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CN1178467C - 自动跟踪运动目标的方法和装置 - Google Patents

自动跟踪运动目标的方法和装置 Download PDF

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CN1178467C CNB981069622A CN98106962A CN1178467C CN 1178467 C CN1178467 C CN 1178467C CN B981069622 A CNB981069622 A CN B981069622A CN 98106962 A CN98106962 A CN 98106962A CN 1178467 C CN1178467 C CN 1178467C
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Abstract

一种用于自动地跟踪运动目标的装置，包括：一个变焦距镜头和一个自动聚焦镜头和电荷耦合器件；以及其上安装有摄象机的摄象机支撑单元，用于绕一个轴和垂直于这一个轴的轴旋动该摄象机；一个平转/仰俯控制器检测目标的运动矢量，并控制该摄象机在对应于被测运动矢量的方向上移动相应的大小，当摄象机达到旋动范围的极限时，一个变焦/聚焦控制器在扩展摄象机的目标的搜寻范围的方向上执行一个变焦操作直到该目标被包括在预定的有效范围内为止。

Description

自动跟踪运动目标的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种自动跟踪运动目标的方法，以便通过对于摄像机的控制使得目标总是定位在摄像机镜头中心的前方，还涉及本方法相应的装置。
背景技术
在通常的电视会议系统、可视电话和监视系统中，摄像机用于拍摄一个目标并将拍摄的视频信号发送或存储在单独的记录介质中。在显示上述的系统开始时，摄像机就已被固定到每一个系统的主体。所以，在由于目标移动而不是处在摄像机的前面的情况下，使用者就要手动地调节系统本身或摄像机本身的位置，为的是使摄像机正对该目标，以便使得目标定位在摄像机镜头的前面。
但是，当在电视会议系统或可视电话系统中若使用者在谈话期间移动时，上述的方法使得使用者要顾及该摄像机，并不得不在观察监视器的同时直接地调节摄像机，这种系统的使用是不方便的。
为了解决上述的问题，传统的装置包括了用于在水平和垂直方向上旋动摄像机的一个摄像机驱动装置和一个用于检测目标移动的运动检测器，其中的摄像机自动地在一个方向上旋动到对应于被测的移动量。该摄像机驱动装置包括用于在水平和垂直方向上旋动该摄像机的两个马达。该运动检测器采用公知的数据块匹配算法(BMA)从显象管获得的顺序单元图形中检测目标的运动矢量。该装置产生对应于被测的目标运动矢量的大小和方向的马达驱动信号，并控制该摄像机，以便使得该目标定位在摄像机镜头的前方。所以，根据目标的移动来自动地调节摄像机的方法解决了使用上的不方便。
但是，在上述的自动方法中，当着目标是在摄像机能够旋动的水平和垂直方向之外时，摄像机不能够跟踪该目标。
发明内容
为了解决上述的问题，本发明的一个目的是提供一种把一个摄像机的目标搜寻范围扩展到一个变焦极限的方法当摄像机是在一摄像机的旋动范围内时执行传统的自动摄像机控制方法，而当摄像机是在摄像机旋动范围之外时执行一个变焦操作。
本发明的另一个目的是提供采用上述的方法的一个装置。
