一种嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及计算机网络技术领域，尤其涉及一种嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质。


背景技术：

2.受教育部大力推广的农远工程启发，依托现代互联网技术的高速发展，包括学习方式的改变、e
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learning技术空前的发展与应用，网络教学的日益普及等，近年来智能跟踪教学系统逐渐在我国各大中小学课堂教学中获得推广，成为教学技能培训的主要形式之一。随着近年来图像处理及计算机视觉理论中目标跟踪技术研究的快速发展，以及计算机和相关硬件设备日新月异的技术更新速度和生产成本的降低，智能跟踪教学系统不仅能让每个普通老师在不受任何约束授课的同时拍摄实时跟踪图像，而且拥有提供了各类界面接口，便于操作的优势，在各教学培训领域获得了更为广泛的需求和应用。
3.日常教学中，老师可以按照平时的教学习惯进行授课，系统将会自动对其运动特征进行分析计算，通过高效稳定的跟踪策略保证老师时刻处于拍摄画面的适当区域，然后将老师授课以及与学生互动交流的过程制作成多媒体文件(课件、教学资源等)，借助于网络教学和远程点播等教学平台，可以为边远地区学生提供优质的教学资源，并且该系统还能为政府会议、企业培训、学术交流、基础教育等行业提供多媒体信息化的解决方案。
4.目前市面上的智能教室中，常用的老师追踪方式，普遍是基于软件的多设备实现的老师课堂跟踪：一般需要配备摄像机和用于进行相应后续图像处理的电脑来实现老师课堂追踪。因目前安装在智能教室中的摄像机的位置固定，其拍摄角度较窄，所以为了拍摄到老师在课堂内的所有位置信息，需要的摄像机数量至少为两台。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质，旨在解决现有技术中的教室内需配套若干台摄像头及一台用于图形处理的电脑而导致安装调试麻烦，后续图像拼接处理繁琐的问题。
6.本发明的技术方案如下：
7.利用可动摄像头扫描获取老师讲台区域的扫描信息，并将扫描信息发送至可动摄像头的内处理器中；
8.内处理器对扫描信息进行分析处理，获取老师所的初始位置，并使可动摄像头拍摄对象对位到老师的初始位置；
9.可动摄像头持续获取图像信息，并将图像信息发送至可动摄像头的内处理器中；
10.内处理器对图像信息进行分析处理，获得老师的位置变化信息；
11.内处理器根据老师的位置变化信息生成调控指令，并将调控指令发送给可动摄像头的驱动设备；
12.所述驱动设备执行调控指令，驱动可动摄像头跟踪拍摄老师。
13.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述利用可动摄像头扫描获取老师讲台区域的图像信息的步骤包括：
14.所述可动摄像头通过所述驱动设备调整至默认拍摄高度；
15.所述可动摄像头的拍摄目标移动至老师讲台的一端；
16.所述可动摄像头启动拍摄并持续获取图像信息，且在驱动设备驱动下使得拍摄对象从讲台的一端逐渐靠近老师讲台的另一端移动。
17.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述可动摄像头获取并发送扫描信息时，内处理器对扫描信息实时处理，当内处理器对扫描信息分析处理获得老师的初始位置时，发出指令控制可动摄像头停止扫描，使可动摄像头的拍摄对象对应老师的初始位置。
18.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述位置信息还包括人脸信息。
19.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述调控指令包括移动信息和变焦控制信息。
20.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述驱动设备为云台。
21.所述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法中，所述云台为全方位云台。
22.本发明又一实施例还提供了一种嵌入式单摄像机的老师跟踪系统，所述系统包括至少一个处理器；以及，
23.与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
24.所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法。
25.本发明的另一实施例还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，所述非易失性计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行时，可使得所述一个或多个处理器执行上述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法。
