自動跟蹤運動目標的方法和裝置的製作方法

2023-05-23 20:20:56

專利名稱：自動跟蹤運動目標的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種自動跟蹤運動目標的方法，以便通過對於攝象機的控制使得目標總是定位在攝象機鏡頭中心的前方，還涉及本方法相應的裝置。
在通常的電視會議系統、可視電話和監視系統中，攝象機用於拍攝一個目標並將拍攝的視頻信號發送或存儲在單獨的記錄介質中。在顯示上述的系統開始時，攝象機就已被固定到每一個系統的主體。所以，在由於目標移動而不是處在攝象機的前面的情況下，使用者就要手動地調節系統本身或攝象機本身的位置，為的是使攝象機正對該目標，以便使得目標定位在攝象機鏡頭的前面。
但是，當在電視會議系統或可視電話系統中若使用者在談話期間移動時，上述的方法使得使用者要顧及該攝象機，並不得不在觀察監視器的同時直接地調節攝象機，這種系統的使用是不方便的。
為了解決上述的問題，傳統的裝置包括了用於在水平和垂直方向上旋動攝象機的一個攝象機驅動裝置和一個用於檢測目標移動的運動檢測器，其中的攝象機自動地在一個方向上旋動到對應於被測的移動量。該攝象機驅動裝置包括用於在水平和垂直方向上旋動該攝象機的兩個馬達。該運動檢測器採用公知的數據塊匹配算法(BMA)從顯象管獲得的順序單元圖形中檢測目標的運動矢量。該裝置產生對應於被測的目標運動矢量的大小和方向的馬達驅動信號，並控制該攝象機，以便使得該目標定位在攝象機鏡頭的前方。所以，根據目標的移動來自動地調節攝象機的方法解決了使用上的不方便。
但是，在上述的自動方法中，當著目標是在攝象機能夠旋動的水平和垂直方向之外時，攝象機不能夠跟蹤該目標。
為了解決上述的問題，本發明的一個目的是提供一種把一個攝象機的目標搜尋範圍擴展到一個變焦極限的方法當攝象機是在一攝象機的旋動範圍內時執行傳統的自動攝象機控制方法，而當攝象機是在攝象機旋動範圍之外時執行一個變焦操作。
本發明的另一個目的是提供採用上述的方法的一個裝置。
為了實現本發明的上述的目的，提供了一種藉助控制攝象機的移動目標的自動跟蹤方法，該自動目標跟蹤方法包括下列的步驟(a)把順序單元圖像相互比較，檢測一個目標的運動矢量，產生對應於該被測運動矢量的攝象機控制信號並控制該攝象機跟蹤該運動目標；和(b)在當核查到該攝象機到達該攝象機的旋動範圍的極限時，在擴展攝象機的一個目標搜尋區域的方向上執行一個變焦操作，直到該目標被定位在一個預定的有效範圍內為止。
為了實現本發明的另一個目的，還提供一種用於自動地跟蹤運動目標的裝置，該自動跟蹤裝置包括一個攝象機，包括一個變焦距鏡頭和一個自動聚焦鏡頭，用於把經過這些鏡頭輸入的目標圖像轉換成電信號；其上安裝有攝象機的包括一個攝象機驅動器的攝象機支撐單元，用於繞一個軸和垂直於這一個軸的軸旋動該攝象機，以及一個旋動極限檢測器，用於檢測該攝象機是否到達每一個方向的旋轉範圍的極限，並輸出旋轉範圍的每一個極限的檢測信號；一個第一控制器，用於把從攝象機輸出的當前單元圖像與前一個單元圖像相比較，檢測目標的運動矢量，並控制該攝象機驅動裝置，以便使得該攝象機移動到對應於檢測信號的方向和大小；和一個第二控制器，無論何時有通知該攝象機到達其旋動範圍的極限的檢測信號被加入，該第二控制器用於在擴展攝象機目標搜尋範圍的方向上調節變焦距鏡頭，從而使得攝象機跟蹤該運動目標，並使用在攝象機中接收的圖像的亮度成分調節一個自動聚焦鏡頭。
