一种基于多个定位摄像头的教学用图像跟踪方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于教育培训课程录播领域，尤其涉及教学用图像跟踪方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前在普教和高教视频公开课、精品课堂或常态化教学的录制和资源共享过程 中，需要实时对上课实况进行摄像机跟踪拍摄。摄像机跟踪存在手动跟踪和自动跟踪两种 方式。手动跟踪就是人工驱动摄像机进行跟踪拍摄。自动跟踪需要额外配置跟踪处理器，采 用红外或图像处理技术，判断教师或学生是否站立或移动，解算出活动目标的具体位置，驱 动教师或学生高清云台跟踪摄像机进行跟踪拍摄。跟踪方法主要有红外跟踪和图像跟踪两 种方式；采用红外跟踪方式，受环境影响大，教室开窗或教室照明不均时，摄像机跟踪不准， 跟踪效果差，因此市场上主要采用图像跟踪的方式。常见的图像跟踪方式有以下几种：跟踪 摄像机既作为高清视频采集又作为图像分析定位使用，不需要图像辅助定位摄像头；采用 人体特征的图像跟踪方式，如基于人体图像块特征或人脸识别的图像跟踪方式，来判断跟 踪区域内是否有目标，目标是否站立或移动；学生跟踪采用一个图像辅助定位摄像头的方 式，安装在教室黑板的上方，俯视学生全景。
[0003] 以上方案存在以下主要问题：
[0004] 1、教师或学生跟踪摄像机既作为高清视频采集又作为图像定位分析使用时，因摄 像机拍摄范围是有限的，当教师或学生跟踪摄像机视频范围外出现目标活动时，将出现跟 踪摄像机不能跟踪拍摄的问题，这种方案存在跟踪盲区；
[0005] 2、采用人体特征的图像跟踪方式，需要提前采集活动目标的人体特征，如教师或 学生的高度、人脸等特征信息，人体特征信息采集工作量大，与录播系统需满足常态化教学 的理念不符；
[0006] 3、学生跟踪采用一个图像辅助定位摄像头定位时，当活动目标距离黑板比较远 时，难以精确提取活动目标图像区域，经常出现跟踪拍摄不准确的问题。
【发明内容】
[0007] 本发明提供一种基于多个定位摄像头的教学用图像跟踪方法及系统，以解决上述 问题。
[0008] 为实现本设计方案的目的，本发明提供一种基于多个定位摄像头的教学用图像跟 踪方法。上述方法包括以下步骤：
[0009] 1、教师图像辅助定位摄像头和学生图像辅助定位摄像头分别收集教师区域和学 生区域的数据视频信息，并发送到图像跟踪处理器；
[0010] 2、图像跟踪处理器采用图像处理技术，判断教师或学生区域内是否有活动目标， 确定目标的具体位置，解算出教师或学生区域目标图像行为分析结果；
[0011] 3、图像跟踪处理器根据教师或学生区域目标图像行为分析结果驱动教师或学生 跟踪摄像机旋转或变焦；
[0012] 4、图像跟踪处理器将教师或学生区域目标图像行为分析结果通知视频切换模块， 由视频切换模块根据导播切换策略向录播服务器发送视频切换指令。
[0013] 本发明还提供一种基于多个定位摄像头的教学用图像跟踪系统，包括：1台教师 跟踪摄像机、1个教师图像辅助定位摄像头、1台学生跟踪摄像机、2个学生图像辅助定位摄 像头、1台图像跟踪处理器、1台讲台电脑。
[0014] 教师跟踪摄像机：实时采集教师区域内的视频数据信息并发送至录播服务器，视 频数据信息用于教学资料保存使用。
[0015] 教师图像辅助定位摄像头：实时采集教师区域的视频数据信息并发送至图像跟踪 处理器，视频数据信息用于教师区域内活动目标的图像行为分析。
[0016] 学生跟踪摄像机：实时采集学生区域的视频数据信息并发送至录播服务器，视频 数据信息用于教学资料保存使用；
[0017] 学生图像辅助定位摄像头：实时采集学生区域的视频数据信息并发送至图像跟踪 处理器，视频数据信息用于学生区域内活动目标的图像行为分析。
[0018] 图像跟踪处理器：根据教师和学生图像辅助定位摄像头的视频数据信息，实时分 析教师区域和学生区域内是否有目标活动，解算出教师或学生区域目标图像行为分析结 果，驱动教师或学生跟踪摄像机旋转或变焦；
[0019] 讲台电脑：教师讲课使用，内嵌键鼠使用检测模块。
[0020] 图像跟踪处理器内嵌教师视频采集与跟踪模块、学生视频采集与跟踪模块和视频 切换模块；讲台电脑内嵌讲台电脑键鼠使用检测模块。