26.本发明的另一实施例还提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法。
27.有益效果：本发明公开了一种嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质，相比于现有技术，本发明实施例仅需采用一个具有嵌入式内处理器的可动摄像头即可实现老师教学跟踪，利用云台驱动可动摄像头扫描老师讲台区域结合内处理器的图像分析功能而获取了老师的起始位置，然后通过持续化的图像信息采集和图像分析处理，确定老师的位置变化信息，进而生成云台的调控指令，利用云台驱动可动摄像头跟踪老师运动，实现老师教学跟踪；本发明的跟踪方法通过单个具有嵌入式内处理器的可动摄像头即可实现老师教学个跟踪，有效减少了后续图像拼接处理的过程、并降低了设备的安装难度。
附图说明
28.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
29.图1为本发明提供的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法较佳实施例的流程图；
30.图2为本发明提供的嵌入式单摄像机的老师跟踪系统较佳实施例的硬件结构示意图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。以下结合附图对本发明实施例进行介绍。
32.请参阅图1，图1为本发明提供的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法较佳实施例的流程图。如图1所示，其包括如下步骤：
33.s100、利用可动摄像头扫描获取老师讲台区域的扫描信息，并将扫描信息发送至可动摄像头的内处理器中；
34.s200、内处理器对扫描信息进行分析处理，获取老师所的初始位置，并使可动摄像头拍摄对象对位到老师的初始位置；
35.s300、可动摄像头持续获取图像信息，并将图像信息发送至可动摄像头的内处理器中；
36.s400、内处理器对图像信息进行分析处理，获得老师的位置变化信息；
37.s500、内处理器根据老师的位置变化信息生成调控指令，并将调控指令发送给可动摄像头的驱动设备；
38.s600、所述驱动设备执行调控指令，驱动可动摄像头跟踪拍摄老师。
39.本实施例中，可动摄像头内置有嵌入式内处理器，内处理器中具有图像分析算法和跟踪云台控制代码；其中，可动摄像头通过步骤s100、s200扫描获取老师在老师讲台中的位置，实现了老师初始位置的追踪，然后重复执行步骤s300
‑
s600持续跟踪老师，实现老师教学跟踪。
40.更具体地，所述可动摄像头由驱动设备调整拍摄对象进而实现对老师讲台的扫描拍摄，将获得的扫描图像即扫描信息发送给可动摄像头内置的内处理器中，内处理器利用图像分析算法计算获取老师的初始位置，获得老师的初始位置后，可动摄像头持续获取图像信息，内处理器利用图像分析算法计算获取老师的位置变化信息，跟踪云台控制代码，计算并得出相应的调控指令，然后所述内处理器将调控指令发送给驱动设备，利用驱动设备改变可动摄像头的拍摄对象位置，使其能实时调整跟踪老师，并采集需求的跟踪信息。
41.本发明提供的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法，实现了单摄像头的老师跟踪功能，无需配备两台摄像头和独立进行图像解析的电脑，有效后续图像拼接处理的过程、并降低了设备的安装难度。
42.进一步地，所述利用可动摄像头扫描获取老师讲台区域的图像信息的步骤包括：
43.所述可动摄像头通过所述驱动设备调整至默认拍摄高度；
44.所述可动摄像头的拍摄目标移动至老师讲台的一端；
45.所述可动摄像头启动拍摄并持续获取图像信息，且在驱动设备驱动下使得拍摄对象从讲台的一端逐渐靠近老师讲台的另一端移动。
46.本实施例中，默认拍摄高度的拍摄对象为略高于老师讲台，确保可动摄像头拍摄对象不受讲台遮挡，且能有效追踪老师的上半身。
47.另外，拍摄目标优先始于老师讲台远离进门的一端。
48.进一步地，所述可动摄像头获取并发送扫描信息时，内处理器对扫描信息实时处理，当内处理器对扫描信息分析处理获得老师的初始位置时，发出指令控制可动摄像头停
止扫描，使可动摄像头的拍摄对象对应老师的初始位置。
49.内处理器获取所述扫描信息后，若老师进入扫描区间内，则通过图像处理分析可以获取老师的初始信息，具体过程为：对开课前图像信息记录一个固定图像背景帧，再记录一个前一帧，然后拿当前帧和背景帧做帧差，就是像素值相减，如果差值小于40，则将预先分配好的二值化结果帧当前的像素值赋值0，如果差值大于40再拿当前帧和前一帧做帧差，差值小于5的情况下，也将结果帧当前的像素值赋值0，同时更新背景帧当前像素值为当前帧的值，大于5的情况则将结果帧当前的像素值赋值255。这样下来之后得到了一个结果二值化的图像帧，通过水平方向的扫描结果帧判断寻找像素值为255的区域的中心点即能得到目标在图像中的位置，即获取了老师的初始位置。
