專利名稱：智能跟蹤球機及其跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領(lǐng)域，特別涉及運用智能跟蹤球機進行視頻監(jiān)控的安防技術(shù)。
背景技術(shù)：
智能視頻監(jiān)控是利用計算機視覺技術(shù)對視頻信號進行處理、分析和理解，在不需要人為干預(yù)的情況下，通過對序列圖像自動分析，對監(jiān)控場景中的變化進行定位、識別和跟蹤，并在此基礎(chǔ)上分析和判斷目標(biāo)的行為，能在異常情況發(fā)生時及時發(fā)出警報或提供有用信息，有效地協(xié)助安全人員處理危機，并最大限度地降低誤報和漏報現(xiàn)象。目前，市場上的自動跟蹤球機其移動檢測主要是基于圖像處理和模式識別的基本原理，即通過差分、光流法等組成專門的圖像視頻處理單元進行移動物體的檢測，隨之對檢測到的觸發(fā)物體進行球機跟蹤。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，此種方法存在的主要缺點一方面是算法處理量大，需要用算法模擬出當(dāng)前物體運動軌跡來完成觸發(fā)判斷，再者是易受干擾，對檢測物體的運動環(huán)境有較嚴(yán)格的要求，最后是不直觀形象，不能反映當(dāng)前物體的運動速度和實際高度等有效信息。所以，亟需一種新的視頻監(jiān)控技術(shù)，可以較大程度地較少算法復(fù)雜度和對場景的依賴， 且觸發(fā)的跟蹤更為準(zhǔn)確、有效、直觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能跟蹤球機及其跟蹤方法，可以減少計算量和對場景的依賴，有效提高自動跟蹤的準(zhǔn)確性、實時性和直觀性。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實施方式提供了一種智能跟蹤球機的跟蹤方法， 包括以下步驟根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體；如果檢測到移動物體，則計算該移動物體到指定點的距離；如果周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離，則對該移動物體進行足艮S宗。本發(fā)明的實施方式還提供了一種智能跟蹤球機，包括視頻采集單元；檢測單元，用于根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體；測距單元，用于在檢測單元檢測到移動物體時，計算移動物體到指定點的距離；跟蹤單元，用于在測距單元周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離的情況下，對該移動物體進行跟蹤。本發(fā)明實施方式與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要區(qū)別及其效果在于檢測到移動物體后，計算移動物體到指定點的距離，根據(jù)該距離決定是否觸發(fā)跟蹤，可以減少計算量，且跟蹤的觸發(fā)更為準(zhǔn)確。
進一步地，基于視頻采集單元成像原理及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換原理的測距方法，可以測得目前畫面內(nèi)任一點的距離信息，不僅可以測量出待測物體到視頻采集單元的距離，還可以測出畫面內(nèi)地平面上物體的高度或者地平面上任意兩點之間的距離，獲得的距離信息更加全面有效，實用性更強。不需要借助于現(xiàn)有的坐標(biāo)系統(tǒng)或者依賴于聚焦、變倍之間的關(guān)系，可有效排除外界干擾因素，適應(yīng)性強。進一步地，畫等距曲線和跟蹤觸發(fā)的報警線會使用戶對報警線的比較有較直觀的判斷。進一步地，本發(fā)明通過計算距離，而不是運用基于監(jiān)控畫面的相關(guān)圖像處理和視頻檢測算法來判斷是否觸發(fā)報警線，較大程度上減少了算法復(fù)雜度和對場景的依賴，可以有效提高自動跟蹤的準(zhǔn)確性、實時性、直觀性。進一步地，根據(jù)該物體運動速度收縮視頻采集單元的跟蹤倍率或者提高球機的跟蹤速率，這樣可以保證跟蹤的持續(xù)性和有效性。進一步地，根據(jù)被打斷時，根據(jù)被打斷前后初跟蹤物體的高度變化改變跟蹤倍率， 保證跟蹤物體始終處于畫面中心位置，從而進行有效跟蹤。


