本發(fā)明涉及攝像領(lǐng)域，尤其涉及一種三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

現(xiàn)在，視頻拍攝的需求越來越廣泛，比如：各種影視娛樂節(jié)目、演唱會、體育賽事、會議等都需要進(jìn)行視頻拍攝，而且對視頻拍攝的要求也越來越高，往往需要進(jìn)行跟隨目標(biāo)物進(jìn)行拍攝，目前，通常是安排攝影師人工去做跟隨拍攝，但對于一些特殊場合的跟隨拍攝，例如，速度極快的體育運動拍攝等，往往需要投入大量的設(shè)備和人員去做跟隨拍攝，拍攝現(xiàn)場工作強(qiáng)度大，人力成本高，而且，輸出畫面的可控性也得不到較好的保證。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對現(xiàn)有技術(shù)的上述跟隨拍攝需要花費大量人力物力的缺陷，提供一種三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)及方法，能節(jié)省人力物力，且能保證輸出畫面的可控性。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：構(gòu)造一種三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)，包括飛行器及設(shè)置在飛行器上的主攝像頭，所述三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)還包括設(shè)置在所述飛行器上的控制模塊、測距模塊、 輔助攝像頭及設(shè)置在所述輔助攝像頭前面的窄帶濾光片，而且，所述測距模塊、所述輔助攝像頭和所述主攝像頭緊鄰設(shè)置且三者的中心軸線平行，其中，

所述輔助攝像頭，用于捕獲拍攝區(qū)域的圖像，其中，拍攝區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物上的參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光；

所述測距模塊，用于實時測量到所述目標(biāo)物的距離；

所述控制模塊，用于對所述輔助攝像頭所捕獲的圖像及所述測距模塊所測量的距離值進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的圖像確定所述目標(biāo)物相對飛行器的二維位置，再根據(jù)處理后的距離值確定所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，并根據(jù)當(dāng)前時刻的前一段時間內(nèi)所確定的三維位置預(yù)測下一時刻所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，控制所述飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置與所預(yù)測的三維位置符合預(yù)設(shè)規(guī)則，且使得在處理后的圖像中所述參考點的映像落入特定位置的鎖定窗口內(nèi)。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)中，所述三維自動定位和跟隨系統(tǒng)還包括：

設(shè)置在目標(biāo)物的參考點上的窄帶光源；或者，

設(shè)置在目標(biāo)物的參考點上的反光片，且所述參考點位于窄帶光源的照射范圍內(nèi)。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)中，所述參考點發(fā)射或反射特定閃光序列的光，其中，所述閃光序列是使用標(biāo)識信息對窄帶光源的光波進(jìn)行光調(diào)制所獲得的；而且，

所述控制模塊，還用于檢測參考點所發(fā)射或反射的閃光序列，并對其進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述標(biāo)識信息，并在判斷所獲取的標(biāo)識信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)識信息一致時，開始對所述輔助攝像頭所捕獲的圖像進(jìn)行處理。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)中，所述控制模塊，還用于在對所述輔助攝像頭所捕獲的圖像進(jìn)行處理后，根據(jù)亮度值確定所述參考點的映像在所述處理后的圖像中的位置。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)中，所述測距模塊為下列中的至少一種：激光測距模塊、超聲測距模塊或微波測距模塊。

本發(fā)明還構(gòu)造一種三維自動定位和跟隨的拍攝方法，包括：

s1.帶有窄帶濾光片的輔助攝像頭捕獲拍攝區(qū)域的圖像，測距模塊測量到目標(biāo)物的距離；其中，輔助攝像頭、測距模塊與主攝像頭緊鄰設(shè)置且三者的中心軸線平行，而且，拍攝區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物上的參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光；

s2.對輔助攝像頭所捕獲的圖像及測距模塊所測量的距離值進(jìn)行處理；

s3.根據(jù)所述步驟s2中處理后的圖像確定所述目標(biāo)物相對飛行器的二維位置，再根據(jù)處理后的距離值確定所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置；

s4.根據(jù)當(dāng)前時刻的前一段時間內(nèi)所確定的三維位置預(yù)測下一時刻所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，并控制所述飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置與所預(yù)測的三維位置符合預(yù)設(shè)規(guī)則，且使得在所述步驟s2處理后的圖像中所述參考點的映像落入特定位置的鎖定窗口內(nèi)。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝方法中，在所述步驟s2和所述步驟s3之間還包括：

s5.根據(jù)亮度值確定所述參考點的映像在所述步驟s2處理后的圖像中的位置。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝方法中，所述參考點發(fā)射或反射特定閃光序列的光，其中，所述閃光序列是使用標(biāo)識信息對窄帶光源的光波進(jìn)行光調(diào)制所獲得的；而且，

