出目标对象在图像中的像素坐标(x,y)，然后判断该像素坐标是否在(p-1)步骤设置的阈值区域内；如果在阈值区域内则结束本次运行流程并再次执行(p-2)步骤；如果不在阈值区域内则执行(2-6)操作得出两者之间的像素差(δx,δy)；
25.(p-4)步骤：判断摄像装置在识别目标对象时是否进行了变焦操作，如果进行了变焦操作则执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数，然后按照更新后的运动参数执行(p-5)步骤；否则按照(p-1)步骤得出的运动参数执行(p-5)步骤；
26.(p-5)步骤：根据(p-4)步骤得出的运动参数和(p-3)步骤得出的像素差(δx,δy)，计算得出调整像素差(δx,δy)所对应的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)；
27.(p-6)步骤：根据(p-5)步骤得出的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)分别执行
(2-7)、(2-8)和(2-9)操作调整电动变焦摄像头的位置和姿态，然后根据此次转动的结果再次执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数。
28.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明一种自动目标跟踪的摄像装置及其控制方法，和传统的自动摄像装置相比，本发明可以根据被摄像人员的位置自行调整摄像头的位置保证当被摄像人员位置发生变化时始终处能够保证图像中被摄像人员位置及大小的一致；本专利申请可广泛使用到自动摄像场景中。
附图说明
29.图1为本发明摄像装置结构图。
30.图2为本发明装置的运行流程图。
具体实施方式
31.下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
32.本发明一种自动目标跟踪的摄像装置，其结构如图1所示，包括：(1)控制单元，(2)电动舵机1，(3)电动舵机2，(4)丝杆电机模块，(5)电动变焦摄像头。
33.结合图1中本发明所述摄像装置结构，其工作机制描述如下：
34.图1中所示电动舵机1的操作为：等待接收控制单元发送过来的有符号数δβ，其符号表示电动舵机1的转动方向，数值代表转动角度；电动舵机1收到有符号数δβ后进行相应操作以调整电动变焦摄像头的拍照姿态；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。
35.图1中所示电动舵机2的操作为：等待接收控制单元发送过来的有符号数δθ，其符号表示电动舵机2的转动方向，数值代表转动角度；电动舵机2收到有符号数δθ后进行相应操作以调整丝杆的倾斜角度；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。
36.图1中所示丝杆电机模块的操作为：等待接收控制单元发送过来的有符号数δρ，其符号表示丝杆电机的转动方向，数值代表丝杆滑台所需滑动的距离；丝杆电机模块收到有符号数δρ后会根据丝杆滑台的滑动速度vs计算出丝杆电机所需转动的时间t并进行相应操作以调整丝杆滑台在丝杆上的位置；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符；
37.图1中所示电动变焦摄像头的操作为：收到控制单元的图像采集指令后进行图像采集，并将采集到的图像发送给控制单元。
38.图1中所示控制单元的作用为控制电动变焦摄像头进行图像采集并根据采集的图像控制电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机转动调整电动变焦摄像头的位置与拍照姿态。控制单元的操作包括：
39.(2-1)测量丝杆滑台的滑动速度vs。
40.(2-2)设定阈值区域的大小：首先获取电动变焦摄像头像素坐标系的大小m*n和中心点坐标(x0,y0)；然后设定阈值区域的范围为m/4*n/4、中心点坐标为(x0,y0)即电动变焦摄像头的拍摄目标必须处于此区域内；
41.(2-3)向电动变焦摄像头发出图像采集命令并保存所接收到的图像；
42.(2-4)对所保存的图像中目标对象进行识别；
43.(2-5)根据(2-4)的识别结果得出目标对象在像素坐标系中的像素坐标(x,y)；
44.(2-6)根据(2-5)得出的目标对象像素坐标(x,y)计算出该像素坐标与阈值区域中
心像素坐标(x0,y0)之间的像素差(δx,δy)；
45.(2-7)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出丝杆滑台所需移动的距离即有符号数δρ，并发送给丝杆电机模块；等待接收丝杆电机模块转动结束标志符；
