基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法和系统技术方案

本发明专利技术涉及基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法及系统，在教室的前墙上安装学生摄像机，后墙上安装教师摄像机和探测摄像机后，实时读取探测摄像机拍摄的原始图像；根据人体运动状态检测方法，识别出有效的运动目标及该运动目标的运动状态，并在教师活动区域启动教师摄像机进行跟踪拍摄，在学生活动区域启动学生摄像机进行跟踪拍摄；若教师学生活动交叉区域内出现有效的运动目标，判断运动目标是否存在人脸特征信息并在识别教师目标后启动教师摄像机进行跟踪拍摄。本发明专利技术的技术方案，通过一台探测摄像机的视频实现有效识别教师和学生目标，并判定目标属性，从而控制相应的教师摄像机和学生摄像机进行自动跟踪拍摄。

Method and system for realizing automatic tracking of teachers and students based on single detecting lens

The invention relates to a single lens detection method and system for automatically tracking teachers and students based on students in the camera installed on the front wall of the classroom, after the wall mounted cameras and camera detection after the teacher read the original image, real-time detection of the camera; according to the human motion detection method, to identify the motion of a moving target effectively and the movement the target, and tracking shooting in Teachers' activities in the region starting teacher camera, start student camera tracking shot in student activities in the region; if the moving target effective cross regional activities of teachers and students, judge whether the moving target exists feature information and start the camera tracking shot in the recognition of teachers teachers' goal. The technical scheme of the invention, to achieve effective recognition of teachers and students through a video camera detection, and determine the target attribute, so as to control the corresponding teachers and students of the automatic tracking camera camera shooting.