50.本实施例中，获得老师的初始位置后，内处理器发出停止扫描运动的指令给驱动设备，使得可动摄像头的拍摄对象正对老师，其后开始执行老师跟踪过程，即开始执行步骤s300
‑
s600。
51.步骤s400中，所述老师的位置变化信息包括老师的位置以及老师的位移情况；其中，获取老师的位置在分析处理图像而获取了老师的位置后，与在前获得的老师的位置进行比对，从而确定老师的位移情况，其中，在前获得的位置可按预设帧数进行区分，如一帧前后比对、两帧前后比对等。
52.进一步地，所述位置信息还包括人脸信息。
53.本实施例中，图像信息处理过程中，还包括了人脸识别算法：图像识别算法主机将教师摄像机提供的人脸识别图像数据识别出老师面部在图像垂直方向的位置(默认处理图像宽高为640*480，高为480，通过像素扫描得到人脸在图像中的像素位置)；结合人脸信息，内处理器发出的调控指令还包括了高度位置信息，从而可调整所述可动摄像头的拍摄高度，实现了老师的人脸追踪。
54.进一步地，所述调控指令包括移动信息和变焦控制信息。
55.本实施例中，驱动设备执行移动信息和变焦控制信息中的动作指令，使得可动摄像头能跟踪老师并采集信息，将采集的信息进行录像或直播或进行其他交互教学模式。
56.其中，所述移动信息包括上下转动信息和左右转动信息，所述左右转动信息和上下转动信息分别用于可动摄像头跟踪采集位置的水平位置和高度位置，使得可动摄像头拍摄对象能正好跟踪采集老师。
57.进一步地，所述驱动设备为云台。
58.电动云台适用于对大范围进行扫描监视，它可以扩大摄像机的监视范围。电动云台高速姿态是由两台执行电动机来实现，电动机接受来自处理器的信号精确地运行定位。在调控指令的作用下，云台上的可动摄像机既可有效跟踪老师。
59.进一步地，所述云台为全方位云台。
60.一般来说，全方位云台的水平旋转角度为0
°
～350
°
，垂直旋转角度为 90
°
，恒速云台的水平旋转速度一般在3
°
～10
°
/s，垂直速度为4
°
/s左右。变速云台的水平旋转速度一般在0
°
～32
°
/s，垂直旋转速度在0
°
～16
°
/s左右。在一些高速摄像系统中，云台的水平旋转速度高达480
°
/s以上，垂直旋转速度在120
°
/s以上，从而确保了可动摄像头能及时准确地跟踪老师位置。
61.具体地，云台内装两个电动机，使得所述可动摄像头的水平及垂直转动的角度大
小可根据调控指令中的上下转动信息和左右转动信息进行调节，进而能有效跟踪获取老师所在区域的影像，而调控指令中的变焦控制信息则用于可动摄像头摄像调焦，确保跟踪采集设备能清楚捕捉到老师的面貌。
62.本实施例中，教室中仅需采用一个具有嵌入式内处理器的可动摄像头即可实现老师教学跟踪，利用云台驱动可动摄像头扫描老师讲台区域结合内处理器的图像分析功能而获取了老师的起始位置，然后通过持续化的图像信息采集和图像分析处理，确定老师的位置变化信息，进而生成云台的调控指令，利用云台驱动可动摄像头跟踪老师运动，实现老师教学跟踪；本发明的跟踪方法通过单个具有嵌入式内处理器的可动摄像头即可实现老师教学个跟踪，有效减少了后续图像拼接处理的过程、并降低了设备的安装难度。
63.本发明另一实施例提供一种嵌入式单摄像机的老师跟踪系统，如图2所示，系统10包括：
64.一个或多个处理器110以及存储器120，图2中以一个处理器110为例进行介绍，处理器110和存储器120可以通过总线或者其他方式连接，图2中以通过总线连接为例。
65.处理器110用于完成系统10的各种控制逻辑，其可以为通用处理器、数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)、单片机、arm(acorn risc machine)或其它可编程逻辑器件、分立门或晶体管逻辑、分立的硬件组件或者这些部件的任何组合。还有，处理器110还可以是任何传统处理器、微处理器或状态机。处理器110也可以被实现为计算设备的组合，例如，dsp和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器结合dsp核、或任何其它这种配置。
66.存储器120作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法对应的程序指令。处理器110通过运行存储在存储器120中的非易失性软件程序、指令以及单元，从而执行系统10的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法。
