利用视频压缩算法控制摄像机的设备和方法 【技术领域】
本发明一般涉及拍摄物体的系统，尤其涉及利用在压缩输入图像期间获取的物体运动信息控制摄像机的方法。
背景技术
一般说来，数字拍摄系统利用数据压缩技术降低数据量，从而在拍摄期间记录量更大的图像数据，有利于把拍摄信息传输到远程地区。例如，数字电视传输系统压缩由摄像机获取的图像数据，和把压缩图像信号作为广播信号来传输。
图1是显示用于图像压缩/还原系统的传统图像压缩方法的流程图。当输入由摄像机拍摄的物体图像信息时(步骤S11)，图像压缩/还原系统进行输入图像的预处理(步骤S12)。也就是说，对原始摄像机输入进行信号处理，消除和防止来自输入图像的噪声。然后，通过将这样的处理图像与前帧相比较，计算宏块的运动向量(步骤S13)。接着，进行后处理，压缩输入图像(步骤S14)。进行数字编码(步骤S15)，和最后，生成输入图像的压缩数据(步骤S16)。
用于压缩图像数据的宏块‘运动向量’表示前帧和后帧的图像信号当中物体运动的方向。运动向量用二维，即水平和垂直方向表示。例如，如果特定宏块的运动向量显示(2，-3)的值，那么，这意味着特定宏块的运动向量沿着正水平方向已经移动了2个像素，和沿着负垂直方向已经移动了3个像素。
经过上述数据压缩，可以更大量地和更高速地存储图像数据和把图像数据传输到远程地区。
在某些应用中，使用自动跟踪系统是有利的。自动跟踪系统能够控制摄像机，通过输入图像的信号处理跟踪运动物体。
图2是显示传统摄像机控制过程的流程图。当输入图像时(步骤S21)，系统对输入图像进行预处理(步骤S22)。接着，把输入图像划分成数个区域(步骤S23)。把数个区域分类成背景区和运动区，以便提取运动物体(步骤S24)。然后，获取提取运动物体的尺寸和运动信息(步骤S25)。根据提取运动物体地尺寸和运动信息，控制摄像机的摇动/倾斜和镜头拉近/镜头推远。经历了上述处理之后，运动物体被自动跟踪，因此，可以进行拍摄。
通常，自动跟踪系统利用图像压缩算法，譬如，上述的那些图像压缩算法，降低存储和传输要求。当前正在进行研究，以便研究出一种能够利用因特网或无线通信网络，把正在跟踪的运动物体传输到远程地方的图像压缩算法。
但是，在如上所述的传统自动运动物体跟踪系统中，压缩输入图像的过程和跟踪运动物体的过程是独立进行的。由于当前用于摄像机控制的压缩输入图像的过程和跟踪运动物体的过程是分开进行的，因此，控制单元受到相当大的过载和不必要的功耗的制约。
【发明内容】
因此，本发明的目的是提供一种利用压缩信息控制摄像机的设备和方法，这种设备和方法能够根据在输入信息压缩过程中生成的信息，控制摄像机跟踪和拍摄运动物体。
上述目的是通过利用与根据本发明实施例的图像压缩算法相关的信息控制摄像机的设备和方法实现的，其中，该方法包括如下步骤：利用用于生成输入图像压缩数据的宏块运动向量，确定摄像机拍摄的输入图像的运动区和非运动区；从运动区中估计运动物体的中心值和尺寸；和利用估计的中心值和尺寸控制摄像机，以便摄像机跟踪和拍摄运动物体。
确定输入图像的运动区和非运动区的步骤包括如下步骤：计算宏块的运动距离；和根据计算的宏块运动距离与阈值之间的比较，确定运动区和非运动区。
最好把运动物体的尺寸确定成把运动区边界包围起来的正方形区域。正方形的中心最好用作运动物体的中心。确定的运动物体尺寸用于在拍摄期间的镜头拉近/推远控制。确定的运动物体中心值还用于在拍摄期间的摇动/倾斜。
并且还提供了如下步骤：把正方形内的区域设置成跟踪运动物体的跟踪窗；根据正方形内的前帧估计运动物体的运动位置；和根据估计的运动位置移动跟踪窗。摄像机控制步骤控制摄像机的拍摄方向。当跟踪窗的中心值处在预置的整个输入图像区之外时，可以根据估计的跟踪窗信息，改变摄像机方向。
