专利名称：智能跟踪球机及其跟踪方法
技术领域：
本发明涉及视频监控领域，特别涉及运用智能跟踪球机进行视频监控的安防技术。
背景技术：
智能视频监控是利用计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，在不需要人为干预的情况下，通过对序列图像自动分析，对监控场景中的变化进行定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，能在异常情况发生时及时发出警报或提供有用信息，有效地协助安全人员处理危机，并最大限度地降低误报和漏报现象。目前，市场上的自动跟踪球机其移动检测主要是基于图像处理和模式识别的基本原理，即通过差分、光流法等组成专门的图像视频处理单元进行移动物体的检测，随之对检测到的触发物体进行球机跟踪。本发明的发明人发现，此种方法存在的主要缺点一方面是算法处理量大，需要用算法模拟出当前物体运动轨迹来完成触发判断，再者是易受干扰，对检测物体的运动环境有较严格的要求，最后是不直观形象，不能反映当前物体的运动速度和实际高度等有效信息。所以，亟需一种新的视频监控技术，可以较大程度地较少算法复杂度和对场景的依赖， 且触发的跟踪更为准确、有效、直观。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能跟踪球机及其跟踪方法，可以减少计算量和对场景的依赖，有效提高自动跟踪的准确性、实时性和直观性。为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种智能跟踪球机的跟踪方法， 包括以下步骤根据视频采集单元所得的画面检测移动物体；如果检测到移动物体，则计算该移动物体到指定点的距离；如果周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离，则对该移动物体进行足艮S宗。本发明的实施方式还提供了一种智能跟踪球机，包括视频采集单元；检测单元，用于根据视频采集单元所得的画面检测移动物体；测距单元，用于在检测单元检测到移动物体时，计算移动物体到指定点的距离；跟踪单元，用于在测距单元周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离的情况下，对该移动物体进行跟踪。本发明实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于检测到移动物体后，计算移动物体到指定点的距离，根据该距离决定是否触发跟踪，可以减少计算量，且跟踪的触发更为准确。
进一步地，基于视频采集单元成像原理及坐标转换原理的测距方法，可以测得目前画面内任一点的距离信息，不仅可以测量出待测物体到视频采集单元的距离，还可以测出画面内地平面上物体的高度或者地平面上任意两点之间的距离，获得的距离信息更加全面有效，实用性更强。不需要借助于现有的坐标系统或者依赖于聚焦、变倍之间的关系，可有效排除外界干扰因素，适应性强。进一步地，画等距曲线和跟踪触发的报警线会使用户对报警线的比较有较直观的判断。进一步地，本发明通过计算距离，而不是运用基于监控画面的相关图像处理和视频检测算法来判断是否触发报警线，较大程度上减少了算法复杂度和对场景的依赖，可以有效提高自动跟踪的准确性、实时性、直观性。进一步地，根据该物体运动速度收缩视频采集单元的跟踪倍率或者提高球机的跟踪速率，这样可以保证跟踪的持续性和有效性。进一步地，根据被打断时，根据被打断前后初跟踪物体的高度变化改变跟踪倍率， 保证跟踪物体始终处于画面中心位置，从而进行有效跟踪。
图1是本发明第一实施方式中一种智能跟踪球机的跟踪方法的流程示意图；图2是本发明第二实施方式中一种智能跟踪球机的跟踪方法的流程示意图；图3是跟踪球机俯视模型图；图4是跟踪球机当前画面的距离范围示意图；图5是等距离曲线示意图；图6是触发等距曲线示意图；图7是视频采集单元标定几何模型图；图8是移动物体触发报警曲线的示意图；图9是本发明第三实施方式中一种智能跟踪球机的结构示意图；图10是本发明第四实施方式中一种智能跟踪球机的结构示意图。
具体实施例方式在以下的叙述中，为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是，本领域的普通技术人员可以理解，即使没有这些技术细节和基于以下各实施方式的种种变化和修改，也可以实现本申请各权利要求所要求保护的技术方案。为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。本发明第一实施方式涉及一种智能跟踪球机的跟踪方法。图1是该智能跟踪球机的跟踪方法的流程示意图。具体地说，如图1所示，该智能跟踪球机的跟踪方法主要包括以下步骤在步骤101中，根据视频采集单元所得的画面检测移动物体。本发明各实施方式中，视频采集单元是指球机中获取视频画面的部件，也可以有其它的名称，如摄像头，画面捕捉模块等等。