將參照下列的附圖描述最佳實施例

圖1是根據本發明最佳實施例的用於自動跟蹤運動目標的一個自動跟蹤攝象機裝置框圖；圖2A是圖1的自動跟蹤攝象機裝置的側視圖；圖2B是在圖2A中沿著直線2B-2B得到的該自動跟蹤攝象機裝置的截面圖；圖3A,3B和3C是說明圖1示出的裝置的操作流程圖；圖4是說明一個過程的概念圖，說明用於在圖像平面π上從運動目標的位置成分獲得攝象機的位移的過程；圖5示出在屏幕上搜尋到的目標的一個位置，此時攝象機逐步地在擴展攝象機搜尋範圍的方向上執行一個變焦距操作；圖6示出在本發明的最佳實施例中的一個有效範圍的設置。
參考圖1-6詳細描述本發明的最佳實施例。
圖1示出了根據本發明的最佳實施例的用於自動跟蹤運動目標的自動跟蹤攝象機裝置的結構示意圖。該裝置包括用於捕獲目標的圖像並將其轉換成電信號的攝象機1。該攝象機1包括一個鏡頭單元，具有一個變焦距鏡頭(沒示出)和一個自動聚焦(AF)鏡頭(沒示出)，以及一個用於把經過這些鏡頭輸入的光的圖像信號轉換成一個電信號的電荷耦合器件(CCD)。其上安裝有該攝象機1的攝象機支撐器2，包括用於在水平方向轉動攝象機1的轉盤(pan)馬達3和在垂直方向轉動攝象機1的仰俯馬達4。
接到轉盤馬達3和仰俯馬達4的平轉/仰俯控制器5對應目標的移動控制轉盤馬達3和仰俯馬達4的驅動。為此目的，該平轉/仰俯控制器5首先獲得目標的運動矢量並利用該獲得的運動矢量計算由攝象機1在水平和垂直方向上將要轉動的角度。隨後，平轉/仰俯控制器5產生對應於該攝象機1將要移動的方向和程度的馬達驅動脈衝信號並將該產生的馬達脈衝驅動信號輸出到轉盤馬達3和仰俯馬達4。結果是，轉盤馬達3在水平方向旋動該攝象機1，就是說在相對於攝象機1的鏡頭的前方的左和右方向上旋動攝象機1。同時，仰俯馬達4在垂直方向旋動該攝象機，就是說在相對於攝象機1的鏡頭的前方的高和低方向上旋動攝象機1。
同時，圖1裝置中的一個變焦距/聚焦控制器6根據在圖2A和2B中示出並安裝在攝象機支撐器2中的末端位置傳感器13、14、18和19輸出的信號而調節攝象機1的變焦鏡頭來執行象移向或移離操作的變焦操作。在此，末端位置傳感器13、14、18和19檢測旋轉範圍的極限，在該範圍之間，攝象機1能夠在左或右(水平)方向或高或低(垂直)方向轉動。如果變焦操作完成，則該變焦距/聚焦控制器6利用輸入到攝象機1的圖像的亮度成分調節攝象機1的AF鏡頭，以便自動地聚焦在一個焦點上。
而且，圖1的裝置中還包括一個接到平轉/仰俯控制器5和變焦距/聚焦控制器6的系統控制器7。該系統控制器7初始化圖1的裝置並總體上控制著各個功能塊的操作的順序。
參考示出了圖1裝置的機械結構的圖2A和2B，攝象機1包括一鏡頭單元8能夠繞任意軸轉動同時繞垂直於該任意軸的另一個軸轉動。攝象機支撐器2實現攝象機1的旋轉移動。攝象機支撐器2包括一個安裝基座9和安裝在安裝基座9上的一個轉盤移動支架11，並通過一個轉盤轉軸10和圖1中示出的轉盤馬達3相連接。其中，該轉盤移動支架11根據轉盤馬達3的旋動在一個角度「A」的範圍內水平旋動攝象機1。而且，一個仰俯移動支架15經過仰俯轉軸16接到仰俯馬達4並安裝在轉盤移動支架11的上部。其中該仰俯移動支架15在垂直於轉盤移動支架11的旋轉方向的方向上在角度「B」的範圍內旋動攝象機1。