所述步驟s1和所述步驟s2之間還包括：

s6.檢測參考點所發(fā)射或反射的閃光序列，并對其進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述標(biāo)識信息，并判斷所獲取的標(biāo)識信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)識信息是否一致，若是，則執(zhí)行步驟s2；若否，則重新執(zhí)行步驟s1。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝方法中，還包括：

s7.將鎖定窗口與所述步驟s2處理后的圖像進(jìn)行疊加；

s8.顯示所述步驟s7疊加后的圖像。

在本發(fā)明所述的三維自動定位和跟隨的拍攝方法中，所述步驟s8還包括：

顯示所測量的距離值。

實施本發(fā)明的技術(shù)方案，由于輔助攝像頭前設(shè)置有窄帶濾光片，輔助攝像頭在進(jìn)行拍攝時，僅參考點上預(yù)設(shè)波長頻帶的光可通過，因此圖像中僅能拍攝出參考點的映像。同時，測距模塊測量到目標(biāo)物的距離。接著，對該圖像和該距離值進(jìn)行處理。然后，根據(jù)處理后的圖像和距離值可確定出目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，而且可預(yù)測出下一時刻目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，并控制飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置與所預(yù)測的三維位置符合預(yù)設(shè)規(guī)則，且使得在處理后的圖像中參考點的映像落入特定位置的鎖定窗口內(nèi)。所以，當(dāng)目標(biāo)物在三維空間內(nèi)移動時，能通過控制飛行器移動保證飛行器始終在三維空間內(nèi)跟隨目標(biāo)物，從而使得飛行器上的主攝像頭對目標(biāo)物進(jìn)行自動跟隨拍攝。例如，用戶在滑雪或自拍時，使用本發(fā)明的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)進(jìn)行跟隨拍攝，在節(jié)省人力物力的同時，可保證輸出畫面的可控性，而且，通過對預(yù)設(shè)規(guī)進(jìn)行設(shè)置可提高用戶體驗。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，附圖中：

圖1是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)實施例一的邏輯圖；

圖2是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)實施例二的邏輯圖；

圖3a是在自動定位和跟隨前后目標(biāo)物與飛行器的位置示意圖；

圖3b是在自動定位和跟隨前輔助攝像頭所捕獲的圖像實施例一的示意圖；

圖3c為在自動定位和跟隨后輔助攝像頭所捕獲的圖像實施例一的示意圖；

圖4是本發(fā)明輔助攝像頭所捕獲的圖像實施例一的示意圖；

圖5是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)實施例三的邏輯圖；

圖6是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝方法實施例一的流程圖。

具體實施方式

圖1是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)實施例一的邏輯圖，該實施例的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)包括飛行器(未示出)、設(shè)置在飛行器上的控制模塊11、主攝像頭12、測距模塊15、輔助攝像頭13及設(shè)置在該輔助攝像頭13前面的窄帶濾光片14，而且，輔助攝像頭13、測距模塊15和主攝像頭12緊鄰設(shè)置且三者的中心軸線平行，這樣可保證輔助攝像頭13和主攝像頭12的拍攝范圍近乎一致。

在該實施例中，輔助攝像頭13用于捕獲拍攝區(qū)域的圖像，其中，拍攝區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物上的參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光，目標(biāo)物例如為人、動物、汽車等。

在該實施例中，測距模塊15用于實時測量到所述目標(biāo)物的距離，該測距模塊15例如為激光測距模塊、超聲測距模塊或微波測距模塊。

在該實施例中，控制模塊11用于對輔助攝像頭13所捕獲的圖像及測距模塊15所測量的距離值進(jìn)行處理，根據(jù)處理后的圖像確定目標(biāo)物相對飛行器的二維位置，再根據(jù)處理后的距離值確定所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，并根據(jù)當(dāng)前時刻的前一段時間內(nèi)所確定的三維位置預(yù)測下一時刻目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，例如可根據(jù)最小二乘法或馬爾科夫預(yù)測法進(jìn)行位置預(yù)測。然后，控制飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置與所預(yù)測的三維位置符合預(yù)設(shè)規(guī)則，且使得在處理后的圖像中所述參考點的映像落入特定位置的鎖定窗口內(nèi)。在此需說明的是，飛行器上裝設(shè)有重力傳感器、陀螺儀及加速度傳感器，因此可獲取飛行器自身的位置和姿態(tài)信息。

進(jìn)一步地，控制模塊11若發(fā)現(xiàn)目標(biāo)物當(dāng)前時刻相對飛行器的三維位置與所預(yù)測的三維位置不一致，則控制飛行器進(jìn)行移動使飛行器重新退回到前一時刻的位置處，重新進(jìn)行自動跟隨。

