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    重庆时时彩龙虎和坑爹: 一种目标跟踪方法及目标跟踪装置.pdf

    关 键 词:
    一种 目标 跟踪 方法 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN201611033196.X

    申请日:

    2016.11.14

    公开号:

    CN106683123A

    公开日:

    2017.05.17

    当前法律状态:

    实审

    有效性:

    审中

    法律详情: 实质审查的生效IPC(主分类):G06T 7/292申请日:20161114|||公开
    IPC分类号: G06T7/292(2017.01)I 主分类号: G06T7/292
    申请人: 纳恩博(北京)科技有限公司
    发明人: 唐矗; 孙晓路; 陈子冲; 卿明; 吴庆; 任冠佼; 蒲立
    地址: 100192 北京市海淀区西小口路66号中关村东升科技园北领地B-2号楼C206室
    优先权: 2016.10.31 CN 2016109718806
    专利代理机构: 北京华沛德权律师事务所 11302 代理人: 房德权
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201611033196.X

    授权公告号:

    |||

    法律状态公告日:

    2017.06.09|||2017.05.17

    法律状态类型:

    实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备上设置有摄像头和无载波通信???,所述方法包括:通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝幌喽晕恢眯畔?;通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位置信息;基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述跟踪目标与所述电子设备的第三相对位置信息;基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标行进。本发明实现了提高目标跟踪方法的稳定性和鲁棒性的技术效果。同时,本发明还公开了一种目标跟踪装置。

    权利要求书

    1.一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,其特征在于,所述电子设备上设置有摄像头
    和无载波通信???,所述方法包括:
    通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝幌喽晕恢眯畔?;
    通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位置信息;
    基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述跟踪目标与所述电子
    设备的第三相对位置信息;
    基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标行进。
    2.如权利要求1所述的目标跟踪方法,其特征在于,
    所述第一相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第一距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第一夹角;
    所述第二相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第二距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第二夹角;
    所述第三相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第三距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第三夹角。
    3.如权利要求1所述的目标跟踪方法,其特征在于,所述通过所述无载波通信??槿范?br />跟踪目标与所述电子设备的第一相对位置信息,包括:
    通过所述无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定所述第一相对位置信息;其中,所
    述信标设置在所述跟踪目标上。
    4.如权利要求1所述的目标跟踪方法,其特征在于,所述通过所述摄像头确定所述跟踪
    目标与所述电子设备的第二相对位置信息,包括:
    获取所述摄像头采集的图像数据;
    在所述图像数据中确定所述跟踪目标对应的目标模板;
    基于视觉跟踪算法,利用所述目标模板确定所述第二相对位置信息。
    5.如权利要求4所述的目标跟踪方法,其特征在于,在所述图像数据中确定所述跟踪目
    标对应的目标模板,包括:
    基于等式确定后续帧图像中的所述目标模板的大??;
    其中,Pt为所述后续帧图像中的所述目标模板的大小,P0为初始帧图像中的所述目标模
    板的大小,d0为在所述初始帧图像对应的初始时刻确定的所述第一距离,dt为在所述后续帧
    图像对应的后续时刻确定的所述第一距离,所述后续帧图像和所述初始帧图像属于所述图
    像数据,且所述后续帧图像位于所述初始帧图像之后。
    6.如权利要求2所述的目标跟踪方法,其特征在于,所述基于所述第一相对位置信息和
    所述第二相对位置信息,确定所述跟踪目标与所述电子设备的第三相对位置信息,包括:
    基于等式d=duwb·cosθv,确定所述电子设备与所述跟踪目标的第三距离:
    其中,d为所述第三距离,duwb为所述第一距离,θv为所述摄像头的俯仰角;
    基于等式θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb,确定所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的
    第三夹角:
    其中,θ为所述第三夹角;θuwb为所述第一夹角;θvision为所述第二夹角;σ为0至1的常数,
    用于调整θvision和θuwb的权重。
    7.如权利要求2所述的目标跟踪方法,其特征在于,所述基于所述第三相对位置信息,
    控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标行进,包括以下至少一项:
    基于所述第三夹角,调节所述电子设备的行进方向,使得所述电子设备朝向所述跟踪
    目标行进;
    基于所述第三夹角,调节所述摄像头的仰俯角,使得所述摄像头对准所述跟踪目标;
    基于所述第三距离,调节所述电子设备的行进速度。
    8.一种目标跟踪装置,应用于电子设备中,其特征在于,所述电子设备上设置有摄像头
    和无载波通信???,所述目标跟踪装置,包括:
    第一确定单元,用于通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝幌?br />对位置信息;
    第二确定单元,用于通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位
    置信息;
    第三确定单元,用于基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述
    跟踪目标与所述电子设备的第三相对位置信息;
    控制单元,用于基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标行
    进。
    9.如权利要求8所述的目标跟踪装置,其特征在于,
    所述第一相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第一距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第一夹角;
    所述第二相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第二距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第二夹角;
    所述第三相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第三距离和/或所
    述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第三夹角。
    10.如权利要求8所述的目标跟踪装置,其特征在于,所述第一确定单元,包括:
    第一确定子单元,用于通过所述无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定所述第一
    相对位置信息;其中,所述信标设置在所述跟踪目标上。
    11.如权利要求8所述的目标跟踪装置,其特征在于,所述第二确定单元,包括:
    获取子单元,用于获取所述摄像头采集的图像数据;
    第二确定子单元,用于在所述图像数据中确定所述跟踪目标对应的目标模板;
    第三确定子单元,用于基于视觉跟踪算法,利用所述目标模板确定所述第二相对位置
    信息。
    12.如权利要求11所述的目标跟踪装置,其特征在于,所述第二确定子单元,具体用于:
    基于等式确定后续帧图像中的所述目标模板的大??;
    其中,Pt为所述后续帧图像中的所述目标模板的大小,P0为初始帧图像中的所述目标模
    板的大小,d0为在所述初始帧图像对应的初始时刻确定的所述第一距离,dt为在所述后续帧
    图像对应的后续时刻确定的所述第一距离,所述后续帧图像和所述初始帧图像属于所述图
    像数据,且所述后续帧图像位于所述初始帧图像之后。
    13.如权利要求9所述的目标跟踪装置,其特征在于,所述第三确定单元,包括:
    第四确定子单元,用于基于等式d=duwb·cosθv,确定所述电子设备与所述跟踪目标的
    第三距离:其中,d为所述第三距离,duwb为所述第一距离,θv为所述摄像头的俯仰角;
    第五确定子单元,用于基于等式θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb,确定所述电子设备的行进
    方向与所述跟踪目标的第三夹角:其中,θ为所述第三夹角;θuwb为所述第一夹角;θvision为所
    述第二夹角;σ为0至1的常数,用于调整θvision和θuwb的权重。
    14.如权利要求9所述的目标跟踪装置,其特征在于,所述控制单元,包括以下至少一
    项:
    第一调节子单元,用于基于所述第三夹角,调节所述电子设备的行进方向,使得所述电
    子设备朝向所述跟踪目标行进;
    第二调节子单元,用于基于所述第三夹角,调节所述摄像头的仰俯角,使得所述摄像头
    对准所述跟踪目标;
    第三调节子单元,用于基于所述第三距离,调节所述电子设备的行进速度。

