一种三维自动定位和跟随的拍摄系统及方法与流程

文档序号:11254261阅读:597来源:国知局
一种三维自动定位和跟随的拍摄系统及方法与流程

本发明涉及摄像领域,尤其涉及一种三维自动定位和跟随的拍摄系统及方法。



背景技术:

现在,视频拍摄的需求越来越广泛,比如:各种影视娱乐节目、演唱会、体育赛事、会议等都需要进行视频拍摄,而且对视频拍摄的要求也越来越高,往往需要进行跟随目标物进行拍摄,目前,通常是安排摄影师人工去做跟随拍摄,但对于一些特殊场合的跟随拍摄,例如,速度极快的体育运动拍摄等,往往需要投入大量的设备和人员去做跟随拍摄,拍摄现场工作强度大,人力成本高,而且,输出画面的可控性也得不到较好的保证。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题在于,针对现有技术的上述跟随拍摄需要花费大量人力物力的缺陷,提供一种三维自动定位和跟随的拍摄系统及方法,能节省人力物力,且能保证输出画面的可控性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:构造一种三维自动定位和跟随的拍摄系统,包括飞行器及设置在飞行器上的主摄像头,所述三维自动定位和跟随的拍摄系统还包括设置在所述飞行器上的控制模块、测距模块、 辅助摄像头及设置在所述辅助摄像头前面的窄带滤光片,而且,所述测距模块、所述辅助摄像头和所述主摄像头紧邻设置且三者的中心轴线平行,其中,

所述辅助摄像头,用于捕获拍摄区域的图像,其中,拍摄区域内目标物上的参考点具有预设波长频带的光;

所述测距模块,用于实时测量到所述目标物的距离;

所述控制模块,用于对所述辅助摄像头所捕获的图像及所述测距模块所测量的距离值进行处理,根据处理后的图像确定所述目标物相对飞行器的二维位置,再根据处理后的距离值确定所述目标物相对飞行器的三维位置,并根据当前时刻的前一段时间内所确定的三维位置预测下一时刻所述目标物相对飞行器的三维位置,控制所述飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置与所预测的三维位置符合预设规则,且使得在处理后的图像中所述参考点的映像落入特定位置的锁定窗口内。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄系统中,所述三维自动定位和跟随系统还包括:

设置在目标物的参考点上的窄带光源;或者,

设置在目标物的参考点上的反光片,且所述参考点位于窄带光源的照射范围内。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄系统中,所述参考点发射或反射特定闪光序列的光,其中,所述闪光序列是使用标识信息对窄带光源的光波进行光调制所获得的;而且,

所述控制模块,还用于检测参考点所发射或反射的闪光序列,并对其进行解调,以获取所述标识信息,并在判断所获取的标识信息与预设的标识信息一致时,开始对所述辅助摄像头所捕获的图像进行处理。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄系统中,所述控制模块,还用于在对所述辅助摄像头所捕获的图像进行处理后,根据亮度值确定所述参考点的映像在所述处理后的图像中的位置。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄系统中,所述测距模块为下列中的至少一种:激光测距模块、超声测距模块或微波测距模块。

本发明还构造一种三维自动定位和跟随的拍摄方法,包括:

s1.带有窄带滤光片的辅助摄像头捕获拍摄区域的图像,测距模块测量到目标物的距离;其中,辅助摄像头、测距模块与主摄像头紧邻设置且三者的中心轴线平行,而且,拍摄区域内目标物上的参考点具有预设波长频带的光;

s2.对辅助摄像头所捕获的图像及测距模块所测量的距离值进行处理;

s3.根据所述步骤s2中处理后的图像确定所述目标物相对飞行器的二维位置,再根据处理后的距离值确定所述目标物相对飞行器的三维位置;

s4.根据当前时刻的前一段时间内所确定的三维位置预测下一时刻所述目标物相对飞行器的三维位置,并控制所述飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置与所预测的三维位置符合预设规则,且使得在所述步骤s2处理后的图像中所述参考点的映像落入特定位置的锁定窗口内。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄方法中,在所述步骤s2和所述步骤s3之间还包括:

s5.根据亮度值确定所述参考点的映像在所述步骤s2处理后的图像中的位置。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄方法中,所述参考点发射或反射特定闪光序列的光,其中,所述闪光序列是使用标识信息对窄带光源的光波进行光调制所获得的;而且,

