一種自動跟蹤球形攝像機的控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種自動跟蹤球形攝像機的控制方法，它涉及一種自動跟蹤控制方法。其控制方法步驟為：從一個目標(biāo)轉(zhuǎn)向另一個目標(biāo)時，用給定坐標(biāo)的方式讓球形攝像機快速切換到新目標(biāo)。在連續(xù)跟蹤目標(biāo)時，目標(biāo)檢測系統(tǒng)發(fā)送新的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)速度，以及更新坐標(biāo)的時間間隔。球形攝像機則根據(jù)當(dāng)前位置和收到的目標(biāo)坐標(biāo)，計算出球形攝像機當(dāng)前坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)之間的距離，然后根據(jù)間隔時間算出球形攝像機在該時間間隔內(nèi)追上目標(biāo)需要的運動速度，這樣可以保證拍攝系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)運動到目標(biāo)坐標(biāo)。球機實際的運行速度是上述計算得到的速度與目標(biāo)速度的加權(quán)平均，這樣球形攝像機運動到跟上目標(biāo)時，還與被跟蹤目標(biāo)具有相同的速度。
【專利說明】ー種自動跟蹤球形攝像機的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是ー種自動跟蹤控制方法，具體涉及ー種自動跟蹤球形攝像機的控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有自動跟蹤球機控制方法:
方法一:目標(biāo)檢測系統(tǒng)根據(jù)分析結(jié)果給定ー個目標(biāo)坐標(biāo)，球形攝像機根據(jù)收到的坐標(biāo)后轉(zhuǎn)向該坐標(biāo)，通過不停的坐標(biāo)調(diào)整，使目標(biāo)處于球形攝像機的畫面之內(nèi)。該實現(xiàn)方法由于控制系統(tǒng)的性能會造成一些問題:目標(biāo)拍攝系統(tǒng)從ー個坐標(biāo)轉(zhuǎn)向另ー個坐標(biāo)時，是從靜止?fàn)顟B(tài)到另ー個靜止?fàn)顟B(tài)，而電機運動需要有加速和減速時間，因此會使得拍攝到的目標(biāo)不能一直處于畫面中央，并且畫面會有停頓感，效果不好。
[0003]方法ニ:從ー個目標(biāo)切換到另ー個目標(biāo)時，用給定坐標(biāo)的方式讓球形攝像機快速切換到新目標(biāo)。在連續(xù)跟蹤同一個目標(biāo)吋，則通過估計該目標(biāo)的運動速度，將該目標(biāo)速度值發(fā)送給球形攝像機，盡量讓球形攝像機始終跟著目標(biāo)以同樣的速度行進，使得連續(xù)跟蹤時畫面不會有停頓感。但由于只是做速度估計，球形攝像機的位置與實際目標(biāo)之間的誤差會隨時間而累加。因此在適當(dāng)?shù)拈g隔時間內(nèi)，需要重新修正坐標(biāo)，仍然會有不連續(xù)感，同時由于修正不及時會造成偶爾目標(biāo)不能全部在畫面內(nèi)，尤其是當(dāng)目標(biāo)的運動方向和運動速度發(fā)生急劇的變化吋。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)上存在的不足，本發(fā)明目的是在于提供ー種自動跟蹤球形攝像機的控制方法，能夠在極短的時間內(nèi)切換到新的被跟蹤目標(biāo)，然后保持與目標(biāo)一致的速度前迸，對跟蹤目標(biāo)的拍攝非常平滑清晰。即使在被跟蹤的目標(biāo)的運動速度和方向發(fā)生突然的變化時，目標(biāo)拍攝系統(tǒng)仍然能夠連續(xù)地拍攝完整的目標(biāo)。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下的技術(shù)方案來實現(xiàn):ー種自動跟蹤球形攝像機的控制方法，其控制方法步驟為:從ー個目標(biāo)轉(zhuǎn)向另ー個目標(biāo)時，用給定坐標(biāo)的方式讓球形攝像機快速切換到新目標(biāo)。在連續(xù)跟蹤目標(biāo)吋，目標(biāo)檢測系統(tǒng)發(fā)送新的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)速度，以及更新坐標(biāo)的時間間隔。球形攝像機則根據(jù)當(dāng)前位置和收到的目標(biāo)坐標(biāo)，計算出球形攝像機當(dāng)前坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)之間的距離，然后根據(jù)間隔時間算出球形攝像機在該時間間隔內(nèi)追上目標(biāo)需要的運動速度，這樣可以保證拍攝系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)運動到目標(biāo)坐標(biāo)。球機實際的運行速度是上述計算得到的速度與目標(biāo)速度的加權(quán)平均，這樣球形攝像機運動到跟上目標(biāo)時，還與被跟蹤目標(biāo)具有相同的速度，既能讓球形攝像機快速跟上目標(biāo)，有能保持跟蹤的連續(xù)性。