为了实现本发明的上述的目的，提供了一种使用在一个装置中用于自动跟踪一个移动目标的方法，该装置包括一个具有一个变焦距镜头和一个自动聚焦镜头，用于把目标的图像转换成电信号的摄像机；一个用于在相互垂直的方向上旋动摄像机的驱动器；用于检测摄像机的每一个方向的旋动范围的极限检测器和用于控制该摄像机、驱动器和检测器的控制器；该自动目标跟踪方法包括下列的步骤：(a)由所述控制器把顺序单元图像相互比较，检测一个目标的运动矢量，产生对应于该被测运动矢量的摄像机控制信号并控制该摄像机跟踪该运动目标；和(b)在当核查到该摄像机到达该摄像机的旋动范围的极限时，所述控制器在扩展摄像机的一个目标搜寻区域的方向上执行一个变焦操作，直到该目标被定位在一个预定的有效范围内为止。
为了实现本发明的另一个目的，还提供一种用于自动地跟踪运动目标的装置，该自动跟踪装置包括：
摄像机，包括一个变焦距镜头和一个自动聚焦镜头，用于把经过这些镜头输入的目标图像转换成电信号；摄像机支撑单元，包括其上安装有摄像机的摄像机驱动器，用于绕一个轴和垂直于这一个轴的轴旋动该摄像机，以及一个旋动极限检测器，用于检测该摄像机是否到达两个方向的旋转范围的极限，并输出旋转范围的每一个极限的检测信号；平转/仰俯控制器，用于把从摄像机输出的当前单元图像与前一个单元图像相比较，检测目标的运动矢量，并控制该摄像机驱动器，以便使得该摄像机移动到对应于检测信号的方向和大小；和变焦/聚焦控制器，无论何时有通知该摄像机到达其旋动范围的极限的检测信号被加入，该变焦/聚焦控制器用于在扩展摄像机目标搜寻范围的方向上调节变焦距镜头，从而使得摄像机跟踪该运动目标，并使用在摄像机中接收的图像的亮度成分调节一个自动聚焦镜头。
附图说明
将参照下列的附图描述最佳实施例：
图1是根据本发明最佳实施例的用于自动跟踪运动目标的一个自动跟踪摄像机装置框图；
图2A是图1的自动跟踪摄像机装置的侧视图；
图2B是在图2A中沿着直线2B-2B得到的自动跟踪摄像机装置的截面图；
图3A，3B和3C是说明图1示出的装置的操作流程图；
图4是说明一个过程的概念图，说明用于在图像平面π上从运动目标的位置成分获得摄像机的位移的过程；
图5示出在屏幕上搜寻到的目标的一个位置，此时摄像机逐步地在扩展摄像机搜寻范围的方向上执行一个变焦距操作；
图6示出在本发明的最佳实施例中的一个有效范围的设置。
具体实施方式
参考图1-6详细描述本发明的最佳实施例。
图1示出了根据本发明的最佳实施例的用于自动跟踪运动目标的自动跟踪摄像机装置的结构示意图。该装置包括用于捕获目标的图像并将其转换成电信号的摄像机1。该摄像机1包括一个镜头单元，具有一个变焦距镜头(没示出)和一个自动聚焦(AF)镜头(没示出)，以及一个用于把经过这些镜头输入的光的图像信号转换成一个电信号的电荷耦合器件(CCD)。其上安装有该摄像机1的摄像机支撑器2，包括用于在水平方向转动摄像机1的转盘(pan)马达3和在垂直方向转动摄像机1的仰俯马达4。
接到转盘马达3和仰俯马达4的平转/仰俯控制器5对应目标的移动控制转盘马达3和仰俯马达4的驱动。为此目的，该平转/仰俯控制器5首先获得目标的运动矢量并利用该获得的运动矢量计算由摄像机1在水平和垂直方向上将要转动的角度。随后，平转/仰俯控制器5产生对应于该摄像机1将要移动的方向和程度的马达驱动脉冲信号并将该产生的马达脉冲驱动信号输出到转盘马达3和仰俯马达4。结果是，转盘马达3在水平方向旋动该摄像机1，就是说在相对于摄像机1的镜头的前方的左和右方向上旋动摄像机1。同时，仰俯马达4在垂直方向旋动该摄像机，就是说在相对于摄像机1的镜头的前方的高和低方向上旋动摄像机1。