圖1是本發(fā)明第一實施方式中一種智能跟蹤球機的跟蹤方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明第二實施方式中一種智能跟蹤球機的跟蹤方法的流程示意圖；圖3是跟蹤球機俯視模型圖；圖4是跟蹤球機當(dāng)前畫面的距離范圍示意圖；圖5是等距離曲線示意圖；圖6是觸發(fā)等距曲線示意圖；圖7是視頻采集單元標(biāo)定幾何模型圖；圖8是移動物體觸發(fā)報警曲線的示意圖；圖9是本發(fā)明第三實施方式中一種智能跟蹤球機的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10是本發(fā)明第四實施方式中一種智能跟蹤球機的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在以下的敘述中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細節(jié)。但是，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，即使沒有這些技術(shù)細節(jié)和基于以下各實施方式的種種變化和修改，也可以實現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護的技術(shù)方案。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作進一步地詳細描述。本發(fā)明第一實施方式涉及一種智能跟蹤球機的跟蹤方法。圖1是該智能跟蹤球機的跟蹤方法的流程示意圖。具體地說，如圖1所示，該智能跟蹤球機的跟蹤方法主要包括以下步驟在步驟101中，根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體。本發(fā)明各實施方式中，視頻采集單元是指球機中獲取視頻畫面的部件，也可以有其它的名稱，如攝像頭，畫面捕捉模塊等等。
此后進入步驟102，判斷是否檢測到移動物體。若是，則進入步驟103 ；若否，則再次回到步驟102。如果檢測到移動物體，則計算該移動物體到指定點的距離。本實施方式中，優(yōu)先地指定點是智能跟蹤球機本身。可以理解，在本發(fā)明的其它某些實例中，指定點也可以是智能跟蹤球機之外的點，例如，可以是要保護的目標(biāo)所在的位置點，例如門的中心點，展品的中心點，重要人物的座位等等。在步驟103中，計算移動物體到指定點的距離。此后進入步驟104，判斷周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離。例如，周期性地進行計算距離，第N次距離為X，第N+1次距離為Z，而報警距離為Y，其中X > Y > Z，則判定為周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離。若是，則進入步驟105 ；若否，則再次回到步驟104。如果周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離，則對該移動物體進行足艮S宗。在步驟105中，跟蹤移動物體。此后結(jié)束本流程。檢測到移動物體后，計算移動物體到指定點的距離，根據(jù)該距離決定是否觸發(fā)跟蹤，可以減少計算量，且跟蹤的觸發(fā)更為準(zhǔn)確。本發(fā)明第二實施方式涉及一種智能跟蹤球機的跟蹤方法。圖2是該智能跟蹤球機的跟蹤方法的流程示意圖。第二實施方式在第一實施方式的基礎(chǔ)上進行了改進，主要改進之處在于通過以下公式X =-^ r . ^
vcos Φ - / sin ΦY = —- ^ ； . ^- ( 3 )
vcos - / sin ΦZ = Z來計算圖像坐標(biāo)系在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，再根據(jù)世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)計算移動物體到指定點的距離。其中f為內(nèi)參數(shù)，指視頻采集單元的焦距，H，Φ為外參數(shù)，分別指視頻采集單元假設(shè)的高度及視頻采集單元與地平面的垂直夾角，(u, ν)為圖像坐標(biāo)系上點坐標(biāo)，(Χ，Υ，Ζ)為世界坐標(biāo)系上點的坐標(biāo)。具體地說，如圖2所示，該智能跟蹤球機的跟蹤方法主要包括以下步驟在步驟201中，安裝跟蹤球機，獲取球機高度H。此后進入步驟202，制定跟蹤策略，包括確定觸發(fā)跟蹤方式及觸發(fā)跟蹤距離。此后進入步驟203，確定當(dāng)前畫面中最遠距離和最近距離點，獲得距離范圍并畫出等距曲線。當(dāng)跟蹤球移動到某一位置，此時需獲取當(dāng)前畫面的距離范圍。當(dāng)前畫面的距離范圍取決于距離球機最遠點和最近點的距離，分析如下圖3為跟蹤球機俯視模型圖。因為不是所有圖像中的像素點均在水平面上有投影，故必須找到與地平面有交點的臨界點的位置。如圖示中d近似為畫面在視頻采集單元電荷藕合器件(Charge Coupled Device，簡稱“CCD”)垂直方向上的投影，f為焦距，Φ為