[0006]本發(fā)明具有以下有益效果:球形攝像機能夠在極短的時間內(nèi)切換到新的被跟蹤目標(biāo)，然后保持與目標(biāo)一致的速度前進，對跟蹤目標(biāo)的拍攝非常平滑清晰。即使在被跟蹤的目標(biāo)的運動速度和方向發(fā)生突然的變化吋，目標(biāo)拍攝系統(tǒng)仍然能夠連續(xù)地拍攝完整的目標(biāo)?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】來詳細(xì)說明本發(fā)明；
圖1為本發(fā)明的球機目標(biāo)跟蹤算法的基本模型圖；
圖2為本發(fā)明的同向落后的追擊模型圖；
圖3為圖2模型下目標(biāo)A與球機D的速度變化曲線和位移曲線圖；
圖4為本發(fā)明的同向超前的追擊模型圖；
圖5為圖4模型下目標(biāo)A與球機D的速度變化曲線和位移曲線圖；
圖6為本發(fā)明的反向落后的追擊模型圖；
圖7為圖6模型下目標(biāo)A與球機D的速度變化曲線和位移曲線圖；
圖8為本發(fā)明的反向超前的追擊模型圖；
圖9為圖8模型下目標(biāo)A與球機D的速度變化曲線和位移曲線圖；
圖10本發(fā)明的追擊過程示意圖；
圖11為本發(fā)明仿真追擊命令的加權(quán)平均算法對目標(biāo)的跟蹤效果。
[0008]
【具體實施方式】
[0009]為使本發(fā)明實現(xiàn)的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、達成目的與功效易于明白了解，下面結(jié)合【具體實施方式】，進ー步闡述本發(fā)明。
[0010]參照圖1-11，本【具體實施方式】采用以下技術(shù)方案:ー種自動跟蹤球形攝像機的控制方法，其控制方法步驟為:從ー個目標(biāo)轉(zhuǎn)向另ー個目標(biāo)時，用給定坐標(biāo)的方式讓球形攝像機快速切換到新目標(biāo)。在連續(xù)跟蹤目標(biāo)吋，目標(biāo)檢測系統(tǒng)發(fā)送新的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)速度，以及更新坐標(biāo)的時間間隔。球形攝像機則根據(jù)當(dāng)前位置和收到的目標(biāo)坐標(biāo)，計算出球形攝像機當(dāng)前坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)之間的距離，然后根據(jù)間隔時間算出球形攝像機在該時間間隔內(nèi)追上目標(biāo)需要的運動速度，這樣可以保證拍攝系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)運動到目標(biāo)坐標(biāo)。球機實際的運行速度是上述計算得到的速度與目標(biāo)速度的加權(quán)平均，這樣球形攝像機運動到跟上目標(biāo)時，還與被跟蹤目標(biāo)具有相同的速度，既能讓球形攝像機快速跟上目標(biāo)，有能保持跟蹤的連續(xù)性。
[0011]本【具體實施方式】的球機目標(biāo)跟蹤算法的基本模型:在ニ維平面內(nèi)，如圖1所示，A為目標(biāo)，移動速度為vt，D為球機視覺中心點，移動速度為vd，兩者的距離為d。通過對球機的控制，使得距離d不斷減小，在某時刻tn，距離d減小為0，并且D具有速度vd = vt，從而完成對目標(biāo)的追擊、跟蹤過程。
[0012]在ニ維平面內(nèi)的目標(biāo)運動，可以分解為水平和垂直兩個方向的運動，這正與球機的實際控制方式相吻合。因此對上述運動模型的討論，可以簡化為ー維坐標(biāo)系的運動。
[0013]同吋，根據(jù)在t0時刻，球機D與目標(biāo)A的初始速度和位置不同，一維追擊運動可以歸結(jié)為以下四種模型(以目標(biāo)運動方向為參考方向):
1.同向落后
此模型是最基本的追擊模型，以目標(biāo)運動方向為正方向，目標(biāo)to時刻的位置為0，則此模型下目標(biāo)A與球機D的速度變化曲線和位移曲線如圖3所示。從t(Ttc的時間為球機落后階段，在此階段球機從初始速度vd加速到目標(biāo)vt，與目標(biāo)的距離逐漸增大；從tdm為球機的追擊階段，球機速度從vt加速到最大追擊速度vm，與目標(biāo)的距離開始逐漸減小；從tnTtn為收斂階段，球機速度從vm減速到vt，與目標(biāo)的距離逐漸減小直至為O，完成目標(biāo)追擊過程并開始鎖定跟隨目標(biāo)。
[0014]2.同向超前
