基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法及摄像头技术

提供了一种基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法及摄像头，该方法包括步骤一到步骤六，使用该控制方法能够减少数据处理量、降低成本，从而解决在录制精品课程等教学活动中的拍摄问题，在提高拍摄质量的同时减小人员工作量。该方法结合教学中必然会有黑板的特点，将跟踪摄像头采集到的RGB图像转化到HSV颜色域，再对图形进行二值化处理最后得到黑白图像，然后滤波处理定位出讲演者的位置，方便后续跟踪摄像。同时设定几何区域A作为演讲者的活动判定区域，当超过这个区域时即进行运算来输出对应的误差值，而处于这个区域时则不进行误差值的运算，这样的判断运算过程，即满足了跟踪拍摄的需要，也减少了运算量，加快了运算反应速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于数字图形处理与自动控制领域，特别是涉及一种教学课程录制过程中的自动跟踪摄像头和对应的控制方法。
技术介绍
目前，大学等教育机构都会因为教学需要而录制很多的视频教程，供学习分享和交流之用。在现实录制过程中，一般采用以下方案：方案一，对讲演者的讲演内容PPT和讲演人分开录制；方案二，采用摄像头进行人工控制拍摄。第一种方案主要缺点是无法满足讲演者板书的要求，而第二种方案主要是讲演者移动时，拍摄人员没有及时反应过来而导致拍摄效果不好。数字图像处理技术是随着20世纪60年代计算机技术和超大规模集成电路(VLSI，Very Large Scale Integration)的发展而产生、发展和不断成熟起来的一个新兴
为了解决上述两个缺点，结合计算机技术和集成电路，实现对摄像头的自动控制来实现对讲演者的跟踪摄像是一个可行的解决方案。深圳市九天信息技术有限公司申请的专利“视频会议自动跟踪摄像装置”(公开号CN203014978U，公开日2013.06.19)在摄像头的整体结构上做了改进，但是没有给出图像识别跟踪的具体方案。由SONY公司生产的EVI-D31自动跟踪摄像头是利用图像匹配技术找到与目标物体颜色和亮度相似的地方从而进行跟踪的，然而图像匹配技术的计算量大，对于硬件的要求高会导致使用成本的提高。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，结合教学中必然会有黑板的特点，提供了一种基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法及摄像头，能够减少数据处理量、降低成本，从而解决在录制精品课程等教学活动中的拍摄问题，在提高拍摄质量的同时减小人员工作量。基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，对采集得到的教室教学视频进行处理后，得到用于控制自动跟踪摄像头跟踪黑板前面讲演者位置的误差值，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，从自动跟踪摄像头采集到的教学视频中实时提取RGB图像并处理得到对应的第n帧黑白图像，此时n＝1；步骤二，对黑白图像进行滤波处理识别出讲演者的头部在图像中的对应区域；步骤三，以对应区域中的中心点On为中心，在黑白图像中作一个几何区域A，同时记录On点坐标为(xn，yn)；步骤四，令n＝n+1，运行上述步骤一到步骤三得到第n+1帧黑白图像的中心点On+1，记录On+1坐标为(xn+1，yn+1)；步骤五，判断第n+1帧实时黑白图像的中心点On+1是否在几何区域A内，当判断为是时，令n＝n+2，运行步骤一；步骤六，当判断为否时，对第n帧对应的中心点On和第n+1帧对应的中心点On+1的坐标做差得到误差值e(Δx，Δy)并将该误差值发送给自动跟踪摄像头进行位置调整后令n＝n+2，运行步骤一，其中Δx＝xn+1-xn，Δy＝yn+1-yn。本专利技术提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤一包括以下小步骤：S1，将步骤一中提取得到的RGB图像根据设定的阈值转换为HSV图像，用于将图像中的讲演者和黑板区分开来；S2，将步骤S1得到的HSV图像进行灰度化，得到灰度图像；S3，将步骤S2得到的灰度图像进行二值化处理，得到黑白图像。本专利技术提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤S1中设定的阈值的范围为1-255。本专利技术提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中几何区域A的形状为圆形、正方形以及矩形中的任意一种。本专利技术提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，还可以具有这样的特征：其中，步骤三中几何区域A的面积大小为黑白图像面积大小的1％-5％。本专利技术还提供一种基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头，其特征在于，包括：摄像头，具有图片输出接口；转动控制台，上部同摄像头连接，下部具有分别控制摄像头水平方向转动的第一电机和分别控制摄像头竖直方向转动的第二电机；以及控制器，同第一电机和第二电机以及图片输出接口连接，其中，控制器接收图片输出接口传输来的实时RGB图像进行处理后得到误差值，并将该误差值进行变换后得到控制信号用于发送给第一电机和第二电机来驱动控制摄像头的位置。本专利技术提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头，还可以具有这样的特征：其中，控制器包括图像处理单元和PID控制器，图像处理单元同图片输出接口连接，用于对实时RGB图像进行处理后得到误差值，PID控制器和图像处理单元连接，用于将误差值进行变换后得到控制信号并发送给第一电机和第二电机。专利技术作用与效果根据本专利技术所提供的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，对黑白图像进行滤波处理而识别出讲演者的头部在图像中的对应区域，即实现了对讲演者头部的快速识别；同时设定几何区域A作为演讲者的活动判定区域，当超过这个区域时即进行运算来输出对应的误差值，而处于这个区域时则不进行误差值的运算，这样的判断运算过程，即满足了跟踪拍摄的需要，也减少了运算量，加快了运算反应速度。附图说明图1为本专利技术实施例的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的结构示意图；图2为本专利技术实施例的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法步骤示意图；以及图3为RGB图像到黑白图像的讲演者位置识别过程示意图，a是RGB颜色模式的图像，b是HSV颜色模式的图像，c是BW黑白颜色模式的图像。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本专利技术的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法及摄像头的原理步骤以及结构、使用效果作具体阐述。实施例图1为本实施例的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的结构示意图。如图1所示，基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头100具有：转动控制台10有下往上包括安装底座11、转动底座12、安装在转动底座12上的支架13。安装底座11呈圆盘形，用于固定连接在教室的天花板上。转动底座12，内部设置有水平方向转动的第一电机。该第一电机外壳和安装底座固定连接，输出轴同转动底座12的下表面连接，用于驱动转动底座12在水平面转动。支架13横截面呈“U”形。该“U”形的底部和转动底座12的上表面连接，两个竖直臂的内部空间用于安装摄像头20，而在两个竖直臂上安装有竖直方向转动的第二电机。该第二电机的输出轴驱动摄像头20的俯仰角的改变。摄像头20具有图片输出接口21，本实施例采用的是RGB色彩输出的数字摄像头，安装在支架13的两个竖直臂之间而可以上下转动。控制器30包括图像处理单元31和PID控制器32。图像处理单元31同图片输出接口21连接，用于对实时RGB图像进行处理后得到误差值，PID控制器32的输入接口和图像处理单31元连接，输出接口同第一电机和第二电机连接，PID控制器32对误差值进行变换后得到控制信号，并发送给第一电机和第二电机，进而驱动第一电机和第二电机在水平面和竖直面进行旋转而控制摄像头的位置，对讲演者进行跟踪拍摄。图2为本专利技术实施例的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法步骤示意图。下面结合附图2对上述的控制器30中运行的控制方法进行详细说明。如图2所示，下面详细地对基于颜色特征的教学课程录制自本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，对采集得到的教室教学视频进行处理后，得到用于控制所述自动跟踪摄像头跟踪黑板前面讲演者位置的误差值，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，从所述自动跟踪摄像头采集到的所述教学视频中实时提取RGB图像并处理得到对应的第n帧黑白图像，此时n＝1；步骤二，对所述黑白图像进行滤波处理识别出所述讲演者的头部在图像中的对应区域；步骤三，以所述对应区域中的中心点On为中心，在所述黑白图像中作一个几何区域A，同时记录On点坐标为(xn，yn)；步骤四，令n＝n+1，运行上述步骤一到步骤三得到第n+1帧黑白图像的中心点On+1，记录On+1坐标为(xn+1，yn+1)；步骤五，判断第n+1帧实时黑白图像的中心点On+1是否在所述几何区域A内，当判断为是时，令n＝n+2，运行步骤一；步骤六，当判断为否时，对第n帧对应的中心点On和第n+1帧对应的中心点On+1的坐标做差得到误差值e(Δx，Δy)并将该误差值发送给所述自动跟踪摄像头进行位置调整后令n＝n+2，运行步骤一，其中Δx＝xn+1‑xn，Δy＝yn+1‑yn。