67.存储器120可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据系统10使用所创建的数据等。此外，存储器120可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器120可选包括相对于处理器110远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至系统10。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
68.一个或者多个单元存储在存储器120中，当被一个或者多个处理器110执行时，执行上述任意方法实施例中的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s600。
69.本发明实施例提供了一种非易失性计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s500。
70.作为示例，非易失性存储介质能够包括只读存储器(rom)、可编程rom(prom)、电可编程rom(eprom)、电可擦rom(eeprom)或闪速存储器。易失性存储器能够包括作为外部高速缓存存储器的随机存取存储器(ram)。通过说明丽非限制，ram可以以诸如同步ram(sram)、
动态ram、(dram)、同步dram(sdram)、双数据速率sdram(ddr sdram)、增强型sdram(esdram)、synchlink dram(sldram)以及直接rambus(兰巴斯)ram(drram)之类的许多形式得到。本文中所描述的操作环境的所公开的存储器组件或存储器旨在包括这些和/或任何其他适合类型的存储器中的一个或多个。
71.本发明的另一种实施例提供了一种计算机程序产品，计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，计算机程序包括程序指令，当程序指令被处理器执行时，使所述处理器执行上述方法实施例的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法。例如，执行以上描述的图1中的方法步骤s100至步骤s600。
72.综上所述，本发明公开的嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质中，方法包括：利用可动摄像头扫描获取老师讲台区域的扫描信息，并将扫描信息发送至内处理器中；内处理器分析获取老师所的初始位置，并使可动摄像头拍摄对象对位到老师的初始位置；可动摄像头持续获取图像信息，并将图像信息发送至可动摄像头的内处理器中；内处理器对分析获取老师的位置变化信息；内处理器根据老师的位置变化信息生成调控指令，并将调控指令发送给可动摄像头的驱动设备；所述驱动设备执行调控指令，驱动可动摄像头跟踪拍摄老师。本发明的实施例通过单个具有嵌入式内处理器的可动摄像头即可实现老师教学个跟踪，有效减少了后续图像拼接处理的过程、并降低了设备的安装难度。
73.以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。
74.通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施例可借助软件加通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存在于计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络电子设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分的方法。
75.除了其他之外，诸如"能够'、"能"、"可能"或"可以"之类的条件语言除非另外具体地陈述或者在如所使用的上下文内以其他方式理解，否则一般地旨在传达特定实施方式能包括(然而其他实施方式不包括)特定特征、元件和/或操作。因此，这样的条件语言一般地不旨在暗示特征、元件和/或操作对于一个或多个实施方式无论如何都是需要的或者一个或多个实施方式必须包括用于在有或没有学生输入或提示的情况下判定这些特征、元件和/或操作是否被包括或者将在任何特定实施方式中被执行的逻辑。
76.已经在本文中在本说明书和附图中描述的内容包括能够提供嵌入式单摄像机的老师跟踪方法、系统及存储介质的示例。当然，不能够出于描述本公开的各种特征的目的来描述元件和/或方法的每个可以想象的组合，但是可以认识到，所公开的特征的许多另外的组合和置换是可能的。因此，显而易见的是，在不脱离本公开的范围或精神的情况下能够对本公开做出各种修改。此外，或在替代方案中，本公开的其他实施例从对本说明书和附图的考虑以及如本文中所呈现的本公开的实践中可能是显而易见的。意图是，本说明书和附图中所提出的示例在所有方面被认为是说明性的而非限制性的。尽管在本文中采用了特定术
语，但是它们在通用和描述性意义上被使用并且不用于限制的目的。