以时分为基础进行运动物体中心值的估计和运动物体尺寸的估计。
本发明还易于作为存储根据在输入信息压缩过程中生成的信息，控制摄像机跟踪和拍摄运动物体的指令的计算机可读介质来实现。
根据本发明的实施例，摄像机控制方法利用图像压缩信息控制摄像机的运动。在有利地省略了跟踪运动物体的图像处理步骤的同时，可以根据为传统图像压缩计算的运动向量，控制摇动/倾斜和镜头拉近/推远。
【附图说明】
通过结合附图，对本发明的优选实施例进行如下详细描述，本发明的上述目的和特征将更加清楚，在附图中：
图1是显示传统图像压缩方法的流程图；
图2是显示利用图像信号自动跟踪运动物体的传统方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的自动运动物体跟踪系统的方块图；
图4是显示图3所示的自动跟踪系统的操作的流程图；
图5显示了从宏块的运动向量中确定运动和非运动区的过程；
图6显示了估计运动物体的尺寸和中心值的过程；
图7显示了摄像机的摇动/倾斜控制区；
图8显示了摄像机的镜头拉近/推远控制区；和
图9和10是分别显示摄像机控制时间和信息跟踪时间的时序图。
【具体实施方式】
现在参照在附图中显示的优选实施例，更详细地描述本发明。
图3是显示根据本发明实施例的运动物体跟踪系统的方块图。该运动物体跟踪系统包括拍摄单元100、图像压缩处理单元200、驱动单元300和拍摄控制单元400。
拍摄单元100包括透镜(未示出)和电荷耦合器件(未示出)，并且，在拍摄监视区的同时，生成图像信号。
图像压缩处理单元200进行数据压缩，以便降低从拍摄单元100传输的数据的数量，并且把压缩数据输出到存储设备(未示出)和网络传输设备(未示出)。为此，图像压缩处理单元200包括图像输入单元110，用于接收从拍摄单元100传输的图像；预处理单元120，用于预处理输出图像；运动向量计算单元130，用于根据预处理的输入图像与前帧之间的差值计算运动向量；后处理单元140，用于进行与为其计算运动向量的输入图像的压缩有关的后处理；和编码单元150，用于根据后处理输入图像的数据特性，生成压缩数据。
驱动单元300根据从拍摄控制单元400输出的控制信号，驱动拍摄单元100。由此，驱动单元300包括透镜驱动单元220，用于为涉及到输入图像的摇动/倾斜和镜头拉近/推远调整透镜；和摄像机驱动单元210，用于改变拍摄单元100的方向，以便跟踪和拍摄运动物体。
拍摄控制单元400从图像压缩处理单元200的运动向量计算单元130计算的宏块运动向量中估计运动物体的尺寸B和中心值C，和通过驱动单元300控制拍摄单元100。
图4是显示图3所示的运动物体跟踪系统的操作的流程图。
首先，当通过拍摄单元100拍摄物体时(步骤S310)，预处理单元120预处理通过图像输入单元200输入的输入图像(步骤S320)。在预处理之后，将图像与前帧相比较，因此，在运动向量计算单元130上计算出宏块的运动向量(步骤S330)。
对于为其计算运动向量的输入图像，根据输入图像的二进制数据阵列特性，生成压缩数据(步骤S340)。换句话说，在后处理单元140的压缩相关后处理之后(步骤S342)，在编码单元150中编码经后处理的输入图像，其结果是，生成压缩数据(步骤S346)。
同时，拍摄控制单元400通过根据在运动向量计算单元130上计算的运动向量，获取有关运动物体的信息，和根据获取的信息，输出控制信号，控制拍摄单元100(步骤S350)。
下面将更详细地描述利用计算的运动向量控制拍摄单元100的过程。