所述步骤s1和所述步骤s2之间还包括:

s6.检测参考点所发射或反射的闪光序列,并对其进行解调,以获取所述标识信息,并判断所获取的标识信息与预设的标识信息是否一致,若是,则执行步骤s2;若否,则重新执行步骤s1。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄方法中,还包括:

s7.将锁定窗口与所述步骤s2处理后的图像进行叠加;

s8.显示所述步骤s7叠加后的图像。

在本发明所述的三维自动定位和跟随的拍摄方法中,所述步骤s8还包括:

显示所测量的距离值。

实施本发明的技术方案,由于辅助摄像头前设置有窄带滤光片,辅助摄像头在进行拍摄时,仅参考点上预设波长频带的光可通过,因此图像中仅能拍摄出参考点的映像。同时,测距模块测量到目标物的距离。接着,对该图像和该距离值进行处理。然后,根据处理后的图像和距离值可确定出目标物相对飞行器的三维位置,而且可预测出下一时刻目标物相对飞行器的三维位置,并控制飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置与所预测的三维位置符合预设规则,且使得在处理后的图像中参考点的映像落入特定位置的锁定窗口内。所以,当目标物在三维空间内移动时,能通过控制飞行器移动保证飞行器始终在三维空间内跟随目标物,从而使得飞行器上的主摄像头对目标物进行自动跟随拍摄。例如,用户在滑雪或自拍时,使用本发明的三维自动定位和跟随的拍摄系统进行跟随拍摄,在节省人力物力的同时,可保证输出画面的可控性,而且,通过对预设规进行设置可提高用户体验。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:

图1是本发明三维自动定位和跟随的拍摄系统实施例一的逻辑图;

图2是本发明三维自动定位和跟随的拍摄系统实施例二的逻辑图;

图3a是在自动定位和跟随前后目标物与飞行器的位置示意图;

图3b是在自动定位和跟随前辅助摄像头所捕获的图像实施例一的示意图;

图3c为在自动定位和跟随后辅助摄像头所捕获的图像实施例一的示意图;

图4是本发明辅助摄像头所捕获的图像实施例一的示意图;

图5是本发明三维自动定位和跟随的拍摄系统实施例三的逻辑图;

图6是本发明三维自动定位和跟随的拍摄方法实施例一的流程图。

具体实施方式

图1是本发明三维自动定位和跟随的拍摄系统实施例一的逻辑图,该实施例的三维自动定位和跟随的拍摄系统包括飞行器(未示出)、设置在飞行器上的控制模块11、主摄像头12、测距模块15、辅助摄像头13及设置在该辅助摄像头13前面的窄带滤光片14,而且,辅助摄像头13、测距模块15和主摄像头12紧邻设置且三者的中心轴线平行,这样可保证辅助摄像头13和主摄像头12的拍摄范围近乎一致。

在该实施例中,辅助摄像头13用于捕获拍摄区域的图像,其中,拍摄区域内目标物上的参考点具有预设波长频带的光,目标物例如为人、动物、汽车等。

在该实施例中,测距模块15用于实时测量到所述目标物的距离,该测距模块15例如为激光测距模块、超声测距模块或微波测距模块。

在该实施例中,控制模块11用于对辅助摄像头13所捕获的图像及测距模块15所测量的距离值进行处理,根据处理后的图像确定目标物相对飞行器的二维位置,再根据处理后的距离值确定所述目标物相对飞行器的三维位置,并根据当前时刻的前一段时间内所确定的三维位置预测下一时刻目标物相对飞行器的三维位置,例如可根据最小二乘法或马尔科夫预测法进行位置预测。然后,控制飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置与所预测的三维位置符合预设规则,且使得在处理后的图像中所述参考点的映像落入特定位置的锁定窗口内。在此需说明的是,飞行器上装设有重力传感器、陀螺仪及加速度传感器,因此可获取飞行器自身的位置和姿态信息。

