专利名称：使用监控摄像机主动跟踪多个运动目标的装置和方法
技术领域：
本发明一般涉及主动目标跟踪装置和方法，更具体地说，涉及有效跟踪图像中的运动目标的装置和方法。
背景技术：
最近，由于对保护或监视人或技术资源的需要不断增加，视频安全系统迅速发展起来，使其越来越复杂，并且，它们的重要性大于以前任何时候。尤其，为了监控闯入者和保护证据，在公司、政府机关、银行等中这些视频安全系统的使用显著增加。传统视频安全系统的缺点在于，警卫人员需要在安全系统的监控器上留意所有监视区域。但是，监视区的越来越复杂和扩大要求视频安全系统自动化。例如，一旦在监视区中检测到侵入者的运动就自动发出报警声和跟踪侵入者的方法是自动化侵入者检测和跟踪的一个例子。这样的自动化是满足现代复杂社会中监控许多监视区域的需求所必不可少的。在一般视频安全系统的情况下，将固定摄像机安装在需要监控的监视区域中。这种使用固定摄像机的视频安全系统有可能存在在监视区域中形成和监控不到的死区。为了消除由固定摄像机的安装形成的死区，可以安装更多的固定摄像机，但是，这使成本非所希望地增加。也就是说，在使用多个固定摄像机的视频安全系统中，每个固定摄像机只能在它的有限视野内监控运动目标，难以使安全系统的目标监视和跟踪特征完全自动化，尤其难以提供能够连续跟踪运动目标的高级自动化特征。此外，一般视频安全系统使用了利用固定摄像机拍摄和记录大区域的方法。但是， 因为这些固定摄像机通常具有有限分辨率，所以通过固定摄像机拍摄的侵入者的脸部图像可能几乎分辨不清。为了克服这些不足，可以使用引入具有提高的分辨率的固定数字摄像机的可替代方法，但是，这可能使图像数据的数量以指数方式增加，导致记录成本增加。此外，可以使用摇头倾斜变焦(PTZ)摄像机来取代固定摄像机，这种PTZ摄像机可以上下(通过倾斜)和左右(通过摇头)地改变它们的拍摄方向，并且可以提供变焦拍摄。
发明内容
本发明的示范性实施例提供了一种主动目标跟踪装置和方法，它可以通过使用摇头倾斜变焦(PTZ)摄像机跟踪目标来确定运动目标的估计地点，并且以移向目标的方式拍摄目标的估计地点。依照本发明的一个方面，提供了一种主动跟踪目标的装置。所述装置包括摄像机单元；电机驱动器，用于改变所述摄像机单元的拍摄方向；以及控制器，用于使用所述摄像机单元依次获取第一比较图像和第二比较图像，将第一比较图像与第二比较图像相比较， 检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，并且在目标的估计地点中放大和捕获目标。所述控制器可以形成包括目标的轮廓的斑点，并且在其中心上放大和捕获所述斑
点ο所述控制器可以按预置比率放大所述斑点。所述装置可以进一步包括显示放大图像的显示器，或存储放大图像的存储器。依照本发明的另一个方面，提供了一种主动跟踪目标的装置。所述装置包括摄像机单元；电机驱动器，用于改变所述摄像机单元的拍摄方向；以及控制器，用于使用所述摄像机单元依次获取第一比较图像和第二比较图像，将第一比较图像和第二比较图像的每一个划分成多个分区，将第一比较图像中的第一分区与第二比较图像中与第一分区相对应的第二分区相比较，检测存在于第一和第二分区中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。所述控制器可以通过对多个分区每一个的第一和第二分区之间的依次比较检测目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。所述控制器可以将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区，在nXm矩阵中的分区当中对第1列的分区到第m列的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一列中，对第1行的分区到第η行的分区依次作出比较。所述控制器可以将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区，在nXm矩阵中的分区当中对第1行的分区到第η行的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一行中，对第1列的分区到第m列的分区依次作出比较。所述控制器可以获取第三比较图像和第四比较图像，将第三和第四比较图像的每一个划分成具有与第一和第二比较图像相同的形式的多个分区，将第三比较图像中的第三分区与第四比较图像中与第三分区相对应的第四分区相比较，并且检测存在于第三和第四分区中的相同目标的运动方向和速度。第三和第四分区之间的比较只对除了与通过第一和第二比较图像之间的比较获得的目标图像相对应、并且已经放大和捕获的分区之外的分区作出。