【技术实现步骤摘要】
基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法和系统
本专利技术涉及图像分析
，具体涉及基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法和系统。
技术介绍
教学录播系统是近几年教育信息化建设中的一个热点，而自动跟踪拍摄系统则是教学录播系统中一个非常重要的子系统。自动跟踪系统实现了教室录播系统的无人值守的跟踪拍摄和多机位之间的自动切换导播，使录播系统成为了一个自动化、智能化的应用系统。在教学录播系统中，自动跟踪拍摄系统的应用已经较为广泛，自动跟踪拍摄主要依靠图像分析技术发现目标，现有技术需要将教室环境划分为教师区和学生区，对两个区域分别安装探测分析镜头来抓取图像进行分析。一般情况下，对教师区的探测需要1个探测分析镜头和1个教师跟踪摄像机，安装在教室后墙或天花板；对学生区的探测则很复杂，需要1-4个探测分析镜头和若干个学生跟踪摄像机，安装在教室前墙、天花板或者两侧墙上，如果环境复杂，需要安装的数量更多，安装的难度更大。这样的技术体系，导致设备数量繁多，物理连接较多，设备形态偏复杂可靠稳定性能不足，同时导致教学录播系统的实施工程量大，工程难度大，调试工作复杂，项目周期较长，不能满足当前录播系统建设日趋规模化批量化的现实需求。实现多路摄像机在无人值守的情况下自动跟踪目标拍摄并且根据教学现场智能判定多路机位之间导播切换，难度较大，最大的不确定性因素就是跟踪系统采用的图像分析技术对目标识别的准确性。为了解决这个问题，现有技术都采用了多路交叉分析比对的方案，教师区面积小、目标单一、行为简单采用1个探测分析镜头可以满足要求，学生区面积大、目标多、行为复杂就需要多路探测分析镜头，有的安装在前墙上，有的装在天花板上，有的需要安装在两侧墙。这样的方案会存在一些问题：1、部署安装的工程量和难度较大，多路视频设备的布线、安装、调试都是必须的工作量，而且这些摄像机的安装一般都有较为严格的要求，在实施中会碰到光线、窗户、门等客观条件制约，必须采用额外的工作量来进行现场装修整改以保证基本安装条件。从而导致工程量大、工程难度高、工程周期长。2、从设备层面看，解决多路视频的接驳必然导致设备形态相对复杂，同时满足多路视频分析也需要设备具有较高的运算性能支撑，整体上使跟踪设备形态复杂，性能要求高，设备灵活性不足，物理接驳隐患点较多等等问题。教学录播系统经过几年发展，已经表现出了旺盛的市场需求，显现了规模化部署、批量化建设的趋势，这就要求录播系统要逐步实现设备简化、工程简化、简单易用、稳定可靠的特性。而采用现有技术的跟踪系统显然无法达到这样的要求。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法和系统，通过一台探测摄像机的视频有效识别教师和学生目标，并判定目标属性，从而控制相应的教师摄像机和学生摄像机进行自动跟踪拍摄。为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，在教室的前墙上安装学生摄像机，后墙上安装教师摄像机和一台探测摄像机后，执行以下步骤：步骤S1、实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，并在原始图像上标定教师活动区域、学生活动区域及教师学生活动交叉区域；步骤S2、根据人体运动状态检测方法，对原始图像进行分析，以识别出有效的运动目标及该运动目标的运动状态；步骤S3、若教师活动区域内出现有效的运动目标，启动教师摄像机进行跟踪拍摄；若学生活动区域内出现有效的运动目标，启动学生摄像机进行跟踪拍摄；步骤S4、若教师学生活动交叉区域内出现有效的运动目标，判断教师学生活动交叉区域内有效的运动目标是否存在人脸特征信息；若存在，将该人脸特征信息与预存的教师目标人脸特征信息进行比对，若比对成功，启动教师摄像机进行跟踪拍摄，否则，启动学生摄像机进行跟踪拍摄。优选地，所述步骤S1还包括：步骤S11、实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，并对原始图像中的教师目标进行人脸特征提取并保存提取后的教师目标人脸特征信息。优选地，所述步骤S1具体为：实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，根据预存的教室各物件的空间位置关系与原始图像的对应关系，在原始图像上标定出教师活动区域和学生活动区域的分界线，并标定该分界线上下预设范围内为教师学生活动交叉区域。优选地，所述步骤S2具体包括：步骤S21、利用运动向量检测法捕捉原始图像中纵向及横向运动单元，并对所述运动单元进行边缘检测，以确定边缘点阵；步骤S22、根据所述边缘点阵在原始图像中的位置，实时绘制出第一颜色的矩形框；步骤S23、判断第一颜色的矩形框内图像的像素大小与原始图像的像素大小是否满足预设比例关系，若是，则判定被监测人体运动目标在第一颜色的矩形框中，并将第一颜色的矩形框改为第二颜色的矩形框；步骤S24、利用背景差分和时间差分复合算法计算第二颜色的矩形框的持续运动时间；步骤S25、判断第二颜色的矩形框的持续运动时间是否小于预设时间，若是，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为无效运动目标，舍弃该第二颜色的矩形框；步骤S26、根据预设判断策略，对步骤S25筛选后保留的第二颜色的矩形框进行二次筛选，以舍弃无效运动目标所对应的第二颜色的矩形框，并判断有效运动目标的运动状态；步骤S27、将步骤S26筛选后保留的第二颜色的矩形框以动态图像的形式显示出来。优选地，所述预设判断策略为：若第二颜色的矩形框面积变化率保持在5％之内，且在预设时间内持续地纵向运动，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为有效运动目标，且该有效运动目标的运动状态为起立；若第二颜色的矩形框面积变化率保持在5％之内，且在预设时间内持续地横向运动，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为有效运动目标，且该有效运动目标的运动状态为移动；若第二颜色的矩形框面积变化率为0，且在预设时间内无运动，且内存中无该第二颜色的矩形框的运动状态记录，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为无效运动目标，舍弃该第二颜色的矩形框；若第二颜色的矩形框面积变化率为0，且在预设时间内无运动，但内存中有该第二颜色的矩形框的运动状态记录，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为有效运动目标，根据内存中前一时刻所记录的运动状态判定当前时刻该有效运动目标的运动状态；若第二颜色的矩形框面积变化率大于20％，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为无效运动目标，舍弃该第二颜色的矩形框；若第二颜色的矩形框面积变化率介于5％～20％之间，且在预设时间内无持续的运动，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为无效运动目标，舍弃该第二颜色的矩形框；若第二颜色的矩形框面积变化率介于5％～20％之间，但在预设时间有特定方向持续的运动，返回步骤S24重新判断该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标是否为有效运动目标。优选地，所述步骤S23包括：判断第一颜色的矩形框内图像的像素大小X与原始图像的像素大小Y是否满足：Y*1％＜X＜Y*20％，其中X，Y为正整数；若是，则判定被监测人体运动目标在第一颜色的矩形框中，并将第一颜色的矩形框改为第二颜色的矩形框。优选地，所述探测摄像机为广角摄像机；所述第一颜色为红色，第二颜色为蓝色；所述预设时间为1秒。基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪系统，包本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，在教室的前墙上安装学生摄像机，后墙上安装教师摄像机和一台探测摄像机后，执行以下步骤：步骤S1、实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，并在原始图像上标定教师活动区域、学生活动区域及教师学生活动交叉区域；步骤S2、根据人体运动状态检测方法，对原始图像进行分析，以识别出有效的运动目标及该运动目标的运动状态；步骤S3、若教师活动区域内出现有效的运动目标，启动教师摄像机进行跟踪拍摄；若学生活动区域内出现有效的运动目标，启动学生摄像机进行跟踪拍摄；步骤S4、若教师学生活动交叉区域内出现有效的运动目标，判断教师学生活动交叉区域内有效的运动目标是否存在人脸特征信息；若存在，将该人脸特征信息与预存的教师目标人脸特征信息进行比对，若比对成功，启动教师摄像机进行跟踪拍摄，否则，启动学生摄像机进行跟踪拍摄。