同时，图1装置中的一个变焦距/聚焦控制器6根据在图2A和2B中示出并安装在摄像机支撑器2中的末端位置传感器13、14、18和19输出的信号而调节摄像机1的变焦镜头来执行象移向或移离操作的变焦操作。在此，末端位置传感器13、14、18和19检测旋转范围的极限，在该范围之间，摄像机1能够在左或右(水平)方向或高或低(垂直)方向转动。如果变焦操作完成，则该变焦距/聚焦控制器6利用输入到摄像机1的图像的亮度成分调节摄像机1的AF镜头，以便自动地聚焦在一个焦点上。
而且，图1的装置中还包括一个接到平转/仰俯控制器5和变焦距/聚焦控制器6的系统控制器7。该系统控制器7初始化图1的装置并总体上控制着各个功能块的操作的顺序。
参考示出了图1装置的机械结构的图2A和2B，摄像机1包括一镜头单元8能够绕任意轴转动同时绕垂直于该任意轴的另一个轴转动。摄像机支撑器2实现摄像机1的旋转移动。摄像机支撑器2包括一个安装基座9和安装在安装基座9上的一个转盘移动支架11，并通过一个转盘转轴10和图1中示出的转盘马达3相连接。其中，该转盘移动支架11根据转盘马达3的旋动在一个角度“A”的范围内水平旋动摄象机1。而且，一个仰俯移动支架15经过仰俯转轴16接到仰俯马达4并安装在转盘移动支架11的上部。其中该仰俯移动支架15在垂直于转盘移动支架11的旋转方向的方向上在角度“B”的范围内旋动摄象机1。
而且，图2的摄象机支撑器2包括孔12和17，以及用于检测摄象机1在左或右(水平)方向或高或低(垂直)方向旋转的范围的末端位置传感器13、14、18和19。
首先，孔12是提供在转盘移动支架11中用于结合两对位置传感器13和14检测摄象机1在水平方向上的旋转极限。其中的孔12随着转盘移动支架11的转动而转动。而且，每一个位置传感器都包括一个放置在转盘移动支架11的内侧用于产生光线的发光部分“a”，和放置在转盘移动支架11的外侧的一个光的接收部分“b”，用于感应在发光部分a中产生的光线。这些位置传感器对应于角度A的左端和右端而被固定到基座上。所以当孔12对应于转盘移动支架11的旋动而到达角度A的左端或右端时，该位置传感器13和14及孔12形成一条直线。与此同时，出自发光部分“a”的光线经过孔12而在光的接收部分“b”中传感。其中光的接收部分“b”输出一个检测信号通知该摄象机1到达旋转的极限位置。利用这一原理，在图2B中示出的一个转盘左端(PLE)传感器13检测摄象机1的左旋转极限，而一个转盘右端(PRE)传感器14检测摄象机1的右旋转极限。
而且，提供在仰俯移动支架15中的孔17结合两对位置传感器18和19检测摄象机1在垂直方向上的旋转极限。其中，两对位置传感器18和19具有与上述的传感器13和14相同的结构和功能。这两个传感器是用于检测高旋转极限的仰俯上端(TUE)传感器18和用于检测低旋转极限的仰俯下端(TLE)传感器19，被分别固定到对应于角度B的高旋转极限和低旋转极限的位置。使用两对位置传感器18和19及孔17的对于摄象机1的垂直旋转极限的检测方法和用于检测摄象机1的水平旋转极限的方法相同。
图3A，3B和3C是用于解释图1中示出的装置的操作的流程图。在涉及图3A，3B和3C的整个操作流程中，步骤310到360是采用了本发明的主程序流程图，而步骤370到376对应于步骤360的子程序。上述的第一个步骤初始化用于自动跟踪目标的一个装置，检测目标的运动矢量，并使得摄象机1在对应于所检测的运动矢量的方向上移动相应的量，以便跟踪目标。上述的第二个步骤调节聚焦镜头，以便无论何时该目标移出在第一步骤中自动地跟踪运动目标的摄象机1的旋转极限之外时，使得目标的搜寻范围扩展到预定的有效范围，从而跟踪该目标。