而且，圖2的攝象機支撐器2包括孔12和17，以及用於檢測攝象機1在左或右(水平)方向或高或低(垂直)方向旋轉的範圍的末端位置傳感器13、14、18和19。
首先，孔12是提供在轉盤移動支架11中用於結合兩對位置傳感器13和14檢測攝象機1在水平方向上的旋轉極限。其中的孔12隨著轉盤移動支架11的轉動而轉動。而且，每一個位置傳感器都包括一個放置在轉盤移動支架11的內側用於產生光線的發光部分「a」，和放置在轉盤移動支架11的外側的一個光的接收部分「b」，用於感應在發光部分a中產生的光線。這些位置傳感器對應於角度A的左端和右端而被固定到基座上。所以當孔12對應於轉盤移動支架11的旋動而到達角度A的左端或右端時，該位置傳感器13和14及孔12形成一條直線。與此同時，出自發光部分「a」的光線經過孔12而在光的接收部分「b」中傳感。其中光的接收部分「b」輸出一個檢測信號通知該攝象機1到達旋轉的極限位置。利用這一原理，在圖2B中示出的一個轉盤左端(PLE)傳感器13檢測攝象機1的左旋轉極限，而一個轉盤右端(PRE)傳感器14檢測攝象機1的右旋轉極限。
而且，提供在仰俯移動支架15中的孔17結合兩對位置傳感器18和19檢測攝象機1在垂直方向上的旋轉極限。其中，兩對位置傳感器18和19具有與上述的傳感器13和14相同的結構和功能。這兩個傳感器是用於檢測高旋轉極限的仰俯上端(TUE)傳感器18和用於檢測低旋轉極限的仰俯下端(TLE)傳感器19，被分別固定到對應於角度B的高旋轉極限和低旋轉極限的位置。使用兩對位置傳感器18和19及孔17的對於攝象機1的垂直旋轉極限的檢測方法和用於檢測攝象機1的水平旋轉極限的方法相同。
圖3A,3B和3C是用於解釋圖1中示出的裝置的操作的流程圖。在涉及圖3A,3B和3C的整個操作流程中，步驟310到360是採用了本發明的主程序流程圖，而步驟370到376對應於步驟360的子程序。上述的第一個步驟初始化用於自動跟蹤目標的一個裝置，檢測目標的運動矢量，並使得攝象機1在對應於所檢測的運動矢量的方向上移動相應的量，以便跟蹤目標。上述的第二個步驟調節聚焦鏡頭，以便無論何時該目標移出在第一步驟中自動地跟蹤運動目標的攝象機1的旋轉極限之外時，使得目標的搜尋範圍擴展到預定的有效範圍，從而跟蹤該目標。
參考圖3A，系統控制器7把初始化命令加到平轉/仰俯控制器5和變焦距/聚焦控制器6，以便對用於自動跟蹤運動目標的裝置進行初始化。從系統控制器7接收初始化命令的平轉/仰俯控制器5調節轉盤移動支架11和仰俯移動支架15的水平角度和垂直角度以便把攝象機1在水平和垂直方向旋動到零位置，並控制攝象機1的鏡頭單元8正對前方中心(步驟310)的方向。從系統控制器7接收初始化命令的變焦距/聚焦控制器6對變焦距鏡頭和AF鏡頭初始化，使得攝象機1具有最小的聚焦距離(步驟320)。
如果初始化的步驟結束，則系統控制器7控制攝象機1以檢測目標的初始圖像幀(步驟330)，並隨後檢測目標的順序圖像幀(340)。如果檢測到目標的兩個順序的圖像幀，該平轉/仰俯控制器5就在系統控制器7的控制下得到一個對應於這兩個順序圖像幀之間的差的運動矢量。在此的運動矢量能夠由單獨的視頻信號處理器(沒示出)而不是平轉/仰俯控制器5得到。
