基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法，该系统利用室内定位技术获取当前待追踪目标的位置，利用电子罗盘获取当前各个摄像头的指向，进而计算出各个云台的旋转角度和旋转方向，并控制云台进行旋转，使得各个云台上的摄像头对目标追踪拍摄，通过不断循环定位、获取指向、计算旋转角度和方向、旋转云台等操作来实现持续的多摄像头对目标物体的多角度追踪拍摄。具有拍摄角度丰富，不易丢失目标，指向精度高等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统和方法
本专利技术涉及一种多个摄像头对室内运动目标的实时追踪拍摄系统和方法，特别是涉及一种基于ZigBee无线传感网络的摄像头追踪拍摄系统和方法，属于传感器技术嵌入式开发以及无线通信的交叉领域。
技术介绍
目标跟踪一直是学术界和工业界的一种重要的研究方向。例如生物学研究中需要对一个运动中的活体样品(例如飞翔中的鸟、快速奔跑中的狗)同时进行多个角度和方位的实时观察拍摄；例如，随着摄影技术以及VR视频的发展，往往需要对一个移动目标进行实时多角度的拍摄以供后期拼接为全景图片或全景视频。而目前的摄像头实时追踪拍摄主要存在以下问题：1)传统的目标追踪拍摄采用的单个摄像头追踪，拍摄的是平面图片，后期不方便拼接处理成全景图片。2)传统的目标追踪采用的是图像识别算法，基于拍摄的图片或者视频识别出被追踪的目标，由于被追踪的目标个体间差异明显并且目标所在背景也在不断变化，对检测和追踪算法的鲁棒性要求很高，且计算量很大。然而，一旦被追踪目标与摄像头之间存在其他遮挡物，系统将很容易丢失目标，因此，存在很大的不可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是能有效避免目标被遮挡导致的目标丢失问题，提出一种安装在室内的基于无线传感网络的多摄像头实时追踪拍摄系统及其实现方法。为解决上述技术问题，本专利技术建立了一种基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于，该系统包括：本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块；其中，所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动，本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信；室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点；所述待定位节点安装在被追踪目标上，所述锚节点放置在室内，所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块；云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块；云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接，中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接，用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接，所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电；用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部；所述托盘设置于云台模块的底部，用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块；所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。在另一方面，本专利技术提供一种基于无线传感网络的多摄像头追踪拍摄实现方法，具体实施步骤如下：1)安装待定位节点到待追踪目标上，在矩形室内放置室内定位锚节点和M个云台，并且每个云台的转盘上设置一个摄像头；2)对待追踪目标进行定位；3)本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据；4)本地服务器计算各个云台的旋转角度以及旋转方向，并分别发送控制命令给各个云台；5)本地服务器等待T毫秒，然后检测用户是否停止了系统；如果用户停止系统，则系统停止；否则，进入步骤2)。进一步地，所述步骤1)中包括在每个云台上设置一个电子罗盘，并调整摄像头指向与电子罗盘一致。进一步地，所述步骤2)对待追踪目标进行定位之前包括在本地服务器中以定位锚节点中的任意一个锚节点为坐标原点，输入所有其它定位锚节点相对于选定的坐标原点的坐标值(mi,ni),其中i表示锚节点的编号，同时输入所有的云台相对于选定坐标原点的坐标值(xi,yi),其中i表示云台的编号。进一步地，步骤2)中采用加权质心定位算法对待追踪目标进行定位得到待追踪目标的位置(xe,ye)，加权质心定位算法表达式为：其中，mi,ni为步第i个锚节点的坐标值，wi为第i个锚节点被赋予的权重，di为待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离，更进一步地，计算待定位节点与第i个定位锚节点之间的距离di时预先在室内测量多组用于反映待定位节点与第i个定位锚节点通信的信号强度的信号强度指示RSSI数据Ri与对应的待定位节点与第i个定位锚节点距离di；通过对曲线拟合得到Ri与di的经验公式的的表达式如下：di＝a1×Ri3+a2×Ri2+a3×Ri+a4其中a1、a2、a3、a4为计算得到的函数系数。进一步地，步骤3)中本地服务器发送信号B给M个云台模块，M个云台模块收到信号B后，获取电子罗盘的地磁数据；M个云台模块发送XY轴指向向量(αi,βi),1≤i≤M给本地服务器，本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据。进一步地，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转角度的方法如下：根据向量点乘原则，其中θ为与的夹角，也就是旋转角度。由于在确定旋转方向的时候，以不超过π的旋转角度来确定旋转方向，所以这里认为0≤θ＜π。所以，从旋转到的旋转角度的表达式如下：式子中其中1≤i≤M。(αi,βi)为第i个云台的摄像头的当前指向，(xe,ye)为当前待定位节点的位置坐标；第i个云台的旋转角度θi的计算公式为：进一步地，步骤4)中本地服务器计算第i个云台的旋转方向计算方法如下：根据向量的叉乘原则，其中1≤i≤M，向量为方向竖直向上的单位向量；根据向量叉乘的右手定则，的指向按右手从以不超过π的角转向来确定的；当αi×(ye-yi)-βi×(xe-xi)＞0时，叉乘结果方向向上，根据右手定则，第i个云台逆时针旋转；当αi×(ye-yi)-βi×(xe-xi)＜0时，叉乘结果向下，根据右手定则，第i个云台顺时针旋转；当αi×(ye-yi)-βi×(xe-xi)＝0，叉乘结果为零向量，第i个云台不旋转。