關(guān)于參考點上預(yù)設(shè)波長頻帶的光，其可為波長大于760nm的光(例如紅外光)，也可為波長小于380nm的光(例如紫外光)。

而且，在一些實施例中，參考點的光由窄帶光源直接發(fā)出，例如，在參考點上設(shè)置紅外發(fā)射管或紫外發(fā)射管，還可在參考點上設(shè)置相應(yīng)的熒光劑。在另一些實施例中，參考點的光還可由反光片反射，具體為：在參考點上設(shè)置反光片，在其它地方設(shè)置窄帶光源，且該反光片位于窄帶光源的照射范圍內(nèi)。例如，在如圖2所示的實施例中，飛行器上設(shè)置有窄帶光源16，目標(biāo)物的參考點上設(shè)置有反光片(未示出)，該反光片位于窄帶光源的照射范圍內(nèi)。

另外，目標(biāo)物的參考點上不管是發(fā)射還是反射預(yù)設(shè)波長頻帶的光，優(yōu)選 地，該發(fā)射或反射的光可以是特定閃光序列的光，其中，該閃光序列是使用標(biāo)識信息對窄帶光源的光波進(jìn)行光調(diào)制所獲得的。而且，在輔助攝像頭13對該閃光序列進(jìn)行捕獲后，控制模塊11還用于檢測參考點所發(fā)射或反射的閃光序列，并對其進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述標(biāo)識信息，并在判斷所獲取的標(biāo)識信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)識信息一致時，才開始對輔助攝像頭所捕獲的圖像進(jìn)行處理。若不一致，則說明是干擾光線，這樣可避免目標(biāo)物上其它光線對自動定位和跟隨的干擾。

下面結(jié)合圖3a、3b、3c所示的例子說明三維自動定位和跟隨的原理：在自動跟蹤前，由于輔助攝像頭13前設(shè)置有窄帶濾光片，輔助攝像頭13在進(jìn)行拍攝時，僅目標(biāo)物的參考點上預(yù)設(shè)波長頻帶的光能通過，因此圖像中僅能拍攝出參考點的映像1，然后對該圖像進(jìn)行處理。同時，測距模塊15測量到目標(biāo)物的距離，然后對所測量的距離值進(jìn)行處理。根據(jù)處理后的圖像可確定出當(dāng)前時刻目標(biāo)物相對飛行器的二維位置，再根據(jù)處理后的距離值確定目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，如圖3a所示，飛行器的當(dāng)前位置在o點處，以飛行器的當(dāng)前位置o為坐標(biāo)原點建立的三維坐標(biāo)系，目標(biāo)物相對飛行器的三維位置在m點處。隨著目標(biāo)物的移動，根據(jù)當(dāng)前時刻的前一段時間內(nèi)所確定的目標(biāo)物的三維位置可預(yù)測出下一時刻目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，例如，預(yù)測出下一時刻目標(biāo)物相對飛行器的三維位置移動至m′點處，此時，控制飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置(飛行器移動至o′點處)與所預(yù)測的三維位置(m′點處)符合預(yù)設(shè)規(guī)則，預(yù)設(shè)規(guī)則例如為飛行器的位置與目標(biāo)物的位置的三維坐標(biāo)差為一固定值。當(dāng)然，在其它實施例中，也可預(yù)先設(shè)置該規(guī)則為：飛行器的位置與目標(biāo)物的位置的三維坐標(biāo)差為一按特定規(guī)律變化的值。

而且，控制飛行器移動后使得在處理后的圖像中參考點的映像1落入特定位置的鎖定窗口2內(nèi)。結(jié)合圖3b、3c，鎖定窗口2的預(yù)先設(shè)置的位置為：鎖定窗口2的中心位于圖像中的中心，且鎖定窗口2為長方形。在自動定位和跟隨前，如圖3b所示，參考點的映像1位于鎖定窗口2的左上方，此時，控制飛行器向左向上移動，直至參考點的映像1落入鎖定窗口2內(nèi)，如圖3c所示。在此需說明的是，以上只是本發(fā)明的一個實施例，在其它實施例中，鎖定窗口2的位置可預(yù)先設(shè)置在圖像的其它地方，用戶可通過用戶界面進(jìn)行鎖定窗口位置的設(shè)置，而且，鎖定窗口2的形狀還可為圓形、橢圓形、六邊形等。

在一些情況下，由于目標(biāo)物上可能存在一個或多個參考點的反光點，在輔助攝像頭所拍攝的圖像中，除了有參考點的映像，還可能有反光點的映像，如圖4所示，1為參考點的映像，1′、1″分別為參考點反光點的映像，而反光點的映像1′、1″的亮度沒有參考點映像1的亮度大，為了達(dá)到準(zhǔn)確跟隨的目的，控制模塊首先需要先根據(jù)亮度值確定參考點的映像在圖像中的位置，例如在圖4中，確定1為參考點的映像，然后再根據(jù)參考點的位置與鎖定窗口的位置的關(guān)系調(diào)整飛行器的移動。