在可視電話和電視會議系統中處理的一般的圖像信號含有許多具有靜態畫面的背景圖像。在圖像中的目標的移動相當小。如上所述，此情況中的目標圖像的移動是相當小的，所以兩個順序單元圖像之間的關係具有相對大的相關性。一種公知的數據塊匹配算法(BMA)被在特定的單元圖像信號中用作獲得目標的運動矢量的方法。該BMA把顯示單元屏幕的圖像信號劃分成預定單元的幅度數據塊，並從該顯示單元屏幕的在先輸入圖像信號找出和將要被編碼的當前數據塊最為相似的一個數據塊。該BMA在授予三星電子公司的發明人是Chio的美國專利US 5173772中詳細公開，本發明使用這種BMA計算目標的運動矢量。
同時，如果目標的運動矢量被計算，則平轉/仰俯控制器5將分析計算的運動矢量並判斷該目標是否移動(步驟350)。在該目標移動判斷步驟中，如果計算的運動矢量具有一個預定的或更大的幅值，則平轉/仰俯控制器5斷定該目標在移動，而如果計算的運動矢量具有的幅值小於預定的值，則平轉/仰俯控制器5斷定該目標沒有移動。在判斷的結果中，如果判斷是目標沒有移動，則程序返回到步驟340，並且重複執行步驟340-350，直到檢測到目標的移動為止。
在步驟350的判斷結果中，如果判斷目標移動，則平轉/仰俯控制器5產生對應於該運動矢量的馬達驅動信號並控制攝象機1跟蹤移動目標(步驟360)。該平轉/仰俯控制器5利用運動矢量計算攝象機1將要移動的距離，以便將攝象機1移動到目標已經移動的距離。其中，攝象機1所移動的距離應該正比於運動矢量。隨後，平轉/仰俯控制器5產生對應於攝象機1計算的移動距離的馬達驅動信號，並將該馬達驅動信號輸出到轉盤馬達3和仰俯馬達4。其中的平轉/仰俯控制器5能夠提供特定的旋動方向控制信號，以便控制對應於目標的運動矢量的每一個馬達的旋動方向，或者是能夠利用該馬達驅動信號控制每一個馬達的旋動方向。都接收該馬達驅動信號的轉盤馬達3和仰俯馬達4在該方向上根據所提供的控制信號旋動到對應於目標的運動矢量的方向和大小。隨後，按照每一個馬達的轉動而旋動的轉盤移動支架11和仰俯移動支架15在水平和垂直方向上旋動攝象機1，以便校正由於目標的移動產生的位移。因此有可能使得攝象機1跟蹤移動目標。
圖4是一個概念示意圖，說明從在圖像平面π上移動的目標的位置成分得到攝象機1的位移的一個過程。首先，在圖像幀上的目標的移動在圖4中能夠被表示成在圖像平面π上的X方向上的和Y方向上的移動。所以，在圖像平面π上的目標位置是t，目標的距離成分用(Xt,Yt)表示，並被轉換成角度成分(φt,θt)。這一轉換是通過下面的公式實現的(見Chen和Chang在1992年出版的「模式識別」第25卷的1171-1180頁的文章利用自適應預測器的視頻跟蹤系統)
其中的f是攝象機的焦點距離(φo,θo)表示攝象機的初始光軸的(φ,θ)成分。
同時，利用計算的(φt,θt)，從下式計算出位移(Δφ,Δθ)
其中的f可以由攝象機鏡頭的目標的圖形的聚焦過程得到。對應該位移，平轉/仰俯控制器5產生水平的和垂直的馬達驅動信號，並轉動攝象機1，以便控制該攝象機1去跟蹤目標。
當著攝象機1在步驟360中跟蹤目標的移動時，變焦距/聚焦控制器6檢查極限位置傳感器的狀態，例如PLE傳感器13、PRE傳感器14、TUE傳感器18和TLE傳感器19(步驟370)。當著攝象機1在步驟360中跟蹤目標時，變焦距/聚焦控制器6檢測該目標是否在水平和垂直方向的旋轉角度的極限之外。