所述装置可以进一步包括显示放大图像的显示器，或存储放大图像的存储器。依照本发明的又一个方面，提供了一种主动跟踪目标的方法。所述方法包括(1) 从在成像器件上形成的图像中获取第一比较图像；( 在获取了第一比较图像之后获取第二比较图像；C3)将第一比较图像与第二比较图像相比较，并且检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度；(4)根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点；以及(5)在目标的估计地点中放大和捕获目标。可以形成包括目标的轮廓的斑点，并且在步骤(5)中在其中心上放大所述斑点， 以及可以按预置比率放大所述斑点。依照本发明的再一个方面，提供了一种主动跟踪目标的方法。所述方法包括(1) 使用摄像机单元获取第一比较图像；( 使用摄像机单元获取第二比较图像；C3)将第一比较图像和第二比较图像的每一个划分成多个分区，将第一比较图像中的第一分区与第二比较图像中与第一分区相对应的第二分区相比较，并且检测存在于第一和第二分区中的相同目标的运动方向和速度；(4)根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点；以及(5)放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。在步骤(3)中，第一和第二分区之间的依次比较可以对多个分区的每一个作出。可以将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区。可以在nXm矩阵中的分区当中对第1列的分区到第m列的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一列中，可以对第1行的分区到第η行的分区依次作出比较。可以将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区。可以在nXm矩阵中的分区当中对第1行的分区到第η行的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一行中，对第1列的分区到第m列的分区依次作出比较。所述方法可以进一步包括(6)获取第三比较图像和第四比较图像，将第三和第四比较图像的每一个划分成具有与第一和第二比较图像相同的形式的多个分区，将第三比较图像中的第三分区与第四比较图像中与第三分区相对应的第四分区相比较，并且检测存在于第三和第四分区中的相同目标的运动方向和速度。第三和第四分区之间的比较只对除了与通过第一和第二比较图像之间的比较获得的目标图像相对应、并且已经放大和捕获的分区之外的分区作出。
本发明的某些示范性实施例的上述和其它方面、特征和优点可以从结合附图所作的如下描述中更明显看出，在附图图1是例示按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置的图形；图2是例示按照本发明一个实施例在图像中形成目标的斑点的方法的图形；图3是例示按照本发明一个实施例的取决于目标估计地点的摄像机运动参数的图形；图4(a)和图4(b)是例示按照本发明一个实施例检测目标的运动方向和速度的方法的图形；图5A和图5B是例示按照本发明一个实施例确定目标的估计地点的方法的图形；图6和图7是例示按照本发明一个实施例在图像中选择分区的不同示范性次序的图形；图8A至图8C是例示按照本发明一个实施例变焦拍摄一个分区，然后选择下一个分区的方法的图形；以及图9至图11是例示按照本发明不同实施例的主动目标跟踪方法的流程图。在所有附图中，应该明白相同图形标号表示相同元件、特征和结构。
具体实施例方式现在参考附图详细描述本发明的示范性实施例。在如下描述中，仅仅提供像详细配置和部件那样的特定细节，以帮助全面理解本发明的示范性实施例。因此，对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，可以不偏离本发明的范围和精神地对本文所述的实施例作
