專利名稱：一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及攝像領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，視頻拍 攝的需求越來(lái)越廣泛，比如各種影視節(jié)目、新聞報(bào)道、演唱會(huì)、體育賽事、會(huì)議等都需要進(jìn)行視頻拍攝，而且對(duì)視頻拍攝的要求也越來(lái)越高，往往需要進(jìn)行多角度、多場(chǎng)景的拍攝。目前，針對(duì)多角度、多場(chǎng)景的視頻拍攝，是通過(guò)設(shè)置多部攝像機(jī)、安排多個(gè)攝影師，由每個(gè)攝影師人工去做跟蹤拍攝，最后根據(jù)需要在導(dǎo)播平臺(tái)里進(jìn)行切換和剪輯，最終形成最合適的畫(huà)面輸出給觀眾。人工進(jìn)行多角度、多場(chǎng)景視頻拍攝的方式，對(duì)攝影師的拍攝技能，導(dǎo)播的切換、剪輯水平都有較高的要求；由于設(shè)備和人員投入大，拍攝現(xiàn)場(chǎng)工作強(qiáng)度大，人力成本高。同時(shí)，受限于拍攝和導(dǎo)播人員的能力，攝像的可靠性和輸出畫(huà)面的可控性都不能得到較好的保證。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，該方法采用的設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便，自動(dòng)、高精度跟蹤物體進(jìn)行畫(huà)面正中拍攝。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，包括云臺(tái)攝像機(jī)和自動(dòng)跟S示拍攝王機(jī)，包括以下步驟
(1)確定待跟蹤拍攝區(qū)域AB⑶四點(diǎn)的物理坐標(biāo)系；
(2)z 臺(tái)攝像機(jī)拍攝待跟S示拍攝區(qū)域AB⑶四點(diǎn)的z 臺(tái)坐標(biāo)值；
(3)確定待跟S示拍攝區(qū)域ABQ)四點(diǎn)的z 臺(tái)坐標(biāo)系abed四點(diǎn)；
(4)計(jì)算云臺(tái)坐標(biāo)abed四點(diǎn)的交點(diǎn)e和滅點(diǎn)p和q;
(5)利用上述交點(diǎn)e、滅點(diǎn)p和q的連線及其延長(zhǎng)線將待跟蹤拍攝區(qū)域的云臺(tái)坐標(biāo)abed四等分；
(6)確定待跟蹤拍攝物體所處的上述云臺(tái)坐標(biāo)四等分的區(qū)域；
(7)對(duì)待跟蹤拍攝物體所處的上述等分區(qū)域按照步驟(5)的方法迭代四等分，一直到最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值和待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值相差很小為止；
(8)以最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值約等于待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值；
(9)上述誤差小于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)根據(jù)上面計(jì)算得到的待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值驅(qū)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述步驟(2)和步驟(3)還包括如下步驟
(1)人工移動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)云臺(tái)位置，使攝像機(jī)畫(huà)面正中對(duì)著物理坐標(biāo)系的A點(diǎn)，記錄這一點(diǎn)的云臺(tái)坐標(biāo)系坐標(biāo)值，將其確定為云臺(tái)坐標(biāo)系的a點(diǎn)；