    说明书

    一种目标跟踪方法及目标跟踪装置

    技术领域

    本发明涉及电子技术领域,尤其涉及一种目标跟踪方法及目标跟踪装置。

    背景技术

    目前,机器人已经广泛普及,且应用于各个领域。例如,地面机器人(例如:平衡车)
    可用于代步出行,治安巡逻,等等;空中机器人(例如:无人机)可用于物资运输,灾难救援,
    地形勘探,电力巡检,影视拍摄,等等。

    机器人可以对跟踪目标进行跟踪,机器人在跟踪目标行进过程中,大多利用摄像
    头采集跟踪目标的图像数据,并利用视觉跟踪算法确定跟踪目标与机器人的相对位置,再
    基于该相对位置跟踪该跟踪目标行进。但是这种方法稳定性差,容易受到光照变化的干扰,
    鲁棒性较低。

    发明内容

    本发明实施例通过提供一种目标跟踪方法及目标跟踪装置,解决了现有技术中的
    目标跟踪方法存在稳定性差,鲁棒性较低的技术问题。

    一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备上设置有摄像头和无载波
    通信???,所述方法包括:

    通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝幌喽晕恢眯畔?;

    通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位置信息;

    基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述跟踪目标与所述
    电子设备的第三相对位置信息;

    基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标行进。

    优选地,所述第一相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第一
    距离和/或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第一夹角;

    所述第二相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第二距离和/
    或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第二夹角;

    所述第三相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第三距离和/
    或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第三夹角。

    优选地,所述通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝幌喽?br />位置信息,包括:

    通过所述无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定所述第一相对位置信息;其
    中,所述信标设置在所述跟踪目标上。

    优选地,所述通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位置
    信息,包括:

    获取所述摄像头采集的图像数据;

    在所述图像数据中确定所述跟踪目标对应的目标模板;

    基于视觉跟踪算法,利用所述目标模板确定所述第二相对位置信息。

    优选地,所述在所述图像数据中确定所述跟踪目标对应的目标模板,包括:

    基于等式确定后续帧图像中的所述目标模板的大??;