6各种各样的改变和修改。另外，为了清楚和简洁起见，省略了对众所周知功能和构造的描述。下面参考附图详细描述按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置和方法。图1例示了按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置。如图1所示，按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置包括摄像机单元11、电机驱动器12、和控制器15，并且可以进一步包括显示器13和存储器14。具体地说，摄像机单元11扫描来自被摄物的光线。摄像机单元11包括透镜和成像器件。电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CM0Q可以用作成像器件。电机驱动器12旋转摄像机单元11的拍摄方向，以便透镜的中心可以面向与目标的估计地点相对应的图像部分。具体地说，电机驱动器12可以通过倾斜摄像机单元11上下地和通过摇动摄像机单元11左右地旋转透镜的中心轴，或摄像机单元11的拍摄方向。控制器15使用摄像机单元11获取第一比较图像，在获取了第一比较图像之后获取第二比较图像，通过比较第一和第二比较图像检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，并且在目标的估计地点中放大和捕获目标的图像。控制器15的详细操作将在下面对主动目标跟踪方法的描述中加以描述。按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置可以包括显示器13和存储器14的至少一种。显示器13可以包括液晶显示器(IXD)、发光二极管(LED)、有机发光二极管 (OLED)、阴极射线管(CRT)、和等离子显示面板(PDP)的任何一种。存储器14存储由成像器件转换成数字信号的屏幕图像的视频信号数据。存储器 14可以存储一般程序和操作主动目标跟踪装置的应用程序。按照本发明一个实施例的主动目标跟踪装置可以包括能够将捕获图像信号输出到外部的有线/无线通信单元。图2例示了按照本发明一个实施例在图像21中形成目标的斑点23的方法。如图2所示，按照本发明的一个实施例，控制器15在包括目标22的轮廓的长方形斑点23中形成目标22，并且控制摄像机单元11在斑点23的中心上放大和捕获斑点23。斑点23以包括目标22的轮廓的长方形的形式形成，并且可以使用斑点23的中心检测目标22 的运动方向和速度。图3例示了按照本发明一个实施例的取决于目标估计地点的摄像机运动参数。如图3所示，当目标在平面上从中心地点Cl实际移动到地点rl时，目标在形成于成像器件上的图像21中表现为从c移动到r。因此，为了放大和捕获在图像21中移动到r 的目标，应该将摄像机单元11的拍摄方向转到面向地点r。也就是说，应该使摄像机单元 11的拍摄方向绕着它的转轴旋转摇头角Δ θ和倾斜角Δφ。如果从摄像机单元11的转轴到成像器件的距离被定义成f，则在c和r的坐标与摄像机单元11的摇头和倾斜角之间设置方程⑴和⑵的关系。
权利要求
1.一种主动跟踪目标的装置，所述装置包含摄像机单元；电机驱动器，用于改变所述摄像机单元的拍摄方向；以及控制器，用于使用所述摄像机单元依次获取第一比较图像和第二比较图像，将第一比较图像与第二比较图像相比较，检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，并且在目标的估计地点中放大和捕获目标。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制器形成包括目标的轮廓的斑点，并且基于所述斑点的中心放大和捕获所述斑点。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述控制器按预置比率放大所述斑点。
4.如权利要求1所述的装置，进一步包含显示放大图像的显示器。
5.如权利要求1所述的装置，进一步包含存储放大图像的存储器。
6.一种主动跟踪目标的装置，所述装置包含摄像机单元；电机驱动器，用于改变所述摄像机单元的拍摄方向；以及控制器，用于使用所述摄像机单元依次获取第一比较图像和第二比较图像，将第一比较图像和第二比较图像的每一个划分成多个分区，将第一比较图像中的第一分区与第二比较图像中与第一分区相对应的第二分区相比较，检测存在于第一和第二分区中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。
7.如权利要求6所述的装置，其中，所述控制器通过对于多个分区的每一个在第一和第二分区之间的依次比较确定目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述控制器将第一和第二比较图像的每一个按 nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区，在nXm矩阵中的分区当中对第1列的分区到第 m列的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一列中，对第1行的分区到第η 行的分区依次作出比较。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述控制器将第一和第二比较图像的每一个按 nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区，在nXm矩阵中的分区当中对第1行的分区到第 η行的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一行中，对第1列的分区到第m 列的分区依次作出比较。