(2)重復(fù)上述步驟(1)，記錄物理坐標(biāo)系的B點(diǎn)、C點(diǎn)及D點(diǎn)，將其分別確定為云臺(tái)坐標(biāo)系的d點(diǎn)、c點(diǎn)和d點(diǎn)；
(3)隱藏云臺(tái)坐標(biāo)的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸，形成完整的待跟蹤拍攝區(qū)域云臺(tái)坐標(biāo)系。更進(jìn)一步，優(yōu)選的方案是，所述步驟(7)的迭代次數(shù)為10次。所述步驟(8)設(shè)定的誤差為1CM。
本發(fā)明提出了一種以透視學(xué)為基礎(chǔ)，對(duì)目標(biāo)物體的坐標(biāo)進(jìn)行分析計(jì)算，從而得到攝像機(jī)云臺(tái)坐標(biāo)值，直接驅(qū)動(dòng)攝像機(jī)云臺(tái)跟蹤拍攝目標(biāo)物體，并且能夠完成自動(dòng)變焦，使目標(biāo)物體始終位于攝像機(jī)畫(huà)面的正中，而且有特寫(xiě)效果，而且本方法的自動(dòng)跟蹤拍攝算法使用迭代法，精度很高。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下有益技術(shù)效果
I、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一臺(tái)主機(jī)加一個(gè)帶云臺(tái)攝像機(jī)就可以。2、系統(tǒng)安裝調(diào)試方便，安裝帶云臺(tái)攝像機(jī)，確定待定位區(qū)域AB⑶四點(diǎn)即可。3、定位精度高，可以達(dá)到I厘米。
圖I為本發(fā)明的設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖和待跟蹤拍攝區(qū)域示意 圖2為圖I所示待跟蹤拍攝區(qū)域以A點(diǎn)為原點(diǎn)建立的物理坐標(biāo)系示意 圖3為z 臺(tái)坐標(biāo)為(0，0)時(shí)z 臺(tái)攝像機(jī)拍攝待跟S示拍攝區(qū)域的不意 圖4為圖3隱藏坐標(biāo)軸和原點(diǎn)后的待拍攝區(qū)域云臺(tái)坐標(biāo)示意 圖5為圖4所示待拍攝區(qū)域云臺(tái)坐標(biāo)滅點(diǎn)及將其四等分的示意 圖6為圖5所示區(qū)域再次四等分的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例
如圖I所示，本發(fā)明一種跟蹤拍攝方法所采用的硬件設(shè)備包括云臺(tái)攝像機(jī)和自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)。圖I中矩形ABCD是待跟蹤拍攝區(qū)域，云臺(tái)攝像機(jī)安裝在待跟蹤拍攝區(qū)域的前上方，自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)通過(guò)獲取待跟蹤拍攝目標(biāo)物體的坐標(biāo)，計(jì)算輸出攝像機(jī)云臺(tái)坐標(biāo)，從而控制攝像機(jī)的拍攝方位和角度。圖I中矩形AB⑶是待跟蹤拍攝區(qū)域，以圖I所示的A點(diǎn)為原點(diǎn)，建立如圖2所示坐標(biāo)系，將其定義為物理坐標(biāo)系，例如=AB長(zhǎng)6米，AD長(zhǎng)8米，則D點(diǎn)的坐標(biāo)就是(0，8)，C點(diǎn)坐標(biāo)(6，8)，B點(diǎn)坐標(biāo)(6，O)。一般攝像機(jī)云臺(tái)由兩個(gè)電機(jī)組成，一個(gè)控制鏡頭水平左右擺動(dòng)，另一個(gè)控制鏡頭垂直上下擺動(dòng)；如果攝像機(jī)有變焦功能，那在鏡頭里還有一個(gè)電機(jī)控制鏡頭組前后移動(dòng)變焦。據(jù)此來(lái)確定云臺(tái)坐標(biāo)系的計(jì)算方法。因此，云臺(tái)坐標(biāo)系需要三維空間來(lái)進(jìn)行表示，其中X軸表不水平方向，y軸表不垂直方向，z軸表不前后方向。