一种目标跟踪控制方法及装置与流程

本发明实施例涉及目标跟踪技术，尤其涉及一种目标跟踪控制方法及装置。

背景技术：

目前，目标跟踪技术发展迅速，以跟踪机器人为代表的目标跟踪终端的应用空间非常广阔。例如，可应用于足球机器人、仓库存储、行李运输以及超市购物等方面。

在应用于足球机器人时，机器人需要跟踪足球以完成带球、传球以及射门等动作；在应用于仓库存储时，货物跟踪终端需要追踪目标货物以实现货物的搬运以及放置等操作；行李运输是一个潜在的发展领域，例如行李跟踪终端可以在机场帮助乘客运输行李，能按照乘客行走的路线，将行李同步运送到乘客到达的位置；再比如超市的购物车如果安装上目标跟踪模块，则购物车就可以自动的跟着顾客行走，从而使顾客的购物过程能够更加的方便和愉快。

可见机器人等目标跟踪终端需要一直跟随它的“主人”，要实现该功能，需要有实现目标跟踪的控制能力，对目标物体进行实时跟踪。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种目标跟踪控制方法及装置，以实现终端对目标物体的实时跟踪。

第一方面，本发明实施例提供了一种目标跟踪控制方法，包括：

获取终端实时采集的图像；

提取当前图像中与所述目标物体相对应的目标色块；

将所述目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制所述终端前进/后退，以实现对所述目标物体的跟踪。

第二方面，本发明实施例还提供了一种目标跟踪控制装置，包括：

图像获取模块，用于获取终端实时采集的图像；

目标色块提取模块，用于提取当前图像中与所述目标物体相对应的目标色块；

跟踪控制模块，用于将所述目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制所述终端前进/后退，以实现对所述目标物体的跟踪。

本发明实施例通过提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块；将该目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪，解决了如何控制终端的移动，使终端实时跟踪目标物体的问题，使终端与目标物体之间的距离能够得以控制，从而使终端能够实时跟踪目标物体。

附图说明

图1是本发明实施例一中提供的一种目标跟踪控制方法的流程图；

图2是本发明实施例二中提供的一种目标跟踪控制方法的流程图；

图3是本发明实施例三中提供的一种目标跟踪控制方法的流程图；

图4是本发明实施例四中提供的一种目标跟踪控制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种目标跟踪控制方法的流程图，本实施例可用于目标跟踪的情形，该方法可以由目标跟踪控制装置来执行，该装置可以由软件和/或硬件的方式实现，该装置可以集成在任何具有目标跟踪控制功能的终端设备中，例如典型的是应用于足球机器人、仓库存储的跟踪机器人和行李运输以及超市购物等方面的跟踪终端设备等。该方法具体包括如下步骤：

步骤110、获取终端实时采集的图像。

其中，终端具有图像采集的功能，可以不断的获取终端面前的外界环境的图像。

具体的，终端可以是机器人，机器人在跟踪目标物体时，需要有图像采集功能的部件，例如可以是摄像头，可以通过拍摄视频的方式不断地采集机器人面前的外界环境的图像，图像采集的速度可以设置，例如该采集速度可以是20帧每秒。

步骤120、提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块。

其中，当前图像具体可为终端在当前时刻采集的终端面前的外界环境的图像。目标物体具体可为终端所要跟踪的物体。

本步骤中，可通过图像处理的方法从当前图像中提取出与目标物体相对应的目标色块。目标色块在当前图像中即可代表目标物体。

步骤130、将目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪。

其中，目标色块的有效面积可以是通过图像处理方法获取的目标色块的轮廓所包围的面积，还可以是根据目标色块的轮廓获取的最小包络几何图形的面积，该几何图形优选为矩形。预设面积值为终端与目标物体之间的距离为理想距离时，所对应的目标色块的有效面积值。终端与目标物体之间的距离变化，会使目标色块的有效面积发生变化。将目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对所述目标物体的跟踪。

优选的，根据比较结果控制所述终端前进/后退，包括：当目标色块的有效面积与预设面积值的差值大于第一预设面积差值时，控制终端后退；当目标色块的有效面积与预设面积值的差值小于第二预设面积差值时，控制终端前进；其中，第一预设面积差值为正值或0；第二预设面积差值为负值或0。