10.如权利要求7到9的任何一项所述的装置，其中，所述控制器获取第三比较图像和第四比较图像，将第三和第四比较图像的每一个划分成具有与第一和第二比较图像相同的形式的多个分区，将第三比较图像中的第三分区与第四比较图像中与第三分区相对应的第四分区相比较，并且检测存在于第三和第四分区中的相同目标的运动方向和速度，其中第三和第四分区之间的比较只对除了与通过第一和第二比较图像之间的比较获得的目标图像相对应、并且已经放大和捕获的分区之外的分区作出。
11.如权利要求6所述的装置，进一步包含显示放大图像的显示器。
12.如权利要求6所述的装置，进一步包含存储放大图像的存储器。
13.—种主动跟踪目标的方法，所述方法包含(1)从在成像器件上形成的图像中获取第一比较图像；(2)在获取了第一比较图像之后获取第二比较图像；(3)将第一比较图像与第二比较图像相比较，并且检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度；(4)根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点；以及(5)在目标的估计地点中放大和捕获目标。
14.如权利要求13所述的方法，其中，形成包括目标的轮廓的斑点，并且在步骤(5)中在其中心上放大所述斑点。
15.如权利要求14所述的方法，其中，按预置比率放大所述斑点。
16.一种主动跟踪目标的方法，所述方法包含(1)使用摄像机单元获取第一比较图像；(2)使用摄像机单元获取第二比较图像；(3)将第一比较图像和第二比较图像的每一个划分成多个分区，将第一比较图像中的第一分区与第二比较图像中与第一分区相对应的第二分区相比较，并且检测存在于第一和第二分区中的相同目标的运动方向和速度；(4)根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点；以及(5)放大多个分区当中与目标的估计地点相对应的分区，并且捕获目标图像。
17.如权利要求16所述的方法，其中，在步骤(3)中，第一和第二分区之间的依次比较是对多个分区的每一个作出的。
18.如权利要求17所述的方法，其中，将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区；并且其中在nXm矩阵中的分区当中对第1列的分区到第m列的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一列中，对第1行的分区到第η行的分区依次作出比较。
19.如权利要求17所述的方法，其中，将第一和第二比较图像的每一个按nXm矩阵划分成具有相同尺寸的多个分区；并且其中在nXm矩阵中的分区当中对第1行的分区到第η行的分区依次作出第一和第二分区之间的比较，并且在每一行中，对第1列的分区到第m列的分区依次作出比较。
20.如权利要求17到19的任何一项所述的方法，进一步包含(6)获取第三比较图像和第四比较图像，将第三和第四比较图像的每一个划分成具有与第一和第二比较图像相同的形式的多个分区，将第三比较图像中的第三分区与第四比较图像中与第三分区相对应的第四分区相比较，并且检测存在于第三和第四分区中的相同目标的运动方向和速度；其中，第三和第四分区之间的比较只对除了与通过第一和第二比较图像之间的比较获得的目标图像相对应、并且已经放大和捕获的分区之外的分区作出。
全文摘要
提供了一种主动跟踪目标的装置。该装置包括摄像机单元；电机驱动器，用于改变所述摄像机单元的拍摄方向；以及控制器，用于使用所述摄像机单元依次获取第一比较图像和第二比较图像，将第一比较图像与第二比较图像相比较，检测存在于第一和第二比较图像中的相同目标的运动方向和速度，根据检测的运动方向和速度确定接收到第二比较图像之后目标的估计地点，并且在目标的估计地点中放大和捕获目标。
文档编号H04N5/232GK102316267SQ20111018036
公开日2012年1月11日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年6月30日
发明者南润荣, 洪尚真, 赵威德, 赵承汉, 金洋源, 黄庸现 申请人:亚洲大学校产学协力团