如圖3所示，是云臺(tái)攝像機(jī)云臺(tái)坐標(biāo)為(0，0)的時(shí)候，拍攝待跟蹤拍攝區(qū)域的圖像，其中四邊形abed就是物理坐標(biāo)系里的矩形AB⑶在攝像機(jī)圖像里的映射。手動(dòng)控制云臺(tái)移動(dòng)，使攝像機(jī)畫(huà)面正中對(duì)著物理坐標(biāo)系中的a點(diǎn)，記錄這一點(diǎn)云臺(tái)坐標(biāo)系的坐標(biāo)值，將其定義為云臺(tái)坐標(biāo)系點(diǎn)a，同理可以一一對(duì)應(yīng)物理坐標(biāo)系和云臺(tái)坐標(biāo)系的點(diǎn)b點(diǎn)c點(diǎn)d。云臺(tái)坐標(biāo)系是在攝像機(jī)拍攝下得到，所以它是符合透視學(xué)原理的。對(duì)圖3隱藏坐標(biāo)軸和原點(diǎn)，就可以得到圖4，圖4是完整的待跟蹤拍攝區(qū)域云臺(tái)坐標(biāo)系，其中ac交bd于點(diǎn)e。根據(jù)透視學(xué)基本理論，凡物理上兩條相互平行的直線的(與畫(huà)面不平行)都要消失到一點(diǎn)，這一點(diǎn)稱為消點(diǎn)(或稱滅點(diǎn))。攝影機(jī)拍攝的視頻是符合透視學(xué)理論的。已知待拍攝的目標(biāo)的物理坐標(biāo)，要控制攝像機(jī)云臺(tái)(輸入云臺(tái)坐標(biāo)值)，使攝像機(jī)拍攝的圖像的原點(diǎn)落在待拍攝的目標(biāo)上(即使云臺(tái)坐標(biāo)系的s點(diǎn)和物理坐標(biāo)系的S點(diǎn)重合)。如圖2所示,假定S點(diǎn)就是待跟蹤拍攝物體,S點(diǎn)在云臺(tái)坐標(biāo)系中映射為如圖5所示的點(diǎn)S，點(diǎn)s是圖2中物理坐標(biāo)系S點(diǎn)的映射，點(diǎn)s的坐標(biāo)是未知的，點(diǎn)S的坐標(biāo)是已知的。計(jì)算出圖5中所示的點(diǎn)s坐標(biāo)，需要按照以下的定位算法進(jìn)行
步驟一如圖I、圖2建立物理坐標(biāo)系，確定AB⑶四點(diǎn)物理位置坐標(biāo)，用自動(dòng)跟蹤拍攝王機(jī)來(lái)控制攝像機(jī)z 臺(tái)拍攝AB⑶四點(diǎn)記錄攝像機(jī)z 臺(tái)坐標(biāo)值，如圖3所不，在圖3中確定ABCD四點(diǎn)的映射abcd，對(duì)圖3簡(jiǎn)化建立云臺(tái)坐標(biāo)系，利用兩點(diǎn)確定直線數(shù)學(xué)方法計(jì)算線段ac、線段bd,并求出交點(diǎn)e,這個(gè)e點(diǎn)就是物理坐標(biāo)系中的E點(diǎn)。計(jì)算線段ad、線段be的交點(diǎn)P，計(jì)算線段ab、線段Cd的交點(diǎn)P，根據(jù)透視學(xué)理論，p點(diǎn)是線段ad、線段be的滅點(diǎn)，q點(diǎn)是線段ab、線段Cd的滅點(diǎn)。這樣發(fā)明人可以得到圖5。步驟二 如圖5中，線段pe的延長(zhǎng)線交cd于點(diǎn)n,交線段ab于m ;作qe的延長(zhǎng)線交線段ad于點(diǎn)j，交線段be于k。這樣線段mn就是物理坐標(biāo)系圖2中的線段MN的映射，線段jk就是物理坐標(biāo)系中的線段JK的映射。線段mn和線段jk把四邊形abed分割成四個(gè)小四邊形amej、mbke、ekcn、jemd。這四個(gè)小四邊形是物理坐標(biāo)系圖2中矩形AMEJ、MBKE>EKCN、JEMD的映射。實(shí)際上矩形AMEJ、MBKE, EKCN、JEMD是大小相等的四個(gè)矩形。步驟三在圖2中，點(diǎn)S在四邊形AB⑶內(nèi)，可以計(jì)算點(diǎn)S是直線麗的左邊還是右邊、點(diǎn)S是在直線JK的上面還是下面來(lái)區(qū)分點(diǎn)S在四邊形ABCD分割成四個(gè)小四邊形AMEJ、MBKE, EKCN、JEMD中的哪一個(gè)。圖2中S點(diǎn)是在小四邊形EKCH中。步驟四通過(guò)步驟三發(fā)明人知道物理坐標(biāo)系點(diǎn)S是在四邊形EKCH中，而與之相映射的云臺(tái)坐標(biāo)系中實(shí)際的待跟蹤拍攝點(diǎn)s也就在四邊形ekcn中。發(fā)明人對(duì)圖5云臺(tái)坐標(biāo)系求線段ek的中點(diǎn)f，計(jì)算線段cn的中點(diǎn)I,計(jì)算線段en的中點(diǎn)g,計(jì)算線段kc的中點(diǎn)h,這樣線段fl線段gh把四邊形ekcn平分為四個(gè)小四邊形。線段ec交線段kn于i點(diǎn)，i點(diǎn)就是四邊形ekcn的中心。這樣發(fā)明人就可以得到圖6.