同時，參考圖3B，變焦距/聚焦控制器6核查安裝在轉盤移動支架11的左側旋轉極限位置的PLE傳感器13是否在操作(步驟371)。在此，如果跟蹤目標的攝象機1到達了該左側旋轉極限位置，則在轉盤移動支架11上的孔12和該PLE傳感器13就構成一條直線，使得傳感器的輸出值為「1」。在步驟371的檢測結果中，如果傳感器的輸出值是「1」，則平轉/仰俯控制器5將不能夠進一步跟蹤目標的移動。在此情況中，變焦距/聚焦控制器6控制提供在攝象機1中的變焦鏡頭在更寬的方向上進一步變焦距，從而擴展該攝象機的目標搜尋區域(步驟371a)。如果該變焦鏡頭在更寬的方向上調節，則目標的幅度減小且攝象機的目標搜尋範圍被擴展。在此，攝象機的目標搜尋範圍能夠被擴展到變焦鏡頭的更寬的方向中的一個調節極限。
同時，如果步驟371a完成，變焦距/聚焦控制器6將判斷這一過程是否到達最後進行的變焦步驟(步驟371b)。最後的進行變焦步驟意味著基於變焦透鏡特性的變焦極限。其中在該攝象機擴展或縮小目標的搜尋區域的方向上沒有能夠進一步被執行變焦的操作。在這樣的判斷結果中，如果判斷的結果是雖然目標不包括在有效區域(下面將要描述)中但是已經沒有進一步的變焦能夠被執行，則變焦距/聚焦控制器6將認為該目標是在變焦操作的跟蹤範圍之外，並控制該過程返回到初始狀態的步驟310(步驟371c)。
圖5示出了當變焦距/聚焦控制器6逐步地在更寬的方向上控制變焦鏡頭以便擴展攝象機的搜尋範圍時的目標在屏幕上佔據的相對比例。初始區域Ⅰ表示作為目標的一個人定位在屏幕的左側。隨後，變焦距/聚焦控制器6控制該變焦鏡頭執行在更寬的方向上進一步的變焦操作，攝象機的目標搜尋區域擴展到區域Ⅱ。在區域Ⅱ中，目標在屏幕上佔據的比例，即目標的幅度相對於區域Ⅰ變小，並且目標的位置向著屏幕的中心移動。隨後，如果變焦距/聚焦控制器6控制變焦鏡頭執行在更寬的方向上的變焦操作，則攝象機的目標搜尋範圍擴展到區域Ⅲ。在區域Ⅲ中，在屏幕上目標的幅度與區域Ⅰ和Ⅱ相比進一步地縮小，並且，目標的位置進一步從左側向屏幕的中心移動。如圖5中所示，該變焦距/聚焦控制器6核查在屏幕上的目標的位置，從而逐步地在寬的方向上調節變焦鏡頭，直到目標更接近屏幕的中心為止。
在此情況中，由於該變焦距/聚焦控制器6難於直接地判斷該目標是否更為接近屏幕的中心，所以定義一個預定的有效區域，並因此判斷目標是否包括在該有效區域中。在判斷的結果中，如果目標不是包括在有效區域中，則處理返回到步驟371a並繼續執行變焦直到目標被包括在有效區域中為止(步驟371b)。有效區域是一個跟蹤的目標實際地存在的區域。有效區域的大小應該設置為等於或小於屏幕的大小。在圖6中示出了一個有效區域的實例，將在屏幕A上的不包括左和右及上的每個數據塊的一部分設置為一個有效區域B。其中的一個數據塊可以是8×8個象素構成。在圖6中的實施例能夠用於具有目標的小的變動和相對小的距離移動的可視電話或電視會議系統。在此，由於通常的目標是身體的上半部分或全部，所以有效區域最好是設置為不包括屏幕的左和右端及上端部分的屏幕。不同於圖6的實例，有效區域設置的範圍可以根據自動跟蹤目標的裝置應用的場合而設置。
而且，如果在步驟371d中目標是包括在預定的有效區域中，變焦距/聚焦控制器6將判斷該攝象機1正確地跟蹤目標，隨即停止變焦並進一步旋動轉盤移動支架11到相反於先前旋動的方向上。就是說，到右側方向上(步驟371e)。這樣作的原因是防止該位置傳感器被繼續傳感。與此同時，變焦距/聚焦控制器6利用在已收視頻信號中的亮度成分的最大值調節AF鏡頭，進入到將要描述的步驟373中，並檢查垂直極限位置傳感器18和19是否操作以傳感垂直方向的極限位置。