46.(2-8)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机1发送所需转动的角度即有符号数δβ，并发送给电动舵机1；等待接收电动舵机1转动结束标志符；
47.(2-9)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机2发送所需转动的角度即有符号数δθ，并发送给电动舵机2；等待接收电动舵机2转动结束标志符。
48.(2-10)分别控制电动舵机2转动一个小角度δθ1和丝杆滑台滑动一定位移δρ，并根据两次转动产生的电动变焦摄像头位置变化(δa
θ
,δb
θ
)、(δa
ρ
,δb
ρ
)和目标对象的像素变化(δx
θ
,δy
θ
)、(δx
ρ
,δy
ρ
)计算出电动变焦摄像头位置变化与目标对象像素变化之间的函数关系x＝k
·
a+m、y＝h
·
b+n。
49.本装置的运行流程图如2所示，运行流程将涉及到以下步骤：
50.(p-1)步骤：摄像装置在上电后首先执行(2-1)操作测量丝杆滑台的滑动速度vs；然后执行(2-2)操作设定阈值区域的大小；最后执行(2-10)操作计算出摄像装置的运动参数。
51.(p-2)步骤：设置执行次数n；执行(2-3)操作，接收到图像后执行(2-4)操作；判断是否识别到特定目标；如果识别失败，则重新执行(2-3)和(2-4)操作；如果执行(2-3)和(2-4)操作次数超过n则结束本次运行流程并在一定时间后再次执行(p-2)步骤；如果识别成功，则执行(p-3)步骤。
52.(p-3)步骤：执行(2-5)操作得出目标对象在图像中的像素坐标(x,y)，然后判断该像素坐标是否在(p-1)步骤设置的阈值区域内；如果在阈值区域内则结束本次运行流程并再次执行(p-2)步骤；如果不在阈值区域内则执行(2-6)操作得出两者之间的像素差(δx,δy)。
53.(p-4)步骤：判断摄像装置在识别目标对象时是否进行了变焦操作，如果进行了变焦操作则执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数，然后按照更新后的运动参数执行(p-5)步骤；否则按照(p-1)步骤得出的运动参数执行(p-5)步骤。
54.(p-5)步骤：根据(p-4)步骤得出的运动参数和(p-3)步骤得出的像素差(δx,δy)，计算得出调整像素差(δx,δy)所对应的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)。
55.(p-6)步骤：根据(p-5)步骤得出的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)分别执行(2-7)、(2-8)和(2-9)操作调整电动变焦摄像头的位置和姿态，然后根据此次转动的结果再次执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数。
56.以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，包括控制单元、电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块、电动变焦摄像头；所述电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块、电动变焦摄像头根据控制单元发送的相应信号调整摄像装置的相应状态，以实现根据被摄像人员的位置调整电动变焦摄像头的位置。2.根据权利要求1所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述电动舵机1等待接收控制单元发送过来的有符号数δβ，其符号表示电动舵机1的转动方向，数值代表电动舵机1的转动角度；电动舵机1收到有符号数δβ后进行相应操作以调整摄像装置的拍照姿态；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。3.根据权利要求1所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述电动舵机2等待接收控制单元发送过来的有符号数δθ，其符号表示电动舵机2的转动方向，数值代表电动舵机2的转动角度；电动舵机2收到有符号数δθ后进行相应操作以调整丝杆的倾斜角度；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。4.根据权利要求1所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述丝杆电机模块等待接收控制单元发送过来的有符号数δρ，其符号表示丝杆电机的转动方向，数值代表丝杆滑台所需滑动的位移；丝杆电机模块收到有符号数δρ后会根据丝杆滑台的滑动速度vs计算出丝杆电机所需转动的时间t并进行相应操作以调整丝杆滑台在丝杆上的位置；在转动结束后向控制单元发送转动结束标志符。