进一步地,控制模块11若发现目标物当前时刻相对飞行器的三维位置与所预测的三维位置不一致,则控制飞行器进行移动使飞行器重新退回到前一时刻的位置处,重新进行自动跟随。

关于参考点上预设波长频带的光,其可为波长大于760nm的光(例如红外光),也可为波长小于380nm的光(例如紫外光)。

而且,在一些实施例中,参考点的光由窄带光源直接发出,例如,在参考点上设置红外发射管或紫外发射管,还可在参考点上设置相应的荧光剂。在另一些实施例中,参考点的光还可由反光片反射,具体为:在参考点上设置反光片,在其它地方设置窄带光源,且该反光片位于窄带光源的照射范围内。例如,在如图2所示的实施例中,飞行器上设置有窄带光源16,目标物的参考点上设置有反光片(未示出),该反光片位于窄带光源的照射范围内。

另外,目标物的参考点上不管是发射还是反射预设波长频带的光,优选 地,该发射或反射的光可以是特定闪光序列的光,其中,该闪光序列是使用标识信息对窄带光源的光波进行光调制所获得的。而且,在辅助摄像头13对该闪光序列进行捕获后,控制模块11还用于检测参考点所发射或反射的闪光序列,并对其进行解调,以获取所述标识信息,并在判断所获取的标识信息与预设的标识信息一致时,才开始对辅助摄像头所捕获的图像进行处理。若不一致,则说明是干扰光线,这样可避免目标物上其它光线对自动定位和跟随的干扰。

下面结合图3a、3b、3c所示的例子说明三维自动定位和跟随的原理:在自动跟踪前,由于辅助摄像头13前设置有窄带滤光片,辅助摄像头13在进行拍摄时,仅目标物的参考点上预设波长频带的光能通过,因此图像中仅能拍摄出参考点的映像1,然后对该图像进行处理。同时,测距模块15测量到目标物的距离,然后对所测量的距离值进行处理。根据处理后的图像可确定出当前时刻目标物相对飞行器的二维位置,再根据处理后的距离值确定目标物相对飞行器的三维位置,如图3a所示,飞行器的当前位置在o点处,以飞行器的当前位置o为坐标原点建立的三维坐标系,目标物相对飞行器的三维位置在m点处。随着目标物的移动,根据当前时刻的前一段时间内所确定的目标物的三维位置可预测出下一时刻目标物相对飞行器的三维位置,例如,预测出下一时刻目标物相对飞行器的三维位置移动至m′点处,此时,控制飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置(飞行器移动至o′点处)与所预测的三维位置(m′点处)符合预设规则,预设规则例如为飞行器的位置与目标物的位置的三维坐标差为一固定值。当然,在其它实施例中,也可预先设置该规则为:飞行器的位置与目标物的位置的三维坐标差为一按特定规律变化的值。

而且,控制飞行器移动后使得在处理后的图像中参考点的映像1落入特定位置的锁定窗口2内。结合图3b、3c,锁定窗口2的预先设置的位置为:锁定窗口2的中心位于图像中的中心,且锁定窗口2为长方形。在自动定位和跟随前,如图3b所示,参考点的映像1位于锁定窗口2的左上方,此时,控制飞行器向左向上移动,直至参考点的映像1落入锁定窗口2内,如图3c所示。在此需说明的是,以上只是本发明的一个实施例,在其它实施例中,锁定窗口2的位置可预先设置在图像的其它地方,用户可通过用户界面进行锁定窗口位置的设置,而且,锁定窗口2的形状还可为圆形、椭圆形、六边形等。