参考图3A，系统控制器7把初始化命令加到平转/仰俯控制器5和变焦距/聚焦控制器6，以便对用于自动跟踪运动目标的装置进行初始化。从系统控制器7接收初始化命令的平转/仰俯控制器5调节转盘移动支架11和仰俯移动支架15的水平角度和垂直角度以便把摄象机1在水平和垂直方向旋动到零位置，并控制摄象机1的镜头单元8正对前方中心(步骤310)的方向。从系统控制器7接收初始化命令的变焦距/聚焦控制器6对变焦距镜头和AF镜头初始化，使得摄象机1具有最小的聚焦距离(步骤320)。
如果初始化的步骤结束，则系统控制器7控制摄象机1以检测目标的初始图像帧(步骤330)，并随后检测目标的顺序图像帧(340)。如果检测到目标的两个顺序的图像帧，该平转/仰俯控制器5就在系统控制器7的控制下得到一个对应于这两个顺序图像帧之间的差的运动矢量。在此的运动矢量能够由单独的视频信号处理器(没示出)而不是平转/仰俯控制器5得到。
在可视电话和电视会议系统中处理的一般的图像信号含有许多具有静态画面的背景图像。在图像中的目标的移动相当小。如上所述，此情况中的目标图像的移动是相当小的，所以两个顺序单元图像之间的关系具有相对大的相关性。一种公知的数据块匹配算法(BMA)被在特定的单元图像信号中用作获得目标的运动矢量的方法。该BMA把显示单元屏幕的图像信号划分成预定单元的幅度数据块，并从该显示单元屏幕的在先输入图像信号找出和将要被编码的当前数据块最为相似的一个数据块。该BMA在授予三星电子公司的发明人是Chio的美国专利US 5173772中详细公开，本发明使用这种BMA计算目标的运动矢量。
同时，如果目标的运动矢量被计算，则平转/仰俯控制器5将分析计算的运动矢量并判断该目标是否移动(步骤350)。在该目标移动判断步骤中，如果计算的运动矢量具有一个预定的或更大的幅值，则平转/仰俯控制器5断定该目标在移动，而如果计算的运动矢量具有的幅值小于预定的值，则平转/仰俯控制器5断定该目标没有移动。在判断的结果中，如果判断是目标没有移动，则程序返回到步骤340，并且重复执行步骤340-350，直到检测到目标的移动为止。
在步骤350的判断结果中，如果判断目标移动，则平转/仰俯控制器5产生对应于该运动矢量的马达驱动信号并控制摄象机1跟踪移动目标(步骤360)。该平转/仰俯控制器5利用运动矢量计算摄象机1将要移动的距离，以便将摄象机1移动到目标已经移动的距离。其中，摄象机1所移动的距离应该正比于运动矢量。随后，平转/仰俯控制器5产生对应于摄象机1计算的移动距离的马达驱动信号，并将该马达驱动信号输出到转盘马达3和仰俯马达4。其中的平转/仰俯控制器5能够提供特定的旋动方向控制信号，以便控制对应于目标的运动矢量的每一个马达的旋动方向，或者是能够利用该马达驱动信号控制每一个马达的旋动方向。都接收该马达驱动信号的转盘马达3和仰俯马达4在该方向上根据所提供的控制信号旋动到对应于目标的运动矢量的方向和大小。随后，按照每一个马达的转动而旋动的转盘移动支架11和仰俯移动支架15在水平和垂直方向上旋动摄象机1，以便校正由于目标的移动产生的位移。因此有可能使得摄象机1跟踪移动目标。