5.根据权利要求1所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述电动变焦摄像头收到控制单元的图像采集指令后进行图像采集，并将采集到的图像发送给控制单元。6.根据权利要求1所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述控制单元控制电动变焦摄像头进行图像采集并根据采集的图像控制电动舵机1、电动舵机2、丝杆电机模块调整电动变焦摄像头的位置与拍照姿态。7.根据权利要求6所述的一种自动目标跟踪的摄像装置，其特征在于，所述控制单元操作包括：(2-1)测量丝杆滑台的滑动速度vs；(2-2)设定阈值区域的大小：首先获取电动变焦摄像头像素坐标系的大小m*n和中心点坐标(x0,y0)；然后设定阈值区域的范围为m/4*n/4、中心点坐标为(x0,y0)即电动变焦摄像头的拍摄目标必须处于此区域内；(2-3)向电动变焦摄像头发出图像采集命令并保存所接收到的图像；(2-4)对所保存的图像中目标对象进行识别；(2-5)根据(2-4)的识别结果得出目标对象在像素坐标系中的像素坐标(x,y)；(2-6)根据(2-5)得出的目标对象像素坐标(x,y)计算出该像素坐标与阈值区域中心像素坐标(x0,y0)之间的像素差(δx,δy)；(2-7)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出丝杆滑台所需移动的距离即有符号数δρ，并发送给丝杆电机模块；等待接收丝杆电机模块转动结束标志符；(2-8)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机1所需转动的角度即有符号数δβ，并发送给电动舵机1；等待接收电动舵机1转动结束标志符；
(2-9)根据电动变焦摄像头所需调整的位置(δa,δb)利用直角坐标与极坐标的转换原理计算出电动舵机2所需转动的角度即有符号数δθ，并发送给电动舵机2；等待接收电动舵机2转动结束标志符；(2-10)分别控制电动舵机2转动一个小角度δθ1和丝杆电机模块中丝杆滑台滑动位移δρ，并根据两次转动产生的电动变焦摄像头位置变化(δa
θ
,δb
θ
)、(δa
ρ
,δb
ρ
)和目标对象的像素变化(δx
θ
,δy
θ
)、(δx
ρ
,δy
ρ
)计算出电动变焦摄像头位置变化与目标对象像素变化之间的函数关系x＝k
·
a+m、y＝h
·
b+n。8.采用如权利要求7所述的一种自动目标跟踪的摄像装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：(p-1)步骤：摄像装置在上电后首先执行(2-1)操作测量丝杆滑台的滑动速度vs；然后执行(2-2)操作设定阈值区域的大小；最后执行(2-10)操作计算出摄像装置的运动参数；(p-2)步骤：设置执行次数n；执行(2-3)操作，接收到图像后执行(2-4)操作；判断是否识别到特定目标；如果识别失败，则重新执行(2-3)和(2-4)操作；如果执行(2-3)和(2-4)操作次数超过n则结束本次运行流程并在预定时间后再次执行(p-2)步骤；如果识别成功，则执行(p-3)步骤；(p-3)步骤：执行(2-5)操作得出目标对象在图像中的像素坐标(x,y)，然后判断该像素坐标是否在(p-1)步骤设置的阈值区域内；如果在阈值区域内则结束本次运行流程并再次执行(p-2)步骤；如果不在阈值区域内则执行(2-6)操作得出两者之间的像素差(δx,δy)；(p-4)步骤：判断摄像装置在识别目标对象时是否进行了变焦操作，如果进行了变焦操作则执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数，然后按照更新后的运动参数执行(p-5)步骤；否则按照(p-1)步骤得出的运动参数执行(p-5)步骤；(p-5)步骤：根据(p-4)步骤得出的运动参数和(p-3)步骤得出的像素差(δx,δy)，计算得出调整像素差(δx,δy)所对应的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)；(p-6)步骤：根据(p-5)步骤得出的电动变焦摄像头位置变化(δa,δb)分别执行(2-7)、(2-8)和(2-9)操作调整电动变焦摄像头的位置和姿态，然后根据此次转动的结果再次执行(2-10)操作更新摄像装置的运动参数。

技术总结
本发明涉及一种自动目标跟踪的摄像装置及其控制方法。所述装置可以根据被摄像人员的位置自行调整摄像头的位置保证当被摄像人员位置发生变化时始终处能够保证图像中被摄像人员位置及大小的一致。人员位置及大小的一致。人员位置及大小的一致。


技术研发人员：阴亚东 陈璋 伍明诚 胡真骁
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：2023.06.10
技术公布日：2023/8/13