步驟五在圖2物理坐標(biāo)系中發(fā)明人重復(fù)步驟三，不過(guò)四邊形AB⑶替換為小四邊形EKCN，發(fā)明人求出線段EC線段KN的交點(diǎn)I。過(guò)I點(diǎn)做線段BC的平行線FL交線段EK于點(diǎn)F，交線段CN于點(diǎn)L ;過(guò)I點(diǎn)做線段⑶的平行線GH交線段BC于點(diǎn)H，交線段EN于點(diǎn)G。這樣線段FL線段GH把小四邊形EKCN分割成更小的四個(gè)四邊形。發(fā)明人可以計(jì)算出點(diǎn)S在四邊形FKNI內(nèi)。點(diǎn)T是四邊形FKNI的中心。使用同樣的方法繼續(xù)四分四邊形N次，最后得到一個(gè)很小的四邊形，這個(gè)四邊形的中心約等于點(diǎn)S的位置，這個(gè)誤差很小，如果不滿意這個(gè)誤差，可以繼續(xù)四分四邊形到合適為止。一般10次就可以。這個(gè)重復(fù)分割四邊形的方法在數(shù)學(xué)上叫迭代法。步驟六發(fā)明人重復(fù)步驟四的過(guò)程，按步驟五物理坐標(biāo)系四分四邊形的映射來(lái)四分云臺(tái)坐標(biāo)系的矩形。同樣迭代N次，最后得到一個(gè)小矩形，算出這個(gè)小矩形的中心，迭代、次數(shù)以一直到最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值和待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值相差很小為止；這個(gè)值約等于點(diǎn)S的坐標(biāo)。如果誤差太大，可以加大迭代次數(shù)。重復(fù)迭代減小誤差
步驟七發(fā)明人知道了待跟蹤拍攝物體在云臺(tái)坐標(biāo)系的坐標(biāo)S，直接發(fā)命令驅(qū)動(dòng)云臺(tái)到這一點(diǎn)，即可完成自動(dòng)跟S示拍攝。確定待跟S示拍攝物體Z 臺(tái)坐標(biāo)，驅(qū)動(dòng)Z 臺(tái)攝像機(jī)，完成跟I 示拍攝。最后需要說(shuō)明的是，以上所述僅為 本發(fā)明的較佳實(shí)施例，而不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限定，任何對(duì)本發(fā)明技術(shù)特征所做的等同替換或相應(yīng)改進(jìn)，仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，包括云臺(tái)攝像機(jī)和自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)，其特征在于，包括以下步驟 (1)確定待跟蹤拍攝區(qū)域AB⑶四點(diǎn)的物理坐標(biāo)系； (2)z 臺(tái)攝像機(jī)拍攝待跟S示拍攝區(qū)域AB⑶四點(diǎn)的z 臺(tái)坐標(biāo)值； (3)確定待跟S示拍攝區(qū)域ABQ)四點(diǎn)的z 臺(tái)坐標(biāo)系abed四點(diǎn)； (4)計(jì)算云臺(tái)坐標(biāo)abed四點(diǎn)的交點(diǎn)e和滅點(diǎn)P和q; (5)利用上述交點(diǎn)e、滅點(diǎn)P和q的連線及其延長(zhǎng)線將待跟蹤拍攝區(qū)域的云臺(tái)坐標(biāo)abed四等分； (6)確定待跟蹤拍攝物體所處的上述云臺(tái)坐標(biāo)四等分的區(qū)域； (7)對(duì)待跟蹤拍攝物體所處的上述等分區(qū)域按照步驟(5)的方法迭代四等分，一直到最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