[0021] 教师视频采集与跟踪模块：根据教师图像辅助定位摄像头采集的视频数据信息， 图像分析区域A是否有活动目标，是单个目标还是多个目标，判断活动目标是否移动，解算 出教师区域目标图像行为分析结果；根据教师区域目标图像行为分析结果驱动教师跟踪摄 像机旋转或变焦；将教师区域目标图像行为分析结果通知视频切换模块。
[0022] 学生视频采集和跟踪模块：根据学生图像辅助定位摄像头A和学生图像辅助定位 摄像头B采集的视频数据信息，图像分析判断区域B是否有活动目标，是单个目标还是多个 目标，解算出学生区域目标图像行为分析结果；根据学生区域目标图像行为分析结果驱动 学生跟踪摄像机旋转或变焦；将学生区域目标图像行为分析结果通知视频切换模块。
[0023] 讲台电脑键鼠使用检测模块：判断讲台电脑的键盘或鼠标是否正在被使用。如果 有键盘输入或鼠标正在移动，认为有人正在使用讲台电脑，解算出键鼠使用行为结果；将键 鼠使用行为结果通知视频切换模块。键鼠使用行为结果包括：键盘是否使用，鼠标是否使 用。
[0024] 视频切换模块：根据教师区域目标图像行为分析结果、学生区域目标图像行为分 析结果和键鼠使用行为结果，依据图像跟踪系统导播切换策略，向录播服务器发送视频切 换指令。
[0025] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0026] 1、本发明采用了 1台教师跟踪摄像机、1个教师图像辅助定位摄像头、1台学生跟 踪摄像机、2个学生图像辅助定位摄像头；教师跟踪摄像机和学生跟踪摄像机采集的视频 数据信息用于精品课程的录制，可直接保存为教学资料使用；教师图像辅助定位摄像头采 集的视频数据信息用于教师图像定位分析使用，视频范围可覆盖教室区域；学生图像辅助 定位摄像头采集的视频数据信息用于学生定位分析使用，视频范围可覆盖学生区域。跟踪 摄像机和图像辅助定位摄像头各司其职，跟踪没有盲区，解决了跟踪盲区问题。
[0027] 2、本发明采用微网格分析技术，判断每个微网格内是否有活动目标的方式来确定 目标的位置。不采用图像块特征来图像识别，不需要提取每个跟踪目标的特征信息，没有人 体特征信息采集工作量，有利于系统的批量安装，满足常态化教学的需求。
[0028] 3、本发明学生跟踪采用两个图像辅助定位摄像头，通过两个定位摄像头准确取得 了学生活动区域内活动目标的三维物理位置，解决了学生区域内远离黑板位置的区域无法 准确跟踪拍摄的问题。
【附图说明】
[0029] 图1教室区域划分示意图；
[0030] 图2教学用图像跟踪系统逻辑结构图；
[0031] 图3教师图像跟踪处理流程图；
[0032] 图4学生图像跟踪处理流程图；
[0033] 图5关键区域A不意图和坐标图；
[0034] 图6关键区域B俯视图和每个三维微网格坐标图。
【具体实施方式】
[0035] 如图1描述了教室区域划分示意图，设定教师活动区域为区域A，讲台外学生活动 区域为区域B，讲台电脑使用活动为关键域C。
[0036] 1个或多个教师或学生可进入区域A ;1个或多个教师或学生可进入区域B;教师 或学生均可开展关键域C的活动；
[0037] 教师图像辅助定位摄像头安装在天花板，教师图像辅助定位摄像头视频范围覆盖 了区域A;学生图像辅助定位摄像头A和学生图像辅助定位摄像头B分别安装在教室的两 侦牝安装高度相同，安装高度为80-120cm;两个摄像头的视频范围均覆盖了区域B。
[0038] 如图2所示为教学用图像跟踪系统逻辑结构图，包括1台教师跟踪摄像机、1个教 师图像辅助定位摄像头、1台学生跟踪摄像机、2个学生图像辅助定位摄像头、1台图像跟踪 处理器、1台讲台电脑。
[0039]系统采用图像处理的方式，分析教师区域和学生区域内是否有活动目标，解算出 教师区域目标图像行为分析结果和学生区域目标图像行为分析结果，驱动教师跟踪摄像机 或学生跟踪摄像机旋转到准确位置，活动目标始终在教师跟踪摄像机或学生跟踪摄像机的 视频范围内；系统接收讲台电脑键鼠使用检测模块发送的键鼠使用行为结果；视频切换模 块根据教师区域目标图像行为分析结果、学生区域目标图像行为分析结果和键鼠使用行为 结果，根据图像跟踪系统导播切换策略，向录播服务器发送视频切换指令，完成系统跟踪拍 摄的全过程。图像跟踪系统导播切换策略如下表。
[0040]
[0041] 如图3描述了教师图像跟踪处理流程：
[0042] 1)教师视频采集与跟踪模块实时接收教师图像辅助定位摄像头采集的区域A的 视