图4是一个概念示意图，说明从在图像平面π上移动的目标的位置成分得到摄象机1的位移的一个过程。首先，在图像帧上的目标的移动在图4中能够被表示成在图像平面π上的X方向上的和Y方向上的移动。所以，在图像平面π上的目标位置是t，目标的距离成分用(Xt，Yt)表示，并被转换成角度成分(φt，θt)。这一转换是通过下面的公式实现的(见Chen和Chang在1992年出版的“模式识别”第25卷的1171-1180页的文章：利用自适应预测器的视频跟踪系统)：
Figure C9810696200101
其中的f是摄象机的焦点距离(φo，θo)表示摄象机的初始光轴的(φ，θ)成分。
同时，利用计算的(φt，θt)，从下式计算出位移(Δφ，Δθ)：
其中的f可以由摄象机镜头的目标的图形的聚焦过程得到。对应该位移，平转/仰俯控制器5产生水平的和垂直的马达驱动信号，并转动摄象机1，以便控制该摄象机1去跟踪目标。
当着摄象机1在步骤360中跟踪目标的移动时，变焦距/聚焦控制器6检查极限位置传感器的状态，例如PLE传感器13、PRE传感器14、TUE传感器18和TLE传感器19(步骤370)。当着摄象机1在步骤360中跟踪目标时，变焦距/聚焦控制器6检测该目标是否在水平和垂直方向的旋转角度的极限之外。
同时，参考图3B，变焦距/聚焦控制器6核查安装在转盘移动支架11的左侧旋转极限位置的PLE传感器13是否在操作(步骤371)。在此，如果跟踪目标的摄象机1到达了该左侧旋转极限位置，则在转盘移动支架11上的孔12和该PLE传感器13就构成一条直线，使得传感器的输出值为“1”。在步骤371的检测结果中，如果传感器的输出值是“1”，则平转/仰俯控制器5将不能够进一步跟踪目标的移动。在此情况中，变焦距/聚焦控制器6控制提供在摄象机1中的变焦镜头在更宽的方向上进一步变焦距，从而扩展该摄象机的目标搜寻区域(步骤371a)。如果该变焦镜头在更宽的方向上调节，则目标的幅度减小且摄象机的目标搜寻范围被扩展。在此，摄象机的目标搜寻范围能够被扩展到变焦镜头的更宽的方向中的一个调节极限。
同时，如果步骤371a完成，变焦距/聚焦控制器6将判断这一过程是否到达最后进行的变焦步骤(步骤371b)。最后的进行变焦步骤意味着基于变焦透镜特性的变焦极限。其中在该摄象机扩展或缩小目标的搜寻区域的方向上没有能够进一步被执行变焦的操作。在这样的判断结果中，如果判断的结果是虽然目标不包括在有效区域(下面将要描述)中但是已经没有进一步的变焦能够被执行，则变焦距/聚焦控制器6将认为该目标是在变焦操作的跟踪范围之外，并控制该过程返回到初始状态的步骤310(步骤371c)。
图5示出了当变焦距/聚焦控制器6逐步地在更宽的方向上控制变焦镜头以便扩展摄象机的搜寻范围时的目标在屏幕上占据的相对比例。初始区域I表示作为目标的一个人定位在屏幕的左侧。随后，变焦距/聚焦控制器6控制该变焦镜头执行在更宽的方向上进一步的变焦操作，摄象机的目标搜寻区域扩展到区域II。在区域II中，目标在屏幕上占据的比例，即目标的幅度相对于区域I变小，并且目标的位置向着屏幕的中心移动。随后，如果变焦距/聚焦控制器6控制变焦镜头执行在更宽的方向上的变焦操作，则摄象机的目标搜寻范围扩展到区域III。在区域III中，在屏幕上目标的幅度与区域I和II相比进一步地缩小，并且，目标的位置进一步从左侧向屏幕的中心移动。如图5中所示，该变焦距/聚焦控制器6核查在屏幕上的目标的位置，从而逐步地在宽的方向上调节变焦镜头，直到目标更接近屏幕的中心为止。