首先，拍摄控制单元400接收在运动向量计算单元130上计算的运动向量，并且确定输入图像的运动区和非运动区(步骤S352)。为了确定输入图像的运动区，拍摄控制单元400从宏块的运动向量中计算运动物体的运动距离(图5)，并且，将计算的运动距离与阈值相比较，以便确定宏块的运动区。参照图5，宏块的运动距离通过下式获得：
[方程1]
MOVINGDISTANCE＝MAX(|A|，|B|)此处，A是沿着水平方向的运动向量，和B是沿着垂直方向的运动向量。
参照图5，当宏块的运动距离大于阈值‘2’时，宏块被确定为运动宏块。当宏块的运动距离小于阈值‘2’时，宏块被确定为非运动宏块。图5的右方显示了将阈值与宏块的运动距离比较之后确定的运动区A。
宏块的运动距离可以用许多形式来表达，譬如，可以通过下式来表达：
[方程2]MOVINGDISTANCE=A2+B2]]>
当对输入图像确定运动区和非运动区时，拍摄控制单元400从运动区A中估计有关运动物体的尺寸B和中心值C的信息。如图6所示，运动物体的尺寸B根据把运动区的边界包围起来的正方形区域来确定。运动物体的中心值C根据代表运动物体的尺寸B的正方形的中心来确定。
参照图4，拍摄控制单元400根据有关运动物体的尺寸B和中心值C的信息，把拍摄控制信号输出到驱动单元300，控制拍摄单元100(步骤S356)。为了根据运动物体的尺寸B，保持运动物体在图像平面上的不变占有率，把镜头拉近/推远控制信号输出到透镜驱动单元220，控制拍摄单元100的镜头拉近/推远。而且，为了根据运动物体的中心值B把运动物体的中心与图像平面的中心对准，把摇动/倾斜控制信号输出到透镜驱动单元220，控制拍摄单元100的摇动/倾斜。此外，为了防止由于过控制引起的颤动出现在屏幕上，当运动物体的中心值C位于被定义成预置区域D之外的偏离区E中时，只进行拍摄单元100的摇动/倾斜控制(图7)。拍摄单元100的镜头拉近/推远控制还以这样的方式进行，使得当运动物体的中心值C处在预置的整个输入图像区G的内部F之中时，把镜头拉近，而当运动物体的中心值C处在预置的整个输入图像区G的外部H之中时，把镜头推远。
拍摄控制单元400可以把正方形内的区域设置成跟踪运动物体的移动的跟踪窗，并且，通过把跟踪窗移动到运动物体的位置，跟踪运动物体。这里，运动物体的位置是根据正方形内的前帧估计的。当跟踪窗的中心值处在预置的整个输入图像区的外部时，随着把控制信号输出到摄像机驱动单元31改变摄像机的方向，根据估计的跟踪窗信息控制拍摄单元100的拍摄方向。
在控制摄像机期间，存在着由摄像机的移动生成的、而不是由物体的实际移动生成的输入图像运动向量。最好不使用如此生成的运动向量。因此，利用时分，以便如图9的时序图所示的那样，执行与运动物体的尺寸和中心值有关的摄像机控制时间a′和估计时间a。图10是显示与运动物体信息b和摄像机控制b′有关的时间的时序图。
如上所述，借助于根据本发明实施例的利用压缩相关信息的摄像机控制方法，取得了重要的进步。当从图像压缩系统中获取物体跟踪的基本信息时，使中央处理单元的负荷比传统运动物体跟踪系统的负荷显著地减少了。此外，由于把图像压缩功能和拍摄控制功能彼此组合在一起，实现了成本效益。
当然，对于本领域的普通技术人员来说，显而易见，上述概念可以以软件实施例的形式实现。这样的实施例包括如上所述的、存储根据在输入信息压缩过程中生成的信息，控制摄像机跟踪和拍摄运动物体的指令的计算机可读介质。
尽管已经描述了本发明的优选实施例，但是，本领域的普通技术人员应该明白，本发明不应该仅限于上述优选实施例，而是可以在所附权利要求书规定的本发明的精神和范围之内进行各种各样的改变和改进。