    其中,Pt为所述后续帧图像中的所述目标模板的大小,P0为初始帧图像中的所述目
    标模板的大小,d0为在所述初始帧图像对应的初始时刻确定的所述第一距离,dt为在所述后
    续帧图像对应的后续时刻确定的所述第一距离,所述后续帧图像和所述初始帧图像属于所
    述图像数据,且所述后续帧图像位于所述初始帧图像之后。

    优选地,所述基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述跟
    踪目标与所述电子设备的第三相对位置信息,包括:

    基于等式d=duwb·cosθv,确定所述电子设备与所述跟踪目标的第三距离:

    其中,d为所述第三距离,duwb为所述第一距离,θv为所述摄像头的俯仰角;

    基于等式θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb,确定所述电子设备的行进方向与所述跟踪目
    标的第三夹角:

    其中,θ为所述第三夹角;θuwb为所述第一夹角;θvision为所述第二夹角;σ为0至1的
    常数,用于调整θvision和θuwb的权重。

    优选地,所述基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标
    行进,包括以下至少一项:

    基于所述第三夹角,调节所述电子设备的行进方向,使得所述电子设备朝向所述
    跟踪目标行进;

    基于所述第三夹角,调节所述摄像头的仰俯角,使得所述摄像头对准所述跟踪目
    标;

    基于所述第三距离,调节所述电子设备的行进速度。

    另一方面,本发明通过本发明的一实施例,提供如下技术方案:

    一种目标跟踪装置,应用于电子设备中,所述电子设备上设置有摄像头和无载波
    通信???,所述目标跟踪装置,包括:

    第一确定单元,用于通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡?br />一相对位置信息;

    第二确定单元,用于通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相
    对位置信息;

    第三确定单元,用于基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定
    所述跟踪目标与所述电子设备的第三相对位置信息;

    控制单元,用于基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目
    标行进。

    优选地,所述第一相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第一
    距离和/或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第一夹角;

    所述第二相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第二距离和/
    或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第二夹角;

    所述第三相对位置信息包括:所述电子设备与所述跟踪目标之间的第三距离和/
    或所述电子设备的行进方向与所述跟踪目标的第三夹角。

    优选地,所述第一确定单元,包括:

    第一确定子单元,用于通过所述无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定所述
    第一相对位置信息;其中,所述信标设置在所述跟踪目标上。

    优选地,所述第二确定单元,包括:

    获取子单元,用于获取所述摄像头采集的图像数据;

    第二确定子单元,用于在所述图像数据中确定所述跟踪目标对应的目标模板;

    第三确定子单元,用于基于视觉跟踪算法,利用所述目标模板确定所述第二相对
    位置信息。

    优选地,所述第二确定子单元,具体用于:

    基于等式确定后续帧图像中的所述目标模板的大??;

    其中,Pt为所述后续帧图像中的所述目标模板的大小,P0为初始帧图像中的所述目
    标模板的大小,d0为在所述初始帧图像对应的初始时刻确定的所述第一距离,dt为在所述后
    续帧图像对应的后续时刻确定的所述第一距离,所述后续帧图像和所述初始帧图像属于所
    述图像数据,且所述后续帧图像位于所述初始帧图像之后。

    优选地,所述第三确定单元,包括:

    第四确定子单元,用于基于等式d=duwb·cosθv,确定所述电子设备与所述跟踪目
    标的第三距离:其中,d为所述第三距离,duwb为所述第一距离,θv为所述摄像头的俯仰角;

    第五确定子单元,用于基于等式θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb,确定所述电子设备的
    行进方向与所述跟踪目标的第三夹角:其中,θ为所述第三夹角;θuwb为所述第一夹角;θvision
    为所述第二夹角;σ为0至1的常数,用于调整θvision和θuwb的权重。

    优选地,所述控制单元,包括以下至少一项:

    第一调节子单元,用于基于所述第三夹角,调节所述电子设备的行进方向,使得所
    述电子设备朝向所述跟踪目标行进;

    第二调节子单元,用于基于所述第三夹角,调节所述摄像头的仰俯角,使得所述摄
    像头对准所述跟踪目标;

    第三调节子单元,用于基于所述第三距离,调节所述电子设备的行进速度。

    本发明实施例中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:

    在本发明实施例中,公开了一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备
    上设置有摄像头和无载波通信???,所述方法包括:通过无载波通信??槿范ǜ倌勘暧?br />电子设备的第一相对位置信息;通过摄像头确定跟踪目标与电子设备的第二相对位置信
    息;基于第一相对位置信息和第二相对位置信息,确定跟踪目标与电子设备的第三相对位
    置信息;基于第三相对位置信息,控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进。由于电子设备同时
    搭载无载波通信??楹蜕阆裢?,将无载波通信??槿范ǖ牡谝幌喽晕恢眯畔⒑蜕阆裢啡范?br />的第二相对位置信息进行融合,获得了准确性更高的第三相对位置信息,再利用第三相对
    位置信息控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进,所以有效地解决了现有技术中的目标跟踪
    方法存在稳定性差,鲁棒性较低的技术问题,实现了提高目标跟踪方法的稳定性和鲁棒性
    的技术效果。