在此情况中，由于该变焦距/聚焦控制器6难于直接地判断该目标是否更为接近屏幕的中心，所以定义一个预定的有效区域，并因此判断目标是否包括在该有效区域中。在判断的结果中，如果目标不是包括在有效区域中，则处理返回到步骤371a并继续执行变焦直到目标被包括在有效区域中为止(步骤371b)。有效区域是一个跟踪的目标实际地存在的区域。有效区域的大小应该设置为等于或小于屏幕的大小。在图6中示出了一个有效区域的实例，将在屏幕A上的不包括左和右及上的每个数据块的一部分设置为一个有效区域B。其中的一个数据块可以是8×8个象素构成。在图6中的实施例能够用于具有目标的小的变动和相对小的距离移动的可视电话或电视会议系统。在此，由于通常的目标是身体的上半部分或全部，所以有效区域最好是设置为不包括屏幕的左和右端及上端部分的屏幕。不同于图6的实例，有效区域设置的范围可以根据自动跟踪目标的装置应用的场合而设置。
而且，如果在步骤371d中目标是包括在预定的有效区域中，变焦距/聚焦控制器6将判断该摄象机1正确地跟踪目标，随即停止变焦并进一步旋动转盘移动支架11到相反于先前旋动的方向上。就是说，到右侧方向上(步骤371e)。这样作的原因是防止该位置传感器被继续传感。与此同时，变焦距/聚焦控制器6利用在已收视频信号中的亮度成分的最大值调节AF镜头，进入到将要描述的步骤373中，并检查垂直极限位置传感器18和19是否操作以传感垂直方向的极限位置。
同时，如果PLE13没有被检测，则变焦距/聚焦控制器6核查安装在转盘移动支架11的右侧旋转极限位置的PRE传感器14是否操作(步骤372)。如果在水平方向旋动该摄象机的转盘移动支架11旋动到右侧旋动极限位置并因此该PRE传感器14被检测，则变焦距/聚焦控制器6将执行图3B中的步骤372a-372e。除去水平右侧极限位置传感器14操作之外，在步骤372a-372e中执行的操作功能和在步骤371a-371e中相同。所以，如果目标是在摄象机的右侧旋动范围之外，该变焦距/聚焦控制器6将执行一个变焦操作。结果是，摄象机的目标搜寻范围扩展到一个预定的有效区域，从而跟踪移动的目标。如果目标被正确地跟踪，则过程返回到将要描述的步骤373，并检查是否目标是在垂直旋动范围的极限之外。
而且，如果在跟随步骤371的步骤372中不检测传感器，该目标存在于水平摄象机搜寻范围内。该变焦距/聚焦控制器6核查是否垂直极限位置传感器18和19被检测，如图3C所示。
参考图3C，变焦距/聚焦控制器6核查该TUE传感器18是否被检测以便传感在垂直方向旋动摄象机1的仰俯移动支架15的上旋动范围的极限(步骤373)。然后，变焦距/聚焦控制器6核查TLE传感器19是否被检测，以便检测下旋动范围的极限(374)如果TUE传感器18或TLE传感器19被传感，该摄象机1旋动到在垂直方向的上或下旋动范围的极限，并因此不能够跟踪移动的目标。在此情况中，变焦距/聚焦控制器6执行在图3C中示出的步骤373a-373e或374a-374e，并且控制摄象机1执行变焦操作直到该目标包括在预定的有效区域中。在步骤373a-373e或374a-374e中执行和步骤371a-371e中相同的功能。但是，如果步骤373e或374e执行完毕，则变焦距/聚焦控制器6控制该程序返回到步骤340。
同时，如果末端位置传感器13、14、18和19的任何之一都没有被检测用于传感水平的左和右及垂直的上和下旋动范围的极限，则变焦距/聚焦控制器6比较一个在后定义的区域的比例是否小于一个预定的值(步骤375)。传感器的任何之一都不被检测的结果意味着目标存在于摄象机的搜寻范围内。其中步骤375是用于防止目标在有效区域中被过分地减小，并且区域的比例被定义为相对于有效区域的大小而言的目标在有效区域中所占据的区域的比例。其中，该预定值把由目标在有效区域中占据的最佳比例设置为一个适当的值。所以，如果在步骤375中判断的结果的区域的比例是小于预定值，则意味着目标被过分地缩小。