同時，如果PLE13沒有被檢測，則變焦距/聚焦控制器6核查安裝在轉盤移動支架11的右側旋轉極限位置的PRE傳感器14是否操作(步驟372)。如果在水平方向旋動該攝象機的轉盤移動支架11旋動到右側旋動極限位置並因此該PRE傳感器14被檢測，則變焦距/聚焦控制器6將執行圖3B中的步驟372a-372e。除去水平右側極限位置傳感器14操作之外，在步驟372a-372e中執行的操作功能和在步驟371a-371e中相同。所以，如果目標是在攝象機的右側旋動範圍之外，該變焦距/聚焦控制器6將執行一個變焦操作。結果是，攝象機的目標搜尋範圍擴展到一個預定的有效區域，從而跟蹤移動的目標。如果目標被正確地跟蹤，則過程返回到將要描述的步驟373，並檢查是否目標是在垂直旋動範圍的極限之外。
而且，如果在跟隨步驟371的步驟372中不檢測傳感器，該目標存在於水平攝象機搜尋範圍內。該變焦距/聚焦控制器6核查是否垂直極限位置傳感器18和19被檢測，如圖3C所示。
參考圖3C，變焦距/聚焦控制器6核查該TUE傳感器18是否被檢測以便傳感在垂直方向旋動攝象機1的仰俯移動支架15的上旋動範圍的極限(步驟373)。然後，變焦距/聚焦控制器6核查TLE傳感器19是否被檢測，以便檢測下旋動範圍的極限(374)如果TUE傳感器18或TLE傳感器19被傳感，該攝象機1旋動到在垂直方向的上或下旋動範圍的極限，並因此不能夠跟蹤移動的目標。在此情況中，變焦距/聚焦控制器6執行在圖3C中示出的步驟373a-373e或374a-374e，並且控制攝象機1執行變焦操作直到該目標包括在預定的有效區域中。在步驟373a-373e或374a-374e中執行和步驟371a-371e中相同的功能。但是，如果步驟373e或374e執行完畢，則變焦距/聚焦控制器6控制該程序返回到步驟340。
同時，如果末端位置傳感器13、14、18和19的任何之一都沒有被檢測用於傳感水平的左和右及垂直的上和下旋動範圍的極限，則變焦距/聚焦控制器6比較一個在後定義的區域的比例是否小於一個預定的值(步驟375)。傳感器的任何之一都不被檢測的結果意味著目標存在於攝象機的搜尋範圍內。其中步驟375是用於防止目標在有效區域中被過分地減小，並且區域的比例被定義為相對於有效區域的大小而言的目標在有效區域中所佔據的區域的比例。其中，該預定值把由目標在有效區域中佔據的最佳比例設置為一個適當的值。所以，如果在步驟375中判斷的結果的區域的比例是小於預定值，則意味著目標被過分地縮小。
在步驟375的判斷結果中，如果區域的比例不小於該預定值，則意味著目標包括在有效區域中並由攝象機1搜尋作為一個希望的尺寸。因此，變焦距/聚焦控制器6返回到步驟340並控制攝象機1檢測該目標隨後的圖像幀。
同時，在步驟375的判斷結果中，如果區域的比例小於預定值，則意味著與有效區域的大小相比該目標被過分地減小。因此，變焦距/聚焦控制器6控制變焦鏡頭在遠的方向上進一步執行變焦操作，以便進一步擴大目標的圖像(步驟376)。步驟375和376被重複地執行，直到區域比例變為不小於預定的值。其中，在遠的方向上的變焦鏡頭的調節所意味的是由目標所佔據的在屏幕中的比例被擴大並且攝象機的搜尋範圍被減小。