6球機的水平夾角，且d = f女tg(O)，假設(shè)視頻采集單元電荷耦合器件C⑶垂直尺寸為D， 則根據(jù)d與D的關(guān)系可以得出在視頻采集單元電荷耦合器件CCD平面上成像位置最遠點的圖像坐標(biāo)，即如果f * tg(O) >D，則位置最遠點歸一化圖像坐標(biāo)為Α(-0· 5,0. 5)和A' (0. 5， 0. 5)中距離較遠者；否則位置最遠點歸一化圖像坐標(biāo)為Β(_0. 5，f * tg(0)/D)和B' (0. 5，f * tg(。)/D)中距離較遠者。距離球機距離最近者為左下角點C(_0. 5,-0. 5)和C' (0. 5,-0. 5)中距離球機距離較近者。如圖4所示，將A、A'、B、B'、C、C'坐標(biāo)分別代入測距公式(3)中即可獲取當(dāng)前畫面的最遠和最近距離。根據(jù)當(dāng)前畫面的距離范圍，按照等距離的原則將測距公式(3)反推得出等距離的一系列點，從而在當(dāng)前畫面畫出若干條等距離曲線，即其中任一曲線上的點到球機的距離均相等，如圖5所示，其中A、B、C、D、E為等距離曲線，且每相鄰兩條曲線間距離為確定的。此后進入步驟204，根據(jù)實際需要在當(dāng)前畫面中畫出觸發(fā)跟蹤距離的等距曲線。在等距曲線完成后可以根據(jù)觸發(fā)距離需求形象地在畫面中畫出觸發(fā)等距曲線，如圖6所示，其中紅色曲線為觸發(fā)等距離曲線。畫等距曲線和跟蹤觸發(fā)的報警線會使用戶對報警線的比較有較直觀的判斷。此外，可以理解，距離是移動物體到視頻采集單元的距離，也可以是移動物體到指定點的距離。等距曲線只是輔助作用，也可以不畫。根據(jù)實際需要也可以不畫跟蹤觸發(fā)的報警線。可以先畫等距曲線再畫報警線，也可以直接畫報警線。此后進入步驟205，啟動移動物體檢測算法，獲取當(dāng)前畫面中所有移動物體的距離
變化信息。具體地說，如圖7所示，在圖中，存在圖像坐標(biāo)系UO' V，視頻采集單元坐標(biāo)系 kYcOdc，世界坐標(biāo)系ΧΥ0Ζ。其中0' Oc為視頻采集單元的光軸，Oc為視頻采集單元的焦點，0'為光軸與CCD成像靶面的交點，0為光軸與地平面的交點。在圖中還存在視頻采集單元的內(nèi)外參數(shù)，其中f為內(nèi)參數(shù)，指視頻采集單元的焦距，H，Φ為外參數(shù)，分別指視頻采集單元假設(shè)的高度及視頻采集單元與地平面的垂直夾角，設(shè)圖像坐標(biāo)系上點坐標(biāo)為(u，ν)， 視頻采集單元坐標(biāo)系上的點坐標(biāo)為(Xe，Yc, k)，世界坐標(biāo)系上點的坐標(biāo)為(X，Y，Z)。根據(jù)視頻采集單元的成像原理，得圖像坐標(biāo)系和視頻采集單元坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)化關(guān)系為

權(quán)利要求
1.一種智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟 根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體；如果檢測到移動物體，則計算該移動物體到指定點的距離；如果周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離，則對該移動物體進行跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，所述指定點是該智能跟蹤球機。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，在所述如果檢測到移動物體，則計算該移動物體到指定點的距離的步驟中還包括以下子步驟根據(jù)以下公式