圖5是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)實施例三的邏輯圖，該實施例的三維自動定位和跟隨的拍攝系統(tǒng)相比圖1所示的實施例，還包括輔助顯示模塊18和主顯示模塊17，該輔助顯示模塊18和主顯示模塊17設(shè)置在遠(yuǎn)端的監(jiān)控裝置上，且通過無線方式與控制模塊11進(jìn)行連接。

控制模塊11用于將鎖定窗口與輔助攝像頭所拍攝的處理后的圖像進(jìn)行疊加。輔助顯示模塊18用于顯示疊加后的圖像，還可進(jìn)一步顯示所測量的距離值，這樣可方便用戶或測試人員對自動定位和跟隨過程進(jìn)行實時查看。

控制模塊11用于將輔助攝像頭所拍攝的處理后的圖像與主攝像頭所拍攝的處理后的圖像進(jìn)行疊加。主顯示模塊17用于顯示疊加后的圖像。這樣，用戶可在一個顯示屏中同時看到目標(biāo)物及參考點的映像，而且，進(jìn)一步地，當(dāng)發(fā)現(xiàn)圖像中所確定的參考點與實際情況不符時，用戶可通過重新選取參考點來進(jìn)行糾正，系統(tǒng)重新進(jìn)行自動定位和跟隨。當(dāng)然，在其它一些實施例中，控制模塊11還可將鎖定窗口與主攝像頭所拍攝的圖像與輔助攝像頭所拍攝的圖像一并進(jìn)行疊加。

圖6是本發(fā)明三維自動定位和跟隨的拍攝方法實施例一的流程圖，該三維自動定位和跟隨的拍攝拍攝方法包括：

s1.帶有窄帶濾光片的輔助攝像頭捕獲拍攝區(qū)域的圖像，測距模塊測量到目標(biāo)物的距離；其中，輔助攝像頭、測距模塊與主攝像頭緊鄰設(shè)置且三者的中心軸線平行，而且，拍攝區(qū)域內(nèi)目標(biāo)物上的參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光，其中，參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光由設(shè)置在目標(biāo)物的參考點上的窄帶光源所發(fā)出；或者，參考點具有預(yù)設(shè)波長頻帶的光由設(shè)置在目標(biāo)物的參考點上的反光片所反射；

s2.對輔助攝像頭所捕獲的圖像及測距模塊所測量的距離值進(jìn)行處理；

s3.根據(jù)所述步驟s2中處理后的圖像確定所述目標(biāo)物相對飛行器的二維位置，再根據(jù)處理后的距離值確定所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置；

s4.根據(jù)當(dāng)前時刻的前一段時間內(nèi)所確定的三維位置預(yù)測下一時刻所述目標(biāo)物相對飛行器的三維位置，并控制所述飛行器進(jìn)行相應(yīng)移動使得飛行器的當(dāng)前位置與所預(yù)測的三維位置符合預(yù)設(shè)規(guī)則，且使得在所述步驟s2處理后的圖像中所述參考點的映像落入特定位置的鎖定窗口內(nèi)。

優(yōu)選地，在步驟s2和步驟s3之間還包括：

s5.根據(jù)亮度值確定所述參考點的映像在所述步驟s2處理后的圖像中的位置。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，參考點發(fā)射或反射特定閃光序列的光，其中，所述閃光序列是使用標(biāo)識信息對窄帶光源的光波進(jìn)行光調(diào)制所獲得的；而且，

步驟s1和步驟s2之間還包括：

s6.檢測參考點所發(fā)射或反射的閃光序列，并對其進(jìn)行解調(diào)，以獲取所述標(biāo)識信息，并判斷所獲取的標(biāo)識信息與預(yù)設(shè)的標(biāo)識信息是否一致，若是，則執(zhí)行步驟s2；若否，則重新執(zhí)行步驟s1。

本發(fā)明的三維自動定位和跟隨的拍攝方法還可包括：

s7.將鎖定窗口與步驟s2處理后的圖像進(jìn)行疊加；

s8.顯示步驟s7疊加后的圖像，進(jìn)一步地，還可顯示所測量的距離值。

在上述實施例的基礎(chǔ)上，本發(fā)明的三維自動定位和跟隨的拍攝方法還可包括：

s9.主攝像頭捕獲拍攝區(qū)域的圖像；

s10.對主攝像頭所捕獲的圖像進(jìn)行處理；

s11.將步驟s10處理后的圖像與步驟s2處理后的圖像進(jìn)行疊加；

s12.顯示步驟s11所疊加后圖像。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。