此外，在圖3B和3C的流程圖的操作中，用於檢查攝象機1是否到達水平旋轉範圍的極限的步驟371和372和用於檢查攝象機1是否到達垂直旋轉範圍的極限的步驟373和374在操作順序上彼此可以是相反的。就是說，在圖3A-3C的實施例中，水平極限位置傳感器13和14被首先檢查並隨後檢查垂直極限位置傳感器18和19。但是，也可以首先檢查垂直極限位置傳感器18和19，隨後檢查水平極限位置傳感器13和14。而且，檢查水平左和右極限位置傳感器的操作順序和檢查垂直上和下極限位置傳感器的操作順序也可以互相交換。但是，在用於檢測左和右旋動極限範圍的傳感器和用於檢測上和下旋動極限範圍的傳感器已經被檢查之後，應該執行步驟375和376。
根據本發明的裝置檢測在攝象機水平和垂直旋動極限範圍內的兩個順序的圖像幀之間的該目標的運動矢量並控制攝象機在對應於被測結果的方向和大小上移動。而當目標移動到攝象機旋動範圍的極限之外時，調節變焦鏡頭執行變焦操作，由此與已有技術相比極大地擴大攝象機目標的搜尋範圍。所以，儘管由於目標相當大的移動而使得傳統的裝置不能夠自動地跟蹤該目標，但是本發明的裝置提供了自動跟蹤目標的效果。
儘管在此詳細地描述了本發明的實施例，但是在不背離本發明的精神和範圍的條件下顯然有許多修正可以實現。
權利要求
1．一種用於自動地跟蹤運動目標的裝置，該自動跟蹤裝置包括一個攝象機，包括一個變焦距鏡頭和一個自動聚焦鏡頭，用於把經過這些鏡頭輸入的目標的圖像轉換成電信號；其上安裝有攝象機的包括一個攝象機驅動器的攝象機支撐裝置，用於繞一個軸和垂直於這一個軸的軸旋動該攝象機，以及一個旋動極限檢測器，用於檢測該攝象機是否到達每一個方向的旋轉範圍的極限，並輸出檢測旋轉範圍每個極限的檢測信號；第一控制器，用於把從攝象機輸出的當前單元圖像與前一個單元圖像相比較，檢測目標的運動矢量，並控制該攝象機驅動裝置，以便使得該攝象機移動在對應於檢測信號的方向和大小；和第二控制器，無論何時施加了通知該攝象機到達其旋動範圍的極限的檢測信號，該第二控制器用於在擴展攝象機目標搜尋範圍的方向上調節變焦鏡頭，從而使得攝象機跟蹤該運動目標，並使用在攝象機中接收的圖像的亮度成分調節一個自動聚焦鏡頭。
2．根據權利要求1的裝置，其中，所說的攝象機支撐裝置包括基座；所說的攝象機驅動器包括安裝在所說的基座上並通過第一軸連接到第一馬達的第一移動支架，用於隨著所說的第一馬達的旋動在水平方向上控制所說的攝象機；和安裝在所說的第一移動支架上並通過區別於所說的第一軸的第二軸連接到第二馬達的第二移動支架，用於隨著所說的第二馬達的旋動在垂直方向上控制所說的攝象機；和所說的旋動極限檢測器包括提供在每一個移動支架中的一個孔和提供在水平和垂直方向上的所說的移動支架的每一個旋動極限位置的一個位置傳感器，如果該孔隨著移動支架的旋動而達到傳感器的位置，則用於輸出一個檢測信號。
3．根據權利要求1的裝置，其中，所說的第二控制器在擴展攝象機的目標搜尋區域的方向上連續地執行變焦操作，直到該目標被包括在預定的有效區域為止。
4．根據權利要求3的裝置，其中，所說的預定有效區域是一個被設置用來區別目標是否靠近攝象機屏幕的中心的一個區域。
5．根據權利要求4的裝置，其中，所說的有效區域的設置值是根據該用於自動跟蹤該移動目標的裝置的使用事先設置的一個適當的值，其中該設置值設定為等於或小於攝象機屏幕的大小。
6．根據權利要求3的裝置，其中，如果目標不是包括在預定的有效範圍之內並且變焦鏡頭達到變焦的極限，其中所說的第二控制器判斷在第二控制器的控制下該目標是在攝象機的目標搜索範圍之外，並隨後初始化該攝象機。