在步骤375的判断结果中，如果区域的比例不小于该预定值，则意味着目标包括在有效区域中并由摄象机1搜寻作为一个希望的尺寸。因此，变焦距/聚焦控制器6返回到步骤340并控制摄象机1检测该目标随后的图像帧。
同时，在步骤375的判断结果中，如果区域的比例小于预定值，则意味着与有效区域的大小相比该目标被过分地减小。因此，变焦距/聚焦控制器6控制变焦镜头在远的方向上进一步执行变焦操作，以便进一步扩大目标的图像(步骤376)。步骤375和376被重复地执行，直到区域比例变为不小于预定的值。其中，在远的方向上的变焦镜头的调节所意味的是由目标所占据的在屏幕中的比例被扩大并且摄象机的搜寻范围被减小。
此外，在图3B和3C的流程图的操作中，用于检查摄象机1是否到达水平旋转范围的极限的步骤371和372和用于检查摄象机1是否到达垂直旋转范围的极限的步骤373和374在操作顺序上彼此可以是相反的。就是说，在图3A-3C的实施例中，水平极限位置传感器13和14被首先检查并随后检查垂直极限位置传感器18和19。但是，也可以首先检查垂直极限位置传感器18和19，随后检查水平极限位置传感器13和14。而且，检查水平左和右极限位置传感器的操作顺序和检查垂直上和下极限位置传感器的操作顺序也可以互相交换。但是，在用于检测左和右旋动极限范围的传感器和用于检测上和下旋动极限范围的传感器已经被检查之后，应该执行步骤375和376。
根据本发明的装置检测在摄象机水平和垂直旋动极限范围内的两个顺序的图像帧之间的该目标的运动矢量并控制摄象机在对应于被测结果的方向和大小上移动。而当目标移动到摄象机旋动范围的极限之外时，调节变焦镜头执行变焦操作，由此与已有技术相比极大地扩大摄象机目标的搜寻范围。所以，尽管由于目标相当大的移动而使得传统的装置不能够自动地跟踪该目标，但是本发明的装置提供了自动跟踪目标的效果。
尽管在此详细地描述了本发明的实施例，但是在不背离本发明的精神和范围的条件下显然有许多修正可以实现。

Claims (11)

1.一种用于自动地跟踪运动目标的装置，该自动跟踪装置包括：
摄像机，包括一个变焦距镜头和一个自动聚焦镜头，用于把经过这些镜头输入的目标的图像转换成电信号；
摄像机支撑装置，包括其上安装有摄像机的摄像机驱动器，用于绕一个轴和垂直于这一个轴的轴旋动该摄像机，以及旋动极限检测器，用于检测该摄像机是否到达两个方向的旋转范围的极限，并输出旋转范围的每一个极限的检测信号；
平转/仰俯控制器，用于把从摄像机输出的当前单元图像与前一个单元图像相比较，检测目标的运动矢量，并控制该摄像机驱动器，以便使得该摄像机移动在对应于检测信号的方向和大小；和
变焦/聚焦控制器，无论何时施加了通知该摄像机到达其旋动范围的极限的检测信号，该变焦/聚焦控制器用于在扩展摄像机目标搜寻范围的方向上调节变焦镜头，从而使得摄像机跟踪该运动目标，并使用在摄像机中接收的图像的亮度成分调节一个自动聚焦镜头。
2.根据权利要求1的装置，其中，所述摄像机支撑装置还包括基座，并且所述摄像机驱动器包括：安装在所述基座上并通过第一轴连接到第一马达的第一移动支架，用于随着所述第一马达的旋动在水平方向上控制所述摄像机；和安装在所述第一移动支架上并通过区别于所述第一轴的第二轴连接到第二马达的第二移动支架，用于随着所述第二马达的旋动在垂直方向上控制所述摄像机；和