此后进入步骤102，判断是否检测到移动物体。若是，则进入步骤103 ；若否，则再次回到步骤102。如果检测到移动物体，则计算该移动物体到指定点的距离。本实施方式中，优先地指定点是智能跟踪球机本身。可以理解，在本发明的其它某些实例中，指定点也可以是智能跟踪球机之外的点，例如，可以是要保护的目标所在的位置点，例如门的中心点，展品的中心点，重要人物的座位等等。在步骤103中，计算移动物体到指定点的距离。此后进入步骤104，判断周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离。例如，周期性地进行计算距离，第N次距离为X，第N+1次距离为Z，而报警距离为Y，其中X > Y > Z，则判定为周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离。若是，则进入步骤105 ；若否，则再次回到步骤104。如果周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离，则对该移动物体进行足艮S宗。在步骤105中，跟踪移动物体。此后结束本流程。检测到移动物体后，计算移动物体到指定点的距离，根据该距离决定是否触发跟踪，可以减少计算量，且跟踪的触发更为准确。本发明第二实施方式涉及一种智能跟踪球机的跟踪方法。图2是该智能跟踪球机的跟踪方法的流程示意图。第二实施方式在第一实施方式的基础上进行了改进，主要改进之处在于通过以下公式X =-^ r . ^
vcos Φ - / sin ΦY = —- ^ ； . ^- ( 3 )
vcos - / sin ΦZ = Z来计算图像坐标系在世界坐标系下的坐标，再根据世界坐标系下的坐标计算移动物体到指定点的距离。其中f为内参数，指视频采集单元的焦距，H，Φ为外参数，分别指视频采集单元假设的高度及视频采集单元与地平面的垂直夹角，(u, ν)为图像坐标系上点坐标，(Χ，Υ，Ζ)为世界坐标系上点的坐标。具体地说，如图2所示，该智能跟踪球机的跟踪方法主要包括以下步骤在步骤201中，安装跟踪球机，获取球机高度H。此后进入步骤202，制定跟踪策略，包括确定触发跟踪方式及触发跟踪距离。此后进入步骤203，确定当前画面中最远距离和最近距离点，获得距离范围并画出等距曲线。当跟踪球移动到某一位置，此时需获取当前画面的距离范围。当前画面的距离范围取决于距离球机最远点和最近点的距离，分析如下图3为跟踪球机俯视模型图。因为不是所有图像中的像素点均在水平面上有投影，故必须找到与地平面有交点的临界点的位置。如图示中d近似为画面在视频采集单元电荷藕合器件(Charge Coupled Device，简称“CCD”)垂直方向上的投影，f为焦距，Φ为
6球机的水平夹角，且d = f女tg(O)，假设视频采集单元电荷耦合器件C⑶垂直尺寸为D， 则根据d与D的关系可以得出在视频采集单元电荷耦合器件CCD平面上成像位置最远点的图像坐标，即如果f * tg(O) >D，则位置最远点归一化图像坐标为Α(-0· 5,0. 5)和A' (0. 5， 0. 5)中距离较远者；否则位置最远点归一化图像坐标为Β(_0. 5，f * tg(0)/D)和B' (0. 5，f * tg(。)/D)中距离较远者。距离球机距离最近者为左下角点C(_0. 5,-0. 5)和C' (0. 5,-0. 5)中距离球机距离较近者。如图4所示，将A、A'、B、B'、C、C'坐标分别代入测距公式(3)中即可获取当前画面的最远和最近距离。根据当前画面的距离范围，按照等距离的原则将测距公式(3)反推得出等距离的一系列点，从而在当前画面画出若干条等距离曲线，即其中任一曲线上的点到球机的距离均相等，如图5所示，其中A、B、C、D、E为等距离曲线，且每相邻两条曲线间距离为确定的。此后进入步骤204，根据实际需要在当前画面中画出触发跟踪距离的等距曲线。在等距曲线完成后可以根据触发距离需求形象地在画面中画出触发等距曲线，如图6所示，其中红色曲线为触发等距离曲线。画等距曲线和跟踪触发的报警线会使用户对报警线的比较有较直观的判断。此外，可以理解，距离是移动物体到视频采集单元的距离，也可以是移动物体到指定点的距离。等距曲线只是辅助作用，也可以不画。根据实际需要也可以不画跟踪触发的报警线。可以先画等距曲线再画报警线，也可以直接画报警线。此后进入步骤205，启动移动物体检测算法，获取当前画面中所有移动物体的距离
变化信息。具体地说，如图7所示，在图中，存在图像坐标系UO' V，视频采集单元坐标系 kYcOdc，世界坐标系ΧΥ0Ζ。其中0' Oc为视频采集单元的光轴，Oc为视频采集单元的焦点，0'为光轴与CCD成像靶面的交点，0为光轴与地平面的交点。在图中还存在视频采集单元的内外参数，其中f为内参数，指视频采集单元的焦距，H，Φ为外参数，分别指视频采集单元假设的高度及视频采集单元与地平面的垂直夹角，设图像坐标系上点坐标为(u，ν)， 视频采集单元坐标系上的点坐标为(Xe，Yc, k)，世界坐标系上点的坐标为(X，Y，Z)。根据视频采集单元的成像原理，得图像坐标系和视频采集单元坐标系的转化关系为
权利要求
1.一种智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤 根据视频采集单元所得的画面检测移动物体；如果检测到移动物体，则计算该移动物体到指定点的距离；如果周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离，则对该移动物体进行跟踪。