【技术特征摘要】
1.基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，对采集得到的教室教学视频进行处理后，得到用于控制所述自动跟踪摄像头跟踪黑板前面讲演者位置的误差值，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，从所述自动跟踪摄像头采集到的所述教学视频中实时提取RGB图像并处理得到对应的第n帧黑白图像，此时n＝1；步骤二，对所述黑白图像进行滤波处理识别出所述讲演者的头部在图像中的对应区域；步骤三，以所述对应区域中的中心点On为中心，在所述黑白图像中作一个几何区域A，同时记录On点坐标为(xn，yn)；步骤四，令n＝n+1，运行上述步骤一到步骤三得到第n+1帧黑白图像的中心点On+1，记录On+1坐标为(xn+1，yn+1)；步骤五，判断第n+1帧实时黑白图像的中心点On+1是否在所述几何区域A内，当判断为是时，令n＝n+2，运行步骤一；步骤六，当判断为否时，对第n帧对应的中心点On和第n+1帧对应的中心点On+1的坐标做差得到误差值e(Δx，Δy)并将该误差值发送给所述自动跟踪摄像头进行位置调整后令n＝n+2，运行步骤一，其中Δx＝xn+1-xn，Δy＝yn+1-yn。2.根据权利要求1所述的基于颜色特征的教学课程录制自动跟踪摄像头的控制方法，其特征在于：其中，步骤一包括以下小步骤：S1，将步骤一中提取得到的所述RGB图像根据设定的阈值转换为HSV图像，用于将图像中的所述讲演者和所述黑板区分开来；S2，将步骤S1得到的所述HSV图像进行灰度化，得到灰度图像；S3，将步骤S2得到的所述灰...

【专利技术属性】
技术研发人员：费成，黄影平，陈晨，葛林林，顾静波，夏志君，王祖德，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31