[发明专利]一种全自动伺服跟踪拍摄方法

说明书

本发明公开了一种全自动伺服跟踪拍摄方法，根据运动目标在图像中的位置，对基础轨迹数据进行微调，实现了对运动目标的全自动的跟踪拍摄，方便运动员和教练员快捷且直观地回顾运动员的运动情况，扩宽了单一机位的视频采集范围，避免了专业技术人员在恶劣环境中执行跟踪拍摄任务，可应用于运动员训练、赛事转播和恶劣环境监测等场合。本发明通过使用目标检测与目标跟踪前后帧候选框双向比对策略，在长时间的跟踪中，有效解决目标位置的累计误差而导致伺服跟踪平台出现跟踪偏差甚至是出现振荡的问题，同时避免运动员处于位置不可预测的高速运动状态时，某一帧的较大范围差错就会导致高精度伺服跟踪平台“丢失”目标的问题。

技术领域

本发明属于计算机视觉与计算机控制领域，具体涉及视觉伺服跟踪拍摄技术、高精度伺服控制等技术领域，是一种基于视觉伺服控制的全自动伺服跟踪拍摄方法。

背景技术

运动目标的全自动跟踪拍摄技术是实现运动分析智能化的关键性技术，可以为运动员、教练员和教研员提供丰富的数据支持。在一些体育项目的训练过程中，运动员处于高速运动状态，无法有效观看到自己的肢体动作是否符合技术要求，也无法对前阶段的训练情况进行回顾对比分析。教练员作为运动场外人员，可视范围有限，无法捕捉运动目标全赛道的运动情况，而在与运动员进行运动情况分析过程中，缺乏直观的视频数据。因此，实现运动目标的全自动跟踪拍摄对帮助运动员训练和赛事直播具有重大意义。然而，传统的运动目标跟踪拍摄设备需要在运动场地架设多台视频采集装置并由专业技术人员手动控制相机的运动，需要耗费大量的人力和物力，且不便于跳台滑雪和高山滑雪等恶劣环境下的运动拍摄，而单纯使用跟踪算法的跟踪拍摄方式不具备良好的鲁棒性，且存在跟踪精度和实时性较差的问题。

发明内容

针对目前跟踪拍摄技术遇到的鲁棒性、跟踪精度和实时性较差的问题，本发明提出了一种全自动伺服跟踪拍摄装置和方法。本发明适用于跳台滑雪、高山滑雪和速度滑冰等运动场地固定的体育项目，不局限于特定场景。本发明实现了运动目标的全自动跟踪拍摄与视频数据推送，为运动员回顾自己的运动情况提供了直观的视频数据，为教练员和教研员进行运动分析提供了基础数据支持。

本发明是一种全自动伺服跟踪拍摄方法，包括如下步骤：

第一步，设计一台高精度二维转台，与运动控制器，电机驱动器，上位机共同组成高精度伺服控制系统，并将高清相机固定于转台支架上。

第二步，针对采集到的视频选取除运动执行启动之后第一帧之外的视频帧为当前帧F₁，当前帧F₁的前一帧为F₀，将F₀和F₁转为灰度图并利用高斯滤波的方法进行预处理；以区间[a₁:a₂,b₁:b₂](高度为a，宽度为b)分别截取任意位置的矩形感兴趣区域I₀和I₁，计算I₀和I₁范围内各个像素点差值的方差V_p，当V_p大于阈值T时，运动执行模块视频采集模块开始启动。

第三步，在进入自动运动员检测与跟踪状态之前，运动执行机构会自动归位至初始位置，该初始位置设置为运动员的起始位置。当运动员位于起始位置时，系统会调用检测器对前两帧图像进行运动员检测，存储目标运动员在图像坐标系中的位置，并使用检测边界框初始化主跟踪器1，主跟踪器1输出的跟踪置信度与跟踪预测边界框。