【技术特征摘要】
1.基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，在教室的前墙上安装学生摄像机，后墙上安装教师摄像机和一台探测摄像机后，执行以下步骤：步骤S1、实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，并在原始图像上标定教师活动区域、学生活动区域及教师学生活动交叉区域；步骤S2、根据人体运动状态检测方法，对原始图像进行分析，以识别出有效的运动目标及该运动目标的运动状态；步骤S3、若教师活动区域内出现有效的运动目标，启动教师摄像机进行跟踪拍摄；若学生活动区域内出现有效的运动目标，启动学生摄像机进行跟踪拍摄；步骤S4、若教师学生活动交叉区域内出现有效的运动目标，判断教师学生活动交叉区域内有效的运动目标是否存在人脸特征信息；若存在，将该人脸特征信息与预存的教师目标人脸特征信息进行比对，若比对成功，启动教师摄像机进行跟踪拍摄，否则，启动学生摄像机进行跟踪拍摄。2.根据权利要求1所述的基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：步骤S11、实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，并对原始图像中的教师目标进行人脸特征提取并保存提取后的教师目标人脸特征信息。3.根据权利要求1所述的基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：实时读取探测摄像机拍摄的原始图像，根据预存的教室各物件的空间位置关系与原始图像的对应关系，在原始图像上标定出教师活动区域和学生活动区域的分界线，并标定该分界线上下预设范围内为教师学生活动交叉区域。4.根据权利要求1所述的基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：步骤S21、利用运动向量检测法捕捉原始图像中纵向及横向运动单元，并对所述运动单元进行边缘检测，以确定边缘点阵；步骤S22、根据所述边缘点阵在原始图像中的位置，实时绘制出第一颜色的矩形框；步骤S23、判断第一颜色的矩形框内图像的像素大小与原始图像的像素大小是否满足预设比例关系，若是，则判定被监测人体运动目标在第一颜色的矩形框中，并将第一颜色的矩形框改为第二颜色的矩形框；步骤S24、利用背景差分和时间差分复合算法计算第二颜色的矩形框的持续运动时间；步骤S25、判断第二颜色的矩形框的持续运动时间是否小于预设时间，若是，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为无效运动目标，舍弃该第二颜色的矩形框；步骤S26、根据预设判断策略，对步骤S25筛选后保留的第二颜色的矩形框进行二次筛选，以舍弃无效运动目标所对应的第二颜色的矩形框，并判断有效运动目标的运动状态；步骤S27、将步骤S26筛选后保留的第二颜色的矩形框以动态图像的形式显示出来。5.根据权利要求4所述的基于单一探测镜头实现教师学生自动跟踪的方法，其特征在于，所述预设判断策略为：若第二颜色的矩形框面积变化率保持在5％之内，且在预设时间内持续地纵向运动，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为有效运动目标，且该有效运动目标的运动状态为起立；若第二颜色的矩形框面积变化率保持在5％之内，且在预设时间内持续地横向运动，则判定该第二颜色的矩形框内的被监测人体运动目标为有效运动目标，且该有效运动目标的运动状态为移动；若第二颜色的矩形框面积变...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雷，
申请(专利权)人：北京昊翔信达科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11