    附图说明

    为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使
    用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本
    领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的
    附图。

    图1为本发明实施例中一种目标跟踪方法的流程图;

    图2-图3为本发明实施例中目标跟踪方法应用于平衡车的示意图,其中,图2为侧
    视图,图3为俯视图;

    图4为本发明实施例中目标跟踪方法应用于无人机的示意图;

    图5为本发明实施例中一种目标跟踪装置的结构图。

    具体实施方式

    本发明实施例通过提供一种目标跟踪方法及目标跟踪装置,解决了现有技术中的
    目标跟踪方法存在稳定性差,鲁棒性较低的技术问题。

    本发明实施例的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:

    一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备上设置有摄像头和无载波
    通信???,所述方法包括:通过所述无载波通信??槿范ǜ倌勘暧胨龅缱由璞傅牡谝?br />相对位置信息;通过所述摄像头确定所述跟踪目标与所述电子设备的第二相对位置信息;
    基于所述第一相对位置信息和所述第二相对位置信息,确定所述跟踪目标与所述电子设备
    的第三相对位置信息;基于所述第三相对位置信息,控制所述电子设备跟踪所述跟踪目标
    行进。

    为了更好的理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上
    述技术方案进行详细的说明。

    首先说明,本文中出现的术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表
    示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三
    种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

    实施例一

    本实施例提供了一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备可以是:地
    面机器人(例如:平衡车)、或无人机(例如:多旋翼无人机、或固定翼无人机)、或电动汽车等
    设备,此处,对于所述电子设备具体是何种设备,本实施例不做具体限定。

    在具体实施过程中,在电子设备上设置有摄像头和无载波通信???,所述无载波
    通信??榫咛蹇梢允荱WB(Ultra Wideband,超宽带)通信???,UWB是一种与传统通信技术
    有极大差异的通信技术,不需要使用载波来传输信号,而是通过发送和接收具有纳秒或亚
    秒级以下的极窄脉冲来传递数据,其具有抗干扰性能强、无载波、设备发射功率低等特点,
    可以用于精确定位,其距离精度能够达到10厘米左右。当然,本发明实施例的无线载波通信
    ??橐膊唤鱿抻赨WB通信???,实际应用中任何能用于目标跟踪的无线载波通信??橛Φ?br />都属于本发明实施例的?;し段?。

    如图2所示,以所述电子设备是平衡车为例,可以在平衡车的操控杆上安装摄像头
    和UWB通信???。

    如图4所示,以所述电子设备是无人机为例,可以在无人机下方安装摄像头和UWB
    通信???,其中,该UWB通信??槲蠊β蔝WB通信???,具有较远的检测距离,适用于高空
    飞行的无人机。

    进一步,如图1所示,本实施例提供的目标跟踪方法,包括:

    步骤S101:通过无载波通信??槿范ǜ倌勘暧氲缱由璞傅牡谝幌喽晕恢眯畔?。

    作为一种可选的实施例,步骤S101,包括:

    通过无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定第一相对位置信息;其中,所述信
    标设置在所述跟踪目标上。

    在具体实施过程中,第一相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第一距
    离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第一夹角。

    在具体实施过程中,跟踪目标携带有UWB信标,UWB信标内设置有接收天线,UWB通
    信??槟谏柚糜蟹⑸涮煜?,通过UWB通信??榭梢愿杏Φ経WB信标的位置,从而确定电子设
    备与跟踪目标之间的第一距离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第一夹角。但是,在
    UWB信标的接收天线与UWB通信??槟诘姆⑸涮煜呒较虿灰恢率?例如:在UWB信标姿态
    变化),获取的第一夹角的精度将大幅下降,容易出现跟踪方向的摆动。

    步骤S102:通过摄像头确定跟踪目标与电子设备的第二相对位置信息。

    作为一种可选的实施例,步骤S102,包括:

    获取摄像头采集的图像数据;在图像数据中确定跟踪目标对应的目标模板;基于
    视觉跟踪算法,利用目标模板确定第二相对位置信息。

    在具体实施过程中,第二相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第二距
    离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第二夹角。

    在具体实施过程中,可以在电子设备上设置一个摄像头或多个摄像头(例如:两个
    或两个以上的摄像头),通过摄像头采集包含跟踪目标的图像数据,然后在其中的某一帧图
    像(即:初始帧图像)中确定跟踪目标对应的目标模板,再利用视觉跟踪算法计算出电子设
    备与跟踪目标之间的第二距离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第二夹角。其中,所
    述视觉跟踪算法可以是任何短期跟踪(short-term tracking)算法,此处不做具体限定。另
    外,在确定跟踪目标对应的目标模板时,可以将摄像头采集到的初始帧图像通过显示屏显
    示出来,并获取用户的选择操作,再基于该选择操作从初始帧图像中确定所述目标模板;或
    者,还可以利用显著性分析(saliency detection)或目标检测(object detection)等方法
    确定所述目标模板。