在一些情况下,由于目标物上可能存在一个或多个参考点的反光点,在辅助摄像头所拍摄的图像中,除了有参考点的映像,还可能有反光点的映像,如图4所示,1为参考点的映像,1′、1″分别为参考点反光点的映像,而反光点的映像1′、1″的亮度没有参考点映像1的亮度大,为了达到准确跟随的目的,控制模块首先需要先根据亮度值确定参考点的映像在图像中的位置,例如在图4中,确定1为参考点的映像,然后再根据参考点的位置与锁定窗口的位置的关系调整飞行器的移动。

图5是本发明三维自动定位和跟随的拍摄系统实施例三的逻辑图,该实施例的三维自动定位和跟随的拍摄系统相比图1所示的实施例,还包括辅助显示模块18和主显示模块17,该辅助显示模块18和主显示模块17设置在远端的监控装置上,且通过无线方式与控制模块11进行连接。

控制模块11用于将锁定窗口与辅助摄像头所拍摄的处理后的图像进行叠加。辅助显示模块18用于显示叠加后的图像,还可进一步显示所测量的距离值,这样可方便用户或测试人员对自动定位和跟随过程进行实时查看。

控制模块11用于将辅助摄像头所拍摄的处理后的图像与主摄像头所拍摄的处理后的图像进行叠加。主显示模块17用于显示叠加后的图像。这样,用户可在一个显示屏中同时看到目标物及参考点的映像,而且,进一步地,当发现图像中所确定的参考点与实际情况不符时,用户可通过重新选取参考点来进行纠正,系统重新进行自动定位和跟随。当然,在其它一些实施例中,控制模块11还可将锁定窗口与主摄像头所拍摄的图像与辅助摄像头所拍摄的图像一并进行叠加。

图6是本发明三维自动定位和跟随的拍摄方法实施例一的流程图,该三维自动定位和跟随的拍摄拍摄方法包括:

s1.带有窄带滤光片的辅助摄像头捕获拍摄区域的图像,测距模块测量到目标物的距离;其中,辅助摄像头、测距模块与主摄像头紧邻设置且三者的中心轴线平行,而且,拍摄区域内目标物上的参考点具有预设波长频带的光,其中,参考点具有预设波长频带的光由设置在目标物的参考点上的窄带光源所发出;或者,参考点具有预设波长频带的光由设置在目标物的参考点上的反光片所反射;

s2.对辅助摄像头所捕获的图像及测距模块所测量的距离值进行处理;

s3.根据所述步骤s2中处理后的图像确定所述目标物相对飞行器的二维位置,再根据处理后的距离值确定所述目标物相对飞行器的三维位置;

s4.根据当前时刻的前一段时间内所确定的三维位置预测下一时刻所述目标物相对飞行器的三维位置,并控制所述飞行器进行相应移动使得飞行器的当前位置与所预测的三维位置符合预设规则,且使得在所述步骤s2处理后的图像中所述参考点的映像落入特定位置的锁定窗口内。

优选地,在步骤s2和步骤s3之间还包括:

s5.根据亮度值确定所述参考点的映像在所述步骤s2处理后的图像中的位置。

在上述实施例的基础上,参考点发射或反射特定闪光序列的光,其中,所述闪光序列是使用标识信息对窄带光源的光波进行光调制所获得的;而且,

步骤s1和步骤s2之间还包括:

s6.检测参考点所发射或反射的闪光序列,并对其进行解调,以获取所述标识信息,并判断所获取的标识信息与预设的标识信息是否一致,若是,则执行步骤s2;若否,则重新执行步骤s1。

本发明的三维自动定位和跟随的拍摄方法还可包括:

s7.将锁定窗口与步骤s2处理后的图像进行叠加;

s8.显示步骤s7叠加后的图像,进一步地,还可显示所测量的距离值。

在上述实施例的基础上,本发明的三维自动定位和跟随的拍摄方法还可包括:

s9.主摄像头捕获拍摄区域的图像;

s10.对主摄像头所捕获的图像进行处理;

s11.将步骤s10处理后的图像与步骤s2处理后的图像进行叠加;

s12.显示步骤s11所叠加后图像。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的权利要求范围之内。

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