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，所述根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體的步驟中，包括以下子步驟確定當(dāng)前畫面中的最遠距離點和最近距離點，獲得當(dāng)前畫面的距離范圍； 根據(jù)所述距離范圍計算并在顯示當(dāng)前畫面的顯示器中畫出等距曲線； 在所述顯示器中計算并畫出跟蹤觸發(fā)的報警線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，在所述確定當(dāng)前畫面中的最遠距離點和最近距離點，獲得當(dāng)前畫面的距離范圍的步驟中，還包括以下子步驟如果f*tg(0) >D，則位置最遠點歸一化圖像坐標(biāo)為A(-0. 5，0. 5)和A' (0.5,0. 5)中距離較遠者；否則位置最遠點歸一化圖像坐標(biāo)為B(-0. 5，f*tg(0)/D)和B' (0. 5，f*tg(0)/D)； 其中f為焦距，Φ為球機的水平夾角，D為視頻采集單元電荷耦合器件的垂直尺寸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，所述如果周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離則對該移動物體進行跟蹤的步驟，包括以下子步驟周期性計算移動物體距離球機的距離，如果移動物體跨越報警線，則進行跟蹤。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，在所述跟蹤移動物體的步驟中，還包括以下步驟根據(jù)單位時間內(nèi)偵測物體距離球機的距離之差計算物體運動速度，根據(jù)該物體運動速度改變視頻采集單元的跟蹤倍率或者改變球機的跟蹤速率。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能跟蹤球機的跟蹤方法，其特征在于，在所述跟蹤移動物體的步驟中，還包括以下步驟如跟蹤被打斷，則判斷打斷前后被跟蹤物體的高度變化，如果被跟蹤物體變低，則增大跟蹤倍率，如果被跟蹤物體變高，則縮小跟蹤倍率，如果被跟蹤物體高度未發(fā)生變化，則保持跟蹤倍率。
9.一種智能跟蹤球機，其特征在于，包括視頻采集單元；檢測單元，用于根據(jù)視頻采集單元所得的畫面檢測移動物體；測距單元，用于在所述檢測單元檢測到移動物體時，計算移動物體到指定點的距離；跟蹤單元，用于在所述測距單元周期性計算所得的距離跨度包含預(yù)先設(shè)定的報警距離的情況下，對該移動物體進行跟蹤。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能跟蹤球機，其特征在于，所述測距單元通過以下方式， 計算移動物體到指定點的距離根據(jù)以下公式
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的智能跟蹤球機，其特征在于，還包括距離范圍獲取單元，用于確定當(dāng)前畫面中的最遠距離點和最近距離點，獲得當(dāng)前畫面的距離范圍；畫線單元，用于在所述距離范圍獲取單元獲取的當(dāng)前畫面的距離范圍內(nèi)在顯示當(dāng)前畫面的顯示器上畫出等距曲線，并根據(jù)預(yù)先設(shè)定的報警距離畫出跟蹤觸發(fā)的報警線。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的智能跟蹤球機，其特征在于，還包括第一球機調(diào)節(jié)單元，用于根據(jù)單位時間內(nèi)所述測距單元計算所得的距離之差計算物體運動速度，根據(jù)該物體運動速度改變所述視頻采集單元的跟蹤倍率或者改變球機的跟蹤速率。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的智能跟蹤球機，其特征在于，還包括第二球機調(diào)節(jié)單元，用于在跟蹤被打斷時判斷打斷前后被跟蹤物體的高度變化，如果被跟蹤物體變低，則增大跟蹤倍率，如果被跟蹤物體變高，則縮小跟蹤倍率，如果被跟蹤物體高度未發(fā)生變化，則保持跟蹤倍率。
全文摘要
本發(fā)明涉及視頻監(jiān)控領(lǐng)域，公開了一種智能跟蹤球機及其跟蹤方法。本發(fā)明中，檢測到移動物體后，計算移動物體到指定點的距離，根據(jù)該距離決定是否觸發(fā)跟蹤，可以減少計算量，且跟蹤的觸發(fā)更為準(zhǔn)確?？梢詼y得目前畫面內(nèi)任一點的距離信息，獲得的距離信息更加全面有效，實用性更強。不需要借助于現(xiàn)有的坐標(biāo)系統(tǒng)或者依賴于聚焦、變倍之間的關(guān)系，可有效排除外界干擾因素，適應(yīng)性強。畫等距曲線和跟蹤觸發(fā)的報警線會使用戶對報警線的比較有較直觀的判斷。跟蹤物體始終處于畫面中心位置，可以保證跟蹤的持續(xù)性和有效性。
文檔編號H04N5/225GK102289820SQ20111023386
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者全曉臣, 劉志宇, 吳占偉, 郭海訓(xùn) 申請人:杭州?？低晹?shù)字技術(shù)股份有限公司