有益效果本专利技术有以下优势：1)采用多个摄像头从不同角度同时最终拍摄一个目标，方便后期拼接处理成全景图片或全景视频。2)采用室内定位技术确定被追踪目标位置，相对于传统的采用图像识别的方法确定被追踪目标位置，不要求摄像头和被追踪目标之间没有遮挡，对复杂环境的适应性更好，不易丢失被追踪目标。3)采用地磁信息判断当前云台上摄像头的指向，不存在累积误差问题，且指向的精度较高。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术一个实施例的室内定位模块示意图；图3是本专利技术一个实施例的云台模块构造示意图；图4是本专利技术一个实施例的云台模块实物结构示意图；图5是本专利技术的方法流程图；图6是本专利技术一个实施例定位模块包含的锚节点所处位置。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。实施例1：本专利技术的目的是提出一种安装在室内的基于无线传感网络的多摄像头实时追踪拍摄系统及其实现方法，其系统结构如图1所示，包括：1)本地服务器2)室内定位模块3)云台模块4)摄像头模块其中，本地服务器为信息的处理中心与控制中心，通过协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信。实时分析处理各个模块发送的数据，并控制各个模块的工作与联动。此处，本地服务器与ZigBee协调器通过串口进行通信。ZigBee协调器包含CC2530、天线、电源。本地服务器选取LenovoY50个人计算机，搭载Wi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于，该系统包括：本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块；其中，所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动，本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信；室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点；所述待定位节点安装在被追踪目标上，所述锚节点放置在室内，所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块；云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块；云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接，中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接，用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接，所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电；用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部；所述托盘设置于云台模块的底部，用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块；所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。...

【技术特征摘要】
1.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于，该系统包括：本地服务器、室内定位模块、若干云台模块和若干摄像头模块；其中，所述本地服务器作为信息的处理中心与控制中心用于实时分析处理各个模块发送的数据并控制各个模块的工作与联动，本地服务器通过ZigBee协调器以ZigBee协议与其他各个模块进行通信；室内定位模块包含若干个用于定位的锚节点以及1个待定位节点；所述待定位节点安装在被追踪目标上，所述锚节点放置在室内，所述室内定位模块包含ZigBee通信模块并通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述云台模块用于安装摄像头模块以及旋转摄像头模块；云台模块包含ZigBee通信模块、电子罗盘、步进电机、步进电机驱动板、转盘、托盘、中央控制器和电源模块；云台模块的ZigBee通信模块与中央控制器连接，中央控制器分别与电子罗盘和步进电机驱动板连接，用于给步进电机供电和提供控制信号的步进电机驱动板与步进电机连接，所述电源模块分别为ZigBee通信模块、中央控制器、电子罗盘和步进电机驱动板供电；用于安置摄像头的转盘安装在步进电机转轴顶部；所述托盘设置于云台模块的底部，用于安装ZigBee通信模块、步进电机、步进电机驱动板、中央控制器和电源模块；所述云台模块通过ZigBee协议向本地服务器传输数据；所述摄像头模块将采集到的视频通过WiFi传输到本地服务器。2.根据权利要求1所述的基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄系统，其特征在于所述ZigBee通信模块为CC2530，所述电子罗盘采用AK8963C、步进电机采用28BYJ-48、步进电机驱动板采用ULN-2003以及用于追踪拍摄目标物体的摄像头模块采用OV7620视频采集芯片为核心。3.基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)安装待定位节点到待追踪目标上，在矩形室内放置室内定位锚节点和M个云台，并且每个云台的转盘上设置一个摄像头；2)对待追踪目标进行定位；3)本地服务器获取当前各个摄像头的平面指向数据；4)本地服务器计算各个云台的旋转角度以及旋转方向，并分别发送控制命令给各个云台；5)本地服务器等待T毫秒，然后检测用户是否停止了系统；如果用户停止系统，则系统停止；否则，进入步骤2)。4.如权利要求3所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方法，其特征在于，所述步骤1)中包括在每个云台上设置一个电子罗盘，并调整摄像头指向与电子罗盘一致。5.如权利要求4所述基于ZigBee无线传感网络的多摄像头追踪拍摄方...

【专利技术属性】
技术研发人员：张路，沙超，林勇康，宋丹丹，任春晖，谈冬冬，陆仪，王汝传，毛锁方，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32