    在具体实施过程中,基于视觉跟踪算法,可以根据初始帧图像中定义的跟踪目标
    对应的目标模板,训练一模型对后续帧图像中该跟踪目标进行跟踪,并在跟踪过程不断更
    新模型,以达到适应目标物体姿态变化,以及克服复杂背景干扰的目的。由于无需离线训
    练,该方法具有很高的通用性,可以对用户指定的任何物体进行跟踪;此外,基于视觉跟踪
    算计算出的第二夹角准确性很高。但是,由于实际应用场景往往十分复杂(例如:光照的变
    化,相似目标的干扰),因此视觉跟踪算法的鲁棒性不好,计算出的第二距离容易受到影响,
    无法达到产品应用级别,此外,也无法准确地判断跟踪目标是否跟丢。

    作为一种可选的实施例,所述在图像数据中确定跟踪目标对应的目标模板,包括:

    基于等式(1)确定后续帧图像中的目标模板的大?。?br />


    其中,Pt为后续帧图像中的目标模板的大小,P0为初始帧图像中的目标模板的大
    小,d0为在初始帧图像对应的初始时刻确定的第一距离,dt为在后续帧图像对应的后续时刻
    确定的第一距离,后续帧图像和初始帧图像属于图像数据,且后续帧图像位于初始帧图像
    之后。

    举例来讲,在t0时刻(即:初始时刻),在从初始帧图像中确定跟踪目标对应的目标
    模板后,记录该目标模板的大小P0,以及记录在t0时刻通过UWB通信??槿范ǖ牡缱由璞赣?br />跟踪目标之间的第一距离d0;在t0时刻之后的t1时刻(即:后续时刻),在利用视觉跟踪算法
    从后续帧图像(即:初始帧之后的任一帧)中确定电子设备与跟踪目标的第二相对位置信息
    时,获取通过UWB通信??槿范ǖ牡缱由璞赣敫倌勘曛涞牡谝痪嗬雂t;并基于等式(1)
    确定后续帧图像中的跟踪目标对应的目标模板的大小Pt:


    由于,在利用视觉跟踪算法确定第二相对位置信息时,需要考虑目标模板的大小
    和目标模板在图像中的位置,目标模板的大小能够反映跟踪目标距离电子设备的远近(一
    般,目标模板越大,距离越近;目标模板越小,距离越远),若目标模板大小不准确,则会影响
    第二相对位置信息的准确性。由于UWB通信??椴饬康降牡谝痪嗬胱既沸院芨?,此处利用
    UWB通信??椴饬康降牡谝痪嗬肜葱拚勘昴0宓拇笮?,再基于修正后的目标模板的大小
    (即:Pt)利用视觉跟踪算法来确定第二相对位置信息,可以大大提升第二相对位置信息的
    准确性,提升视觉跟踪算法的精度。

    步骤S103:基于第一相对位置信息和第二相对位置信息,确定跟踪目标与电子设
    备的第三相对位置信息。

    在具体实施过程中,由于通过UWB通信获得测得的第一相对位置信息和通过视觉
    跟踪算法获得的第二相对位置信息都存在优点和不足(一般来讲,UWB通信??榛竦玫牡谝?br />距离要比视觉跟踪算法获得的第二距离更准确,而视觉跟踪算法获得的第二夹角又要比
    UWB通信??榛竦玫牡谝患薪歉幼既?,所以,此处将第一相对位置信息和第二相对位置
    信息相融合(对于具体融合方式,此处不做限定),目的在于获取更准确的第三相对位置信
    息。

    在具体实施过程中,第三相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第三距
    离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第三夹角。

    另外,在利用UWB通信??槎愿倌勘杲懈偈?,是不会出现跟丢的情况的,所
    以UWB通信??槿范ǖ牡谝幌喽晕恢眯畔⒒箍梢杂糜诟ㄖ泳醺偎惴ɡ磁卸勘晔欠穸?br />失,从而解决了视觉跟踪算法无法准确地判断跟踪目标是否跟丢的问题。

    在具体实施过程中,在某些不利情况下,第一相对位置信息或第二相对位置信息
    的准确性可能会急剧下降,严重影响最终的第三相对位置信息的准确性。为了避免这种情
    况,可以对第一相对位置信息和第二相对位置信息分别设置置信度,用于分别表示第一相
    对位置信息和第二相对位置信息的可信程度。若第一相对位置信息和第二相对位置信息一
    致性较高,则不考虑置信度,直接将第一相对位置信息和第二相对位置信息进行融合,获得
    第三相对位置信息;若第一相对位置信息和第二相对位置信息差异较大,则置信度较高的
    信息的起决定性作用;或者,在某一信息的置信度太低时,直接不予考虑。