7．根據權利要求3的裝置，其中，當著攝象機在所有的方向達到旋轉範圍的極限時，如果區域比例小於預定值，則其中所說的第二控制器通過核查所說的旋動極限檢測器的檢測信號執行一個在擴展目標的大小的方向上的變焦操作直到該區域比例變成預定的值為止，其中的區域比例被定義為相對於在屏幕上的有效區域而言的由目標佔據的區域的比例，以便即使是目標包括在所說的有效區域中也能夠防止目標被過分地減小。
8．一種使用在一個裝置中用於自動跟蹤一個移動目標的方法，該裝置包括一個攝象機，該攝象機具有一個變焦距鏡頭和一個自動聚焦鏡頭，用於把目標的圖像轉換成電信號；一個用於在相互垂直的方向上旋動攝象機的驅動器；用於檢測攝象機的每一個方向的旋動範圍的極限檢測器和用於控制該攝象機、驅動器和檢測器的控制器；該自動目標跟蹤方法包括下列的步驟(a)把順序單元圖像相互比較，檢測一個目標的運動矢量，產生對應於該被測運動矢量的控制信號並控制該攝象機跟蹤該運動固標；和(b)無論何時核查到該攝象機到達該攝象機的旋動範圍的極限時，在擴展攝象機的一個目標搜尋區域的方向上執行一個變焦操作，直到該目標被定位在一個預定的有效範圍內為止。
9．根據權利要求8的方法，其中，所說的步驟(b)包括子步驟(b1)檢測該攝象機是否在所有的方向的至少之一方向上達到旋動範圍的極限；(b2)無論何時在所說的步驟(b1)中攝象機在所有的方向的至少之一上達到旋動範圍的極限時，連續地在擴大攝象機的目標搜尋範圍的方向上執行變焦操作；(b3)在步驟(b2)中判斷是否目標包括在預定的有效範圍內，如果不包括在該範圍內，則連續地執行變焦操作直到該目標包括在預定的效區域中，並且，如果目標包括在預定有效區域中，則在相反於先前的旋動方向旋動該攝象機一步，以隨後停止變焦操作；和(b4)如果目標不包括在有效區域中並且變焦鏡頭達到該變焦極限，則初始化該攝象機。
10．根據權利要求9的方法，其中，如果在步驟(b1)的結果中的攝象機相對於所有的方向都沒有達到旋動範圍的極限並且區域的比例小於預定值，則在擴大目標的大小的方向上連續地執行變焦操作，直到該區域比例大於該預定值為止，其中的該區域比例被定義為相對於在屏幕的有效區域而言的由目標所佔據的區域的比例。
11．根據權利要求9的方法，其中，如果傳感器安裝在對應於攝象機每一個方向上的旋動範圍的極限，其中所說的步驟(b1)將判斷該攝象機達到該攝象機的每一個方向的旋動範圍的極限。
12．根據權利要求9的方法，其中，所說的步驟(b3)的預定的有效範圍是一個設置為確定該目標是否定位於攝象機屏幕的中心部分的一個區域。
全文摘要
一種用於自動地跟蹤運動目標的裝置,包括:一個變焦距鏡頭和一個自動聚焦鏡頭和電荷耦合器件;以及其上安裝有攝象機的攝象機支撐單元,用於繞一個軸和垂直於這一個軸的軸旋動該攝象機;一個平轉/仰俯控制器檢測目標的運動矢量,並控制該攝象機在對應於被測運動矢量的方向上移動相應的大小,當攝象機達到旋動範圍的極限時,一個變焦/聚焦控制器在擴展攝象機的目標的搜尋範圍的方向上執行一個變焦操作直到該目標被包括在預定的有效範圍內為止。
文檔編號G06T7/20GK1232197SQ9810696
公開日1999年10月20日 申請日期1998年4月16日 優先權日1998年4月16日
發明者李暿梃 申請人:三星電子株式會社