所述旋动极限检测器包括：提供在每一个移动支架中的一个孔和提供在水平和垂直方向上的所述移动支架的每一个旋动极限位置的一个位置传感器，如果该孔随着移动支架的旋动而达到传感器的位置，则用于输出一个检测信号。
3.根据权利要求1的装置，其中，所述变焦/聚焦控制器在扩展摄像机的目标搜寻区域的方向上连续地执行变焦操作，直到该目标被包括在预定的有效区域为止。
4.根据权利要求3的装置，其中，所述预定有效区域是一个被设置用来区别目标是否靠近摄像机屏幕的中心的一个区域。
5.根据权利要求4的装置，其中，根据用于自动跟踪运动目标的装置的用途，将所述有效区域事先设定为一个适当的值，其中将该设定的值设定为等于或小于摄像机屏幕的大小。
6.根据权利要求3的装置，其中，如果目标不是包括在预定的有效范围之内并且变焦镜头达到变焦的极限，其中所述变焦/聚焦控制器判断在变焦/聚焦控制器的控制下该目标是在摄像机的目标搜索范围之外，并随后初始化该摄像机。
7.根据权利要求3的装置，其中，当着摄像机在所有的方向达到旋转范围的极限时，如果区域比例小于预定值，则其中所述变焦/聚焦控制器通过核查所述旋动极限检测器的检测信号执行一个在扩展目标的大小的方向上的变焦操作直到该区域比例变成预定的值为止，其中的区域比例被定义为相对于在屏幕上的有效区域而言的由目标占据的区域的比例，以便即使是目标包括在所述有效区域中也能够防止目标被过分地减小。
8.一种使用在一个装置中用于自动跟踪一个移动目标的方法，该装置包括一个具有一个变焦距镜头和一个自动聚焦镜头，用于把目标的图像转换成电信号的摄像机；一个用于在相互垂直的方向上旋动摄像机的驱动器；用于检测摄像机的每一个方向的旋动范围的极限检测器和用于控制该摄像机、驱动器和检测器的控制器；该自动目标跟踪方法包括下列步骤：
(a)所述控制器把顺序单元图像相互比较，检测一个目标的运动矢量，产生对应于该被测运动矢量的控制信号并控制该摄像机跟踪该运动目标；和
(b)无论何时核查到该摄像机到达该摄像机的旋动范围的极限时，所述控制器在扩展摄像机的一个目标搜寻区域的方向上执行一个变焦操作，直到该目标被定位在一个预定的有效范围内为止。
9.根据权利要求8的方法，其中，所述步骤(b)包括子步骤：
(b1)检测该摄像机是否在所有的方向的至少之一方向上达到旋动范围的极限；
(b2)无论何时在所述步骤(b1)中摄像机在所有的方向的至少之一上达到旋动范围的极限时，连续地在扩大摄像机的目标搜寻范围的方向上执行变焦操作；
(b3)在步骤(b2)中判断是否目标包括在预定的有效范围内，如果不包括在该范围内，则连续地执行变焦操作直到该目标包括在预定的有效区域中，并且，如果目标包括在预定有效区域中，则在相反于先前的旋动方向旋动该摄像机一步，以随后停止变焦操作；和
(b4)如果目标不包括在有效区域中并且变焦镜头达到该变焦极限，则初始化该摄像机。
10.根据权利要求9的方法，其中，如果在步骤(b1)的结果中的摄像机相对于所有的方向都没有达到旋动范围的极限并且区域的比例小于预定值，则在扩大目标的大小的方向上连续地执行变焦操作，直到该区域比例大于该预定值为止，其中的该区域比例被定义为相对于在屏幕的有效区域而言的由目标所占据的区域的比例。
11.根据权利要求9的方法，其中，所述步骤(b3)的预定的有效范围是一个设置为确定该目标是否定位于摄像机屏幕的中心部分的一个区域。
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