    其中,在通过UWB通信??楦杏WB信标的位置来确定第一相对位置信息时,可能
    会受到环境中其它无线信号的干扰,导致确定的第一相对位置信息不够准确,可信程度不
    高。所以,此处针对每一时刻获得的第一相对位置信息都设置一置信度,来表示每一时刻获
    得的第一相对位置信息的可信程度。具体来讲,可以在t0时刻确定第一相对位置信息时,保
    存UWB通信??楦杏WB信标时的波形信号(简称:原始波形信号)以作备用,在t0时刻之后
    的ti时刻,在通过UWB通信??楦杏WB信标的位置时,将ti时刻UWB通信??楦杏Φ降牟ㄐ?br />信号(简称:第i波形信号)与原始波形信号做比对,计算出第i波形信号与原始波形信号的
    相似度,将该相似度作为在ti时刻获取的第一相对位置信息的置信度。其中,相似度越大,
    则说明在ti时刻获取的第一相对位置可信程度越高,即置信度越高;相似度越小,则说明在
    ti时刻获取的第一相对位置可信程度越低,即置信度越低。

    其中,在基于视觉跟踪算法确定第二相对位置信息时,可能会出现跟丢的情况,此
    时目标模板内的目标并不是原始的跟踪目标,导致确定的第二相对位置信息不准确,可信
    程度不高。所以,此处针对每一帧图像获得的第二相对位置信息都设置一置信度,来表示每
    一帧图像获得的第二相对位置信息的可信程度。具体来讲,可以保存初始帧图像中目标模
    板内的图像(简称:原始图像)以作备用,在对后续帧图像确定第二位置信息时,获取后续帧
    图像中目标模板内的图像(简称:后续图像),并将后续图像与原始图像做比对,计算出后续
    图像与原始图像的相似度,将该相似度作为基于后续帧图像确定的第二位置信息的置信
    度。其中,相似度越大,则说明基于后续帧图像确定的第二位置信息的可信程度越高,即置
    信度越高;相似度越小,则说明基于后续帧图像确定的第二位置信息的可信程度越低,即置
    信度越低。

    下面,以所述电子设备为平衡车为例,对步骤S103进行举例说明。

    如图2所示,在对第一距离和第二距离进行比较时,发现第二距离与第一距离差异
    较大,而第一距离的置信度更高,则在确定平衡车与跟踪目标的第三距离时,可以只考虑了
    第一距离。例如,可以基于等式(2)确定第三距离:

    d=duwb·cosθv (2)

    其中,d为第三距离,duwb为第一距离,摄像头可以上下转动,θv为摄像头的俯仰角,
    此处,使用摄像头仰角来近似第一夹角θuwb。

    如图3所示,在确定平衡车的行进方向与跟踪目标的第三夹角时,还可以考虑UWB
    通信??榈男阅?,基于UWB通信??榈男阅茉降鹘诘谝患薪呛偷诙薪堑娜ㄖ?。例如,可以
    基于等式(3)确定平衡车的行进方向与跟踪目标的第三夹角:

    θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb (3)

    其中,θ为第三夹角;θuwb为第一夹角;θvision为第二夹角;σ为0至1的常数,用于调整
    θvision和θuwb的权重。σ与UWB通信??榈男阅苡泄?,若UWB通信??榈男阅茉胶?,其测得的θuwb
    准确性越高,则θuwb的权重越大;若UWB通信??榈男阅茉讲?,其测得的θuwb准确性越低,则
    θuwb的权重越小。

    下面,以所述电子设备为无人机为例,对步骤S103进行举例说明。

    如图4所示,在确定跟踪目标到无人机的水平方向的距离(即:第三距离)时,视觉
    跟踪算法所确定的第二夹角误差较大,其置信度太低,所以不予考虑。例如,可以基于等式
    (4)计算跟踪目标到无人机的水平方向的距离(即:第三距离):

    d=duwb·cosθuwb (4)

    其中,d为第三距离,duwb为第一距离,θuwb为第一夹角,由于UWB通信??楣潭ㄔ谖?br />人机上,此处可以将无人机姿态倾角近似作为是第一夹角θuwb。

    在确定无人机的行进方向与跟踪目标的仰俯角(即:第三夹角)时,也可以考虑UWB
    通信??榈男阅?,基于UWB通信??榈男阅茉降鹘诘谝患薪呛偷诙薪堑娜ㄖ?。例如,可以
    基于等式(3)确定无人机的行进方向与跟踪目标的仰俯角(即:第三夹角):

    θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb (3)

    其中,θ为第三夹角;θuwb为第一夹角(可以用无人机姿态倾角近似代替);θvision为
    第二夹角;σ为0至1的常数,用于调整θvision和θuwb的权重。σ与UWB通信??榈男阅苡泄?,若
    UWB通信??榈男阅茉胶?,则θuwb的权重越大;若UWB通信??榈男阅茉讲?,则θuwb的权重越
    小。

    步骤S104:基于第三相对位置信息,控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进。

    作为一种可选的实施例,步骤S103,包括:基于第三夹角,调节电子设备的行进方
    向,使得电子设备朝向跟踪目标行进;和/或,基于第三夹角,调节摄像头的仰俯角,使得摄
    像头对准跟踪目标。

    举例来讲,在所述电子设备是平衡车时,可以基于第三夹角调节平衡车的行进方
    向,使得平衡车朝向跟踪目标行进,同时,基于第三夹角调节平衡车上摄像头的仰俯角,使
    得摄像头对准跟踪目标,保证跟踪目标始终位于摄像头拍摄的图像的中心。

    举例来讲,在所述电子设备是无人机时,可以基于第三夹角调节无人机的飞行方
    向(可以通过调节无人机的仰俯角、偏航角、滚转角,来对无人机的飞行方向进行调节),使
    得无人机朝向跟踪目标飞行,同时,还可以基于第三夹角调节无人机上摄像头的仰俯角,使
    得摄像头对准跟踪目标,保证跟踪目标始终位于摄像头拍摄的图像的中心。

    作为一种可选的实施例,步骤S103,还包括:基于第三距离调节电子设备的行进速
    度。

    举例来讲,在所述电子设备是平衡车时,可以基于第三距离调节平衡车的行驶速
    度,其中,平衡车的行驶速度与第三距离为正比例关系,在第三距离越大时,平衡车的行驶
    速度越大,从而可以缩短平衡车与跟踪目标之间的距离,防止跟丢;在第三距离越小时,则
    平衡车的行驶速度越小,以避免平衡车与跟踪目标发生碰撞。

    举例来讲,在所述电子设备是无人机时,可以基于第三距离调节无人机的飞行速
    度,其中,无人机的飞行速度与第三距离为正比例关系,在第三距离越大时,无人机的飞行
    速度越大,从而可以缩短无人机与跟踪目标之间的距离,防止跟丢;在第三距离越小时,则
    无人机的飞行速度越小,以避免无人机与跟踪目标发生碰撞。

    另外,还可以基于跟踪目标对应的目标模板的大小,调节电子设备的行驶速度。具
    体来讲,在初始帧图像中确定的目标模板,在后续帧图像中该目标模板的大小会发生变化。
    一般,电子设备与跟踪目标的距离越近,则目标模板的尺寸越大,此处可以定义电子设备的
    行进速度(或飞行速度)反比于目标模板的尺寸,可以采用sigmoid函数制定速度衰减模型,
    使电子设备在接近目标物体的时候快速减速,以避免发生碰撞。

    上述本发明实施例中的技术方案,至少具有如下的技术效果或优点:

    在本发明实施例中,公开了一种目标跟踪方法,应用于电子设备中,所述电子设备
    上设置有摄像头和无载波通信???,所述方法包括:通过无载波通信??槿范ǜ倌勘暧?br />电子设备的第一相对位置信息;通过摄像头确定跟踪目标与电子设备的第二相对位置信
    息;基于第一相对位置信息和第二相对位置信息,确定跟踪目标与电子设备的第三相对位
    置信息;基于第三相对位置信息,控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进。由于电子设备同时
    搭载无载波通信??楹蜕阆裢?,将无载波通信??槿范ǖ牡谝幌喽晕恢眯畔⒑蜕阆裢啡范?br />的第二相对位置信息进行融合,获得了准确性更高的第三相对位置信息,再利用第三相对
    位置信息控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进,所以有效地解决了现有技术中的目标跟踪
    方法存在稳定性差,鲁棒性较低的技术问题,实现了提高目标跟踪方法的稳定性和鲁棒性
    的技术效果。

    实施例二

    本实施例提供了一种目标跟踪装置,应用于电子设备中,所述电子设备上设置有
    摄像头和无载波通信???,如图5所示,所述目标跟踪装置,包括:

    第一确定单元201,用于通过无载波通信??槿范ǜ倌勘暧氲缱由璞傅牡谝幌?br />对位置信息;

    第二确定单元202,用于通过摄像头确定跟踪目标与电子设备的第二相对位置信
    息;

    第三确定单元203,用于基于第一相对位置信息和第二相对位置信息,确定跟踪目
    标与电子设备的第三相对位置信息;