值和待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值相差很小為止； (8)以最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值約等于待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值； (9)上述誤差小于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)根據(jù)上面計(jì)算得到的待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值驅(qū)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。
2.如權(quán)利要求I所述的一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，其特征在于所述步驟(2)和步驟(3)還包括如下步驟 (1)人工移動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)云臺(tái)位置，使攝像機(jī)畫(huà)面正中對(duì)著物理坐標(biāo)系的A點(diǎn)，記錄這一點(diǎn)的云臺(tái)坐標(biāo)系坐標(biāo)值，將其確定為云臺(tái)坐標(biāo)系的a點(diǎn)； (2)重復(fù)上述步驟(1)，記錄物理坐標(biāo)系的B點(diǎn)、C點(diǎn)及D點(diǎn)，將其分別確定為云臺(tái)坐標(biāo)系的d點(diǎn)、c點(diǎn)和d點(diǎn)； (3)隱藏云臺(tái)坐標(biāo)的原點(diǎn)和坐標(biāo)軸，形成完整的待跟蹤拍攝區(qū)域云臺(tái)坐標(biāo)系。
3.如權(quán)利要求I所述的一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，其特征在于所述步驟(7)的迭代次數(shù)為10次。
4.如權(quán)利要求I所述的一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，其特征在于所述步驟(8)設(shè)定的誤差為1CM。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種自動(dòng)跟蹤拍攝方法，包括以下步驟1、確定待跟蹤拍攝區(qū)域ABCD四點(diǎn)的物理坐標(biāo)系；2、云臺(tái)攝像機(jī)拍攝待跟蹤拍攝區(qū)域ABCD四點(diǎn)的云臺(tái)坐標(biāo)值；3、確定待跟蹤拍攝區(qū)域ABCD四點(diǎn)的云臺(tái)坐標(biāo)系abcd四點(diǎn)；4、計(jì)算云臺(tái)坐標(biāo)abcd四點(diǎn)的交點(diǎn)e和滅點(diǎn)p和q；5、利用上述交點(diǎn)e、滅點(diǎn)p和q的連線及其延長(zhǎng)線將待跟蹤拍攝區(qū)域的云臺(tái)坐標(biāo)abcd四等分；6、確定待跟蹤拍攝物體所處的上述云臺(tái)坐標(biāo)四等分的區(qū)域；7、對(duì)待跟蹤拍攝物體所處的上述等分區(qū)域按照步驟5的方法迭代四等分；8、以最后所得四邊形的中心的坐標(biāo)值約等于待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值；9、誤差小于設(shè)定值時(shí)自動(dòng)跟蹤拍攝主機(jī)根據(jù)計(jì)算得到的待拍攝物體的云臺(tái)坐標(biāo)值驅(qū)動(dòng)云臺(tái)攝像機(jī)進(jìn)行拍攝。
文檔編號(hào)H04N5/232GK102629986SQ20121010221
公開(kāi)日2012年8月8日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
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