2.根据权利要求1所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，所述指定点是该智能跟踪球机。
3.根据权利要求1所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，在所述如果检测到移动物体，则计算该移动物体到指定点的距离的步骤中还包括以下子步骤根据以下公式
4.根据权利要求1至3中任一项所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，所述根据视频采集单元所得的画面检测移动物体的步骤中，包括以下子步骤确定当前画面中的最远距离点和最近距离点，获得当前画面的距离范围； 根据所述距离范围计算并在显示当前画面的显示器中画出等距曲线； 在所述显示器中计算并画出跟踪触发的报警线。
5.根据权利要求4所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，在所述确定当前画面中的最远距离点和最近距离点，获得当前画面的距离范围的步骤中，还包括以下子步骤如果f*tg(0) >D，则位置最远点归一化图像坐标为A(-0. 5，0. 5)和A' (0.5,0. 5)中距离较远者；否则位置最远点归一化图像坐标为B(-0. 5，f*tg(0)/D)和B' (0. 5，f*tg(0)/D)； 其中f为焦距，Φ为球机的水平夹角，D为视频采集单元电荷耦合器件的垂直尺寸。
6.根据权利要求5所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，所述如果周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离则对该移动物体进行跟踪的步骤，包括以下子步骤周期性计算移动物体距离球机的距离，如果移动物体跨越报警线，则进行跟踪。
7.根据权利要求6所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，在所述跟踪移动物体的步骤中，还包括以下步骤根据单位时间内侦测物体距离球机的距离之差计算物体运动速度，根据该物体运动速度改变视频采集单元的跟踪倍率或者改变球机的跟踪速率。
8.根据权利要求6所述的智能跟踪球机的跟踪方法，其特征在于，在所述跟踪移动物体的步骤中，还包括以下步骤如跟踪被打断，则判断打断前后被跟踪物体的高度变化，如果被跟踪物体变低，则增大跟踪倍率，如果被跟踪物体变高，则缩小跟踪倍率，如果被跟踪物体高度未发生变化，则保持跟踪倍率。
9.一种智能跟踪球机，其特征在于，包括视频采集单元；检测单元，用于根据视频采集单元所得的画面检测移动物体；测距单元，用于在所述检测单元检测到移动物体时，计算移动物体到指定点的距离；跟踪单元，用于在所述测距单元周期性计算所得的距离跨度包含预先设定的报警距离的情况下，对该移动物体进行跟踪。
10.根据权利要求9所述的智能跟踪球机，其特征在于，所述测距单元通过以下方式， 计算移动物体到指定点的距离根据以下公式
11.根据权利要求9所述的智能跟踪球机，其特征在于，还包括距离范围获取单元，用于确定当前画面中的最远距离点和最近距离点，获得当前画面的距离范围；画线单元，用于在所述距离范围获取单元获取的当前画面的距离范围内在显示当前画面的显示器上画出等距曲线，并根据预先设定的报警距离画出跟踪触发的报警线。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的智能跟踪球机，其特征在于，还包括第一球机调节单元，用于根据单位时间内所述测距单元计算所得的距离之差计算物体运动速度，根据该物体运动速度改变所述视频采集单元的跟踪倍率或者改变球机的跟踪速率。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的智能跟踪球机，其特征在于，还包括第二球机调节单元，用于在跟踪被打断时判断打断前后被跟踪物体的高度变化，如果被跟踪物体变低，则增大跟踪倍率，如果被跟踪物体变高，则缩小跟踪倍率，如果被跟踪物体高度未发生变化，则保持跟踪倍率。
全文摘要
本发明涉及视频监控领域，公开了一种智能跟踪球机及其跟踪方法。本发明中，检测到移动物体后，计算移动物体到指定点的距离，根据该距离决定是否触发跟踪，可以减少计算量，且跟踪的触发更为准确。可以测得目前画面内任一点的距离信息，获得的距离信息更加全面有效，实用性更强。不需要借助于现有的坐标系统或者依赖于聚焦、变倍之间的关系，可有效排除外界干扰因素，适应性强。画等距曲线和跟踪触发的报警线会使用户对报警线的比较有较直观的判断。跟踪物体始终处于画面中心位置，可以保证跟踪的持续性和有效性。
文档编号H04N5/225GK102289820SQ20111023386
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月16日 优先权日2011年8月16日
发明者全晓臣, 刘志宇, 吴占伟, 郭海训 申请人:杭州海康威视数字技术股份有限公司