    控制单元204,用于基于第三相对位置信息,控制电子设备跟踪所述跟踪目标行
    进。

    作为一种可选的实施例,第一相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第
    一距离和/或电子设备的行进方向与跟踪目标的第一夹角;

    第二相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第二距离和/或电子设备的
    行进方向与跟踪目标的第二夹角;

    第三相对位置信息包括:电子设备与跟踪目标之间的第三距离和/或电子设备的
    行进方向与跟踪目标的第三夹角。

    作为一种可选的实施例,第一确定单元201,包括:

    第一确定子单元,用于通过无载波通信??楦杏π疟甑奈恢?,从而确定第一相对
    位置信息;其中,信标设置在跟踪目标上。

    作为一种可选的实施例,第二确定单元202,包括:

    获取子单元,用于获取摄像头采集的图像数据;

    第二确定子单元,用于在图像数据中确定跟踪目标对应的目标模板;

    第三确定子单元,用于基于视觉跟踪算法,利用目标模板确定第二相对位置信息。

    作为一种可选的实施例,所述第二确定子单元,具体用于:

    基于等式确定后续帧图像中的所述目标模板的大??;

    其中,Pt为所述后续帧图像中的所述目标模板的大小,P0为初始帧图像中的所述目
    标模板的大小,d0为在所述初始帧图像对应的初始时刻确定的所述第一距离,dt为在所述后
    续帧图像对应的后续时刻确定的所述第一距离,所述后续帧图像和所述初始帧图像属于所
    述图像数据,且所述后续帧图像位于所述初始帧图像之后。

    作为一种可选的实施例,第三确定单元203,包括:

    第四确定子单元,用于基于等式d=duwb·cosθv,确定电子设备与跟踪目标的第三
    距离:其中,d为第三距离,duwb为第一距离,θv为摄像头的俯仰角;

    第五确定子单元,用于基于等式θ=σ·θvision+(1-σ)·θuwb,确定电子设备的行进
    方向与跟踪目标的第三夹角:其中,θ为第三夹角;θuwb为第一夹角;θvision为第二夹角;σ为0
    至1的常数,用于调整θvision和θuwb的权重。

    作为一种可选的实施例,控制单元204,包括以下至少一项:

    第一调节子单元,用于基于第三夹角,调节电子设备的行进方向,使得电子设备朝
    向跟踪目标行进;

    第二调节子单元,用于基于第三夹角,调节摄像头的仰俯角,使得摄像头对准跟踪
    目标;

    第三调节子单元,用于基于第三距离,调节电子设备的行进速度。

    由于本实施例所介绍的电子设备为实施本发明实施例中信息处理的方法所采用
    的电子设备,故而基于本发明实施例中所介绍的信息处理的方法,本领域所属技术人员能
    够了解本实施例的电子设备的具体实施方式以及其各种变化形式,所以在此对于该电子设
    备如何实现本发明实施例中的方法不再详细介绍。只要本领域所属技术人员实施本发明实
    施例中信息处理的方法所采用的电子设备,都属于本发明所欲?;さ姆段?。

    上述本发明实施例中的技术方案,至少具有如下的技术效果或优点:

    在本发明实施例中,公开了一种目标跟踪装置,应用于电子设备中,电子设备上设
    置有摄像头和无载波通信???,所述目标跟踪装置,包括:第一确定单元,用于通过无载波
    通信??槿范ǜ倌勘暧氲缱由璞傅牡谝幌喽晕恢眯畔?;第二确定单元,用于通过摄像头
    确定跟踪目标与电子设备的第二相对位置信息;第三确定单元,用于基于第一相对位置信
    息和第二相对位置信息,确定跟踪目标与电子设备的第三相对位置信息;控制单元,用于基
    于第三相对位置信息,控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进。由于电子设备同时搭载无载
    波通信??楹蜕阆裢?,将无载波通信??槿范ǖ牡谝幌喽晕恢眯畔⒑蜕阆裢啡范ǖ牡诙?br />对位置信息进行融合,获得了准确性更高的第三相对位置信息,再利用第三相对位置信息
    控制电子设备跟踪所述跟踪目标行进,所以有效地解决了现有技术中的目标跟踪方法存在
    稳定性差,鲁棒性较低的技术问题,实现了提高目标跟踪方法的稳定性和鲁棒性的技术效
    果。

    本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序
    产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实
    施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机
    可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产
    品的形式。

    本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程
    图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流
    程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合??商峁┱庑┘扑慊绦?br />指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产
    生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实
    现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

    这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
    定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指
    令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或
    多个方框中指定的功能。

    这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计
    算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或
    其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一
    个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

    尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造
    性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优
    选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

    显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精
    神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围
    之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

    关于本文
    本文标题:一种目标跟踪方法及目标跟踪装置.pdf
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