此情況的速度和位移曲線如圖5所示。從t0到tl為球機的減速階段，若球機超前量較小，則可能在減速過程中與目標(biāo)相遇，此后即轉(zhuǎn)入“同向落后”模型，開始追擊。若球機超前量較大，則當(dāng)球機速度減為O時，仍然超前，此時從tl到t2為反向趨近階段，球機反向加速并減速，在t2時刻與目標(biāo)相遇，速度減為O。從t2、n，即轉(zhuǎn)入“同向落后”模型，其過程如前所述。
[0015]3.反向落后
此情況的速度和位移曲線如圖7所示。從t(Ttl為球機反向減速階段，與目標(biāo)的距離繼續(xù)增大，tl時刻球機速度減為0，從tn轉(zhuǎn)入“同向落后”模型。
[0016]4.反向超前
此情況的速度和位移曲線如圖9所示。從t(Ttl為球機反向趨近階段，若超前量較小，則球機直接反向減速，tl時刻速度減為0，落后于目標(biāo)，并從trtn轉(zhuǎn)入“同向落后”模型；若超前量較大，則球機需再經(jīng)歷反向加速再減速，tl時刻球機速度減為0，并與目標(biāo)相遇，從tn轉(zhuǎn)入“同向落后”模型。
[0017]從以上分析不難看出，“同向落后”模型是其他幾種模型的基礎(chǔ)，其他三種情況下，球機通過一定的速度和方向轉(zhuǎn)換(簡稱“轉(zhuǎn)換階段”)，都將最終進入“同向落后”模型。
[0018]一、加權(quán)平均算法及其仿真
球機對目標(biāo)的追擊和跟蹤策略:在to時刻給出目標(biāo)的初始位置,使球機轉(zhuǎn)到目標(biāo)初始位置并停留，隨后在一定時隙內(nèi)不斷給球機發(fā)送目標(biāo)位置和速度信息，球機將運動速度設(shè)置為目標(biāo)速度與計算得到的平均速度的加權(quán)平均值，不斷趨近目標(biāo)。其追擊過程可以由圖10表示。
[0019]對比上述基本模型，t(Ttl階段為球機的“轉(zhuǎn)換階段”，t2、n為“同向落后”階段。由于目標(biāo)在運動，且球機到達目標(biāo)初始位置時速度為0，因此無論球機初始位置在何處，通過“轉(zhuǎn)換階段”后，總是進入“同向落后”模型。所以此算法的特點是在球機到達指定坐標(biāo)后，將其余三種可能出現(xiàn)的模型全部轉(zhuǎn)換為“同向落后”模型。
[0020]在追擊過程中，球機對于目標(biāo)速度和位置的處理方法是:利用當(dāng)前與目標(biāo)的距離d，以及時隙大小T，計算得到所需每步平均速度Ca=T/d，并與目標(biāo)速度Ct加權(quán)平均得到球機設(shè)置速度Cs:
C1 ^ (Cff+Cf)/2(I)
以球機的離散控制系統(tǒng)為模型，假設(shè)運動目標(biāo)以恒定速度運動，球機與目標(biāo)相對位置符合“同向落后”模型，仿真追擊命令的加權(quán)平均算法對目標(biāo)的跟蹤效果，如圖11。
[0021]仿真參數(shù)為:
(1)命令時隙為dt;
(2)球機初始速度為CO;
(3)球機初始位置為p0; (4)目標(biāo)運動速度為ct= CtO (恒速)；
(5)目標(biāo)初始位置為ptO;
仿真:p0 = -5000, c0 = 50000, ptO = O, ctO = 5000; dt=40 ;追上目標(biāo)時花費時隙為 27dt
從上面的仿真中可以看出，球機經(jīng)過27倍的dt時間，可以平滑地追上被跟蹤目標(biāo)，并且在此之后，一直保持球機與目標(biāo)速度相同或較小的誤差。
[0022]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理和主要特征和本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種自動跟蹤球形攝像機的控制方法，其特征在于，自動跟蹤球形攝像機的控制方法步驟為:從一個目標(biāo)轉(zhuǎn)向另一個目標(biāo)時，用給定坐標(biāo)的方式讓球形攝像機快速切換到新目標(biāo)。在連續(xù)跟蹤目標(biāo)時，目標(biāo)檢測系統(tǒng)發(fā)送新的目標(biāo)坐標(biāo)和目標(biāo)速度，以及更新坐標(biāo)的時間間隔。球形攝像機則根據(jù)當(dāng)前位置和收到的目標(biāo)坐標(biāo)，計算出球形攝像機當(dāng)前坐標(biāo)和目標(biāo)坐標(biāo)之間的距離，然后根據(jù)間隔時間算出球形攝像機在該時間間隔內(nèi)追上目標(biāo)需要的運動速度，這樣可以保證拍攝系統(tǒng)在指定的時間內(nèi)運動到目標(biāo)坐標(biāo)。球機實際的運行速度是上述計算得到的速度與目標(biāo)速度的加權(quán)平均，這樣球形攝像機運動到跟上目標(biāo)時，還與被跟蹤目標(biāo)具有相同的速度，既能讓球形攝像機快速跟上目標(biāo)，有能保持跟蹤的連續(xù)性。
【文檔編號】H04N5/232GK103533246SQ201310497408
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】樓冬明, 張昕, 劉玉平 申請人:上海安奎拉信息技術(shù)有限公司