具体的，可使终端与目标物体之间的当前距离处于预设距离范围内，该预设距离范围设定的越小，则预设距离范围的上限值和下限值越接近，则跟踪精度越高。预设距离范围内包含一个预设距离值，该预设距离值可理解为终端与目标物体的理想距离，预设距离值与预设面积值对应，即终端与目标物体之间的距离为预设距离值时，目标色块的有效面积与预设面积值相等；预设距离范围的上限值与第二预设面积差值对应，预设距离范围的下限值与第一预设面积差值对应。当目标色块的有效面积与预设面积值的差值大于第一预设面积差值时，即终端与目标物体之间的当前距离小于预设距离范围的下限值，则控制终端后退，使终端与目标物体之间的距离增大；当目标色块的有效面积与预设面积值的差值小于第二预设面积差值时，即终端与目标物体之间的当前距离大于预设距离范围的上限值，则控制终端前进，使终端与目标物体之间的距离增大。当目标色块的有效面积与预设面积值的差值小于等于第一预设面积差值，且大于等于第二预设面积差值时，即终端与目标物体之间的当前距离处于预设距离范围内，则终端静止不动。

优选的，第一预设面积差值和第二预设面积差值均为0。此时，根据比较结果控制所述终端前进/后退，可包括：当目标色块的有效面积大于预设面积值时，控制终端后退；当目标色块的有效面积小于预设面积值时，控制终端前进。

终端前进/后退的速度可根据目标色块的有效面积与预设面积值的差值和预设移动比例系数的乘积获得。该预设移动比例系数可以是基于系统的快速性和/或稳定性等方面的考虑而预先设置的比例系数。预设移动比例系数可以是一个固定值，也可以是根据终端所处环境动态调整的值。当目标色块的有效面积与预设面积值的差值越大时，终端前进/后退的速度越大；当目标色块的有效面积与预设面积值的差值为零时，终端前进/后退的速度为零，此时终端与目标物体之间的距离为预设跟踪距离。

本发明实施例通过提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块；将该目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪，解决了如何控制终端的移动，使终端实时跟踪目标物体的问题，使终端与目标物体之间的距离能够得以控制，从而使终端能够实时跟踪目标物体。

实施例二

图2是本发明实施例二提供的一种目标跟踪控制方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了实现快速跟踪目标的方法，具体是在将所述目标色块的有效面积与预设面积值进行比较之前，还包括：获取所述目标色块的中心点横坐标；判断所述目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值是否处于预设坐标差值范围内；根据判断结果，控制所述终端向左/右旋转。相应的，本实施例的方法包括：

步骤210、获取终端实时采集的图像。

步骤220、提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块。

步骤230、获取目标色块的中心点横坐标。

其中，目标色块的中心点为目标色块的中心位置，相应的与目标物体的中心对应。

步骤240、判断目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值是否处于预设坐标差值范围内。

其中，若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值处于预设坐标差值范围内，则说明终端正对目标物体。预设坐标差值范围的上限值大于或等于零，预设坐标差值范围的下限值小于或等于零。预设差值范围越小，终端与目标物体的正对程度越好。

优选的，预设坐标差值范围的上限值和下限值均为0，即本步骤可优化为：判断目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标是否相等。

步骤250、根据判断结果，控制终端向左/右旋转。

其中，若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值大于预设坐标差值范围的上限值，即目标色块的中心点在当前图像中偏右，则控制终端向右旋转。若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值小于预设坐标差值范围的下限值，即目标色块的中心点在当前图像中偏左，则控制终端向左旋转。若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值处于预设坐标差值范围内，则使终端停止旋转。在控制终端移动前，可以先调节终端正对目标物体，使得终端移动的距离最短，可以提高目标跟踪速度。

具体的，若终端为机器人，机器人在跟踪目标物体时，首先控制机器人正对目标物体，再控制机器人的移动以跟踪目标。根据目标色块的中心点横坐标是否在预设的竖直中心线的左右范围内，若在，则机器人正对目标物体。优选的，该目标色块的中心点可以是目标色块的最小包络几何图形的中心点，该几何图形优选为矩形。

优选的，根据判断结果，控制终端向左/右旋转包括：若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值未处于预设坐标差值范围内，根据目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标，确定终端的偏离角度；控制终端根据偏离角度进行按比例向左/右旋转，以使目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值处于预设坐标差值范围内。

其中，若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值未处于预设坐标差值范围内，可根据目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的关系来确定终端的偏离角度，目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标相差越大，则偏离角度越大。终端的旋转角速度与终端的偏离角度有关，旋转角速度可以是终端的偏离角度乘以第一预设旋转比例系数。偏离角度越大，则旋转角速度越大。当目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标相同时，偏离角度为零，则旋转角速度为零，此时终端正对目标物体。第一预设旋转比例系数可以是基于系统的快速性和/或稳定性等方面的考虑而预先设置的比例系数。第一预设旋转比例系数可以是一个固定值，也可以是根据终端所处环境动态调整的值。该旋转角速度的确定还可以为计算目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值，利用该差值经过比例积分微分控制器运算得到旋转角速度，即通过位置环反馈控制的方法来实时控制旋转角速度。若目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值处于预设坐标差值范围内，也可以直接控制终端的旋转角速度为零，使终端停止旋转。

步骤260、将目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪。

本发明实施例的技术方案提供了一种目标跟踪控制方法，该实施例在上述实施例的基础上，提供了实现快速跟踪目标的方法，在控制终端移动之前，通过控制终端向左/右旋转，以使所述目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标相同，即以使终端正对目标物体，可以使终端移动的距离最短，以提高终端跟踪目标的速度。

实施例三

图3是本发明实施例三提供的一种目标跟踪控制方法的流程图，本实施例以上述实施例为基础进行优化，提供了寻找目标物体的方法，具体是终端为机器人，机器人包括头部和身体，头部用于采集图像；提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块，包括：控制机器人通过旋转头部进行目标物体的搜索，直到目标物体出现在机器人所采集的图像中；获取头部相对于初始位置的旋转角度；根据旋转角度控制头部和身体相向旋转，直到头部和身体均面向目标物体；提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块。相应的，本实施例的方法包括：

步骤310、获取机器人实时采集的图像；

步骤320、控制机器人通过旋转头部进行目标物体的搜索，直到目标物体出现在机器人所采集的图像中。

其中，若目标物体未出现在机器人所采集的图像中，需要旋转机器人的头部，旋转方向可以是从左向右或从右向左，每次旋转的角度可以为第一预设角度，旋转的角速度为预设角速度。若机器人头部旋转一次后，目标物体仍未出现在机器人所采集的图像中，则继续旋转，继续进行对目标物体的搜索。

优选的，控制机器人通过旋转头部进行目标物体的搜索，直到目标物体出现在机器人所采集的图像中，包括：控制机器人的头部向左/右进行旋转，并在旋转过程中判断目标物体是否出现在机器人所采集的图像中，若是，则停止旋转，否则继续旋转；若机器人的头部旋转幅度达到预设角度范围时，目标物体未在机器人所采集的图像中出现，则控制机器人后退预设距离，并重复控制机器人的头部向左/右进行旋转的操作。

其中，机器人的头部在旋转过程中，若目标物体出现在机器人所采集的图像中，则停止旋转，若目标物体未出现在所述终端所采集的图像中，则继续旋转。机器人的头部可以一直向同一方向旋转，也可以向一个方向旋转达到第二预设角度(如130度)后，再向相反方向旋转。若机器人的头部旋转幅度达到预设角度范围(如-130度到+130度，其中“-”和“+”分别代表左和右两个旋转方向)时，目标物体未在机器人所采集的图像中出现，则控制机器人后退预设距离，并重复控制机器人的头部向左/右进行旋转的操作。其中，旋转幅度为机器人头部向左旋转到的最大位置处与向右旋转到的最大位置处之间的夹角。控制机器人后退预设距离可以扩大搜索范围，减小搜索盲区。预设角度范围和预设距离可参考目标物体的形状、大小和高度等属性以及搜索效率等因素来确定，本实施例不做具体限定。

优选的，若机器人的头部旋转幅度达到360度后，目标物体未在机器人所采集的图像中出现，则控制机器人后退预设距离，并重复控制机器人的头部向左/右进行旋转的操作。

步骤330、获取头部相对于初始位置的旋转角度；根据旋转角度控制头部和身体相向旋转，直到头部和身体均面向目标物体。

其中，在通过旋转机器人头部来寻找目标物体时，机器人的身体没有转动，当发现目标物体后，头部面向目标物体，而身体没有面向目标物体，需要使身体旋转以面向目标物体。身体旋转时，头部会一起旋转，为使头部始终面向目标物体，则头部和身体需要相向旋转，即头部与身体的旋转方向相反，使得头部正脸和身体正面的之间夹角减小，逐渐减小为零，且旋转角速度和旋转角度均相同，旋转角度为头部相对于初始位置的旋转角度。

具体的，机器人的头部和身体需要相向旋转的角速度，可以是根据头部正脸和身体正面的之间夹角与第二预设旋转比例系数的乘积。若机器人的头部正脸和身体正面的之间夹角越大，则头部和身体需要相向旋转的角速度越大；若机器人的头部正脸和身体正面的之间夹角为零，则头部和身体需要相向旋转的角速度为零，此时头部和身体均面向目标物体。第二预设旋转比例系数可以是基于系统的快速性和/或稳定性等方面的考虑而预先设置的比例系数。第二预设旋转比例系数可以是一个固定值，也可以是根据终端所处环境动态调整的值。

步骤340、提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块。

步骤350、将目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制机器人前进/后退，以实现对目标物体的跟踪。

本实施例的技术方案提供了一种目标跟踪控制方法，该实施例在上述实施例的基础上，提供了机器人寻找目标物体的方法，采用控制机器人通过旋转头部进行目标物体的搜索，直到目标物体出现在该机器人所采集的图像中，使得目标物体的移动轨迹无论为何种复杂曲线，机器人都可以搜索到目标物体，进而跟踪目标物体。

实施例四

图4是本发明实施例四提供的一种目标跟踪控制装置的结构示意图，该装置适用于执行本发明实施例提供的目标跟踪控制方法，可以实现目标跟踪控制的功能，如图4所示，该装置包括图像获取模块410，目标色块提取模块420和跟踪控制模块430。

其中，图像获取模块410，用于获取终端实时采集的图像；目标色块提取模块420，用于提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块；跟踪控制模块430，用于将目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪。

本发明实施例通过提取当前图像中与目标物体相对应的目标色块；将该目标色块的有效面积与预设面积值进行比较，并根据比较结果控制终端前进/后退，以实现对目标物体的跟踪，解决了如何控制终端的移动，使终端实时跟踪目标物体的问题，使终端与目标物体之间的距离能够得以控制，从而使终端能够实时跟踪目标物体。

在上述实施例的基础上，该目标跟踪控制装置还包括：中心点横坐标获取模块、坐标差值判断模块和方向控制模块。其中，中心点横坐标获取模块，用于在将所述目标色块的有效面积与预设面积值进行比较之前，获取所述目标色块的中心点横坐标；坐标差值判断模块，用于判断所述目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值是否处于预设坐标差值范围内；方向控制模块，用于根据坐标差值判断模块的判断结果，控制所述终端向左/右旋转。

优选的，方向控制模块包括：偏离角度确定单元和方向控制单元。其中，偏离角度确定单元，用于若所述目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标的差值未处于预设坐标差值范围内，根据所述目标色块的中心点横坐标与当前图像的竖直中心线横坐标，确定所述终端的偏离角度；第一旋转控制单元，控制所述终端根据所述偏离角度进行按比例向左/右旋转，以使所述目标色块的中心点横坐标与所述当前图像的竖直中心线横坐标的差值处于预设坐标差值范围内。

优选的，所述终端为机器人，所述机器人包括头部和身体，所述头部用于采集图像；所述目标色块提取模块420包括：目标搜索单元、旋转角度获取单元、第二旋转控制单元和目标色块提取单元。其中，目标搜索单元，用于控制所述机器人通过旋转头部进行目标物体的搜索，直到所述目标物体出现在所述终端所采集的图像中；旋转角度获取单元，用于获取所述头部相对于初始位置的旋转角度；第二旋转控制单元，用于根据所述旋转角度控制所述头部和所述身体相向旋转，直到所述头部和所述身体均面向所述目标物体；目标色块提取单元，用于提取当前图像中与所述目标物体相对应的目标色块。

优选的，所述目标搜索单元包括：旋转搜索子单元和后退搜索子单元。其中，旋转搜索子单元，用于控制所述机器人的头部向左/右进行旋转，并在旋转过程中判断所述目标物体是否出现在所述机器人所采集的图像中，若是，则停止旋转，否则继续旋转；后退搜索子单元，用于若所述机器人的头部旋转幅度达到预设角度范围时，所述目标物体未在所述机器人所采集的图像中出现，则控制所述机器人后退预设距离，并控制所述旋转搜索子单元重复控制所述机器人的头部向左/右进行旋转的操作。

优选的，所述根据比较结果控制所述终端前进/后退，包括：当所述目标色块的有效面积大于所述预设面积值的差值大于第一预设面积差值时，控制所述终端后退；当所述目标色块的有效面积小于所述预设面积值的差值小于第二预设面积差值时，控制所述终端前进；其中，所述第一预设面积差值为正值或0；所述第二预设面积差值为负值或0。

上述目标跟踪控制装置可执行本发明任意实施例所提供的目标跟踪控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。