一种基于分布云的智能拍摄系统技术方案

本发明专利技术属于教学、培训录播技术领域，尤其是涉及一种基于分布云的智能拍摄系统。本发明专利技术的智能拍摄系统主要包括基础设备层、核心设备层和终端接收层，通过对基础设备层中学生拍摄系统的站立识别算法进行改进，采用背景差分法为运动目标检测算法，其主要包含以下几个方面：背景更新、图像阈值分割和轮廓提取。其中，背景更新使用滑动平均算法；图像阈值分割选用的是最大类间方差准则；然后在二值化后的图像上采用掏空轮廓点的方法提取轮廓，并且使用轮廓缺陷修补技术进一步改进轮廓提取算法；最后使用 Freeman链码表示提取的轮廓，其算法能够很好的提取出运动目标的轮廓，为智能拍摄系统的实现提供了良好的技术保障。

Intelligent shooting system based on distributed cloud

The invention belongs to the technical field of teaching, training and recording, especially relates to a shooting system based on cloud intelligent distribution. The invention of the smart camera system mainly includes basic equipment layer, core layer and terminal equipment receiving layer, through improving the recognition algorithm of standing shooting system based device layer of middle school students, using the background subtraction method for moving target detection algorithm, which mainly includes the following aspects: background updating, image threshold segmentation and contour extraction. Among them, the background update using the moving average algorithm; image threshold segmentation is the selection of maximum variance; then in the two value image after the tunneling of the contour points of contour extraction, and using contour defect repair technology to further improve the contour extraction algorithm; finally, using Freeman chain code and extract contour, the algorithm to extract the moving object contour well, provides a good technical support for the realization of intelligent camera system.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分布云的智能拍摄系统
本专利技术属于教学、培训录播
，尤其是涉及一种基于分布云的智能拍摄系统。
技术介绍
云录播是基于物联网模式并且采用云存储、云传输技术来满足现代化教学的一种方式。具体实现是指通过集群应用、网格技术、分布式转换编码设备、集中式解码资源服务器等系统集合，将高清摄像信号、教学电脑、实物展台、语音等信号通过分布式转换编码设备转换成网络信号，传输至资源管理中心的云录播资源管理服务器，并通过“云”录播管理平台，实现整个学校的教研、自主学习、直播、远程点播等功能。随着教学设备的发展，智能教学录播系统替代了传统人工录制的方式，只需将摄像头安装在教室内特定的位置，通过计算机的控制，采用图像识别跟踪技术来实现对教室场景中教师教学和学生发言的音频和视频等信息的录制和播放，录制的视频可进行网络实时播放，也可制作成精品课程供大家学习鉴赏。图像识别跟踪技术是实现教学录播系统智能化的关键技术之一，主要负责学生与教师图像的识别与跟踪。学生和教师图像跟踪的准确度影响着整个录制视频的效果。目前国内智能教学录播系统对于发言学生图像的跟踪与定位大都采用在学生课桌上安装无线按钮，配合摄像头切换方位的方式进行录制。当发言学生按下与摄像头预置位对应的按钮时，摄像头会定位到之前设定好的方向对其进行拍摄，当按钮关闭时，摄像头则又重新切换到教师图像进行拍摄。当发言学生忘记打开按钮时，则需要进行后期补录，当有其他学生误打开按钮时，则会影响整个教学视频的顺利录制。现有专利一种自动识别录播系统及其工作方法(201410133368.5)，其利用无线射频技术对录播室内的座椅进行坐标标记，同时利用中心处理单元对座椅的无线射频模块的识别编码进行匹配，解析获得目标听众的具体坐标位置，进而自动控制第二摄像云台和第二摄像机对目标听众进行追踪摄像，其为了实现对发言学生的识别定位，增加了需布设安装在的无线射频模块等硬件结构，无疑增加了经济和使用成本。而红外感应定位跟踪技术相对准确，但也由于其会受到外界太阳光线或者发热物体影响，会使在录播过程中突然定位跟踪失效。在比较了主流的视频图像中运动目标检测跟踪技术后，发现传统的视频课件录播系统中采用的识别检测跟踪技术存在着不稳定，受外界因素影响大的问题。因此，有必要针对上述问题，提供一种基于图像识别技术的师生定位方法，直接利用摄像机进行定位和跟踪拍摄，无需佩戴任何辅助设备，也不受环境的影响。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术的目的在于突破现有拍摄系统的不足，提供了一种基于分布云的智能拍摄系统，采用分布式的云计算的思想，将智能录播系统的多种资源分布存储在云平台的各个分布式节点中，实现资源存储和计算的高度均衡性，同时，在录播系统中，采用基于多特征融合的室内学生头部检测算法对发言学生进行自动识别和定位，直接利用摄像机进行定位和跟踪拍摄。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种基于分布云的智能拍摄系统，所述的智能拍摄系统主要包括：对前端视频和音频信号进行采集的基础设备层，其主要包括音频采集设备、数字音频处理设备、云台摄像机、图像辅助定位摄像头、编码器、智能图像跟踪设备、网络交换机；对基础设备层进行控制并进行音频视频录制、存储及发布的核心设备层，其主要包括分布式录播主机、流媒体服务器、资源管理服务器；用于接收和播放核心设备层数据的终端接收层，其主要包括PC终端、移动终端。其中，所述的基础设备层设置在拍摄现场，音频采集设备与数字音频处理设备相连，数字音频处理设备通过音频线与音频采集设备和编码器连接；云台摄像机通过视频线与编码器连接；智能图像跟踪设备通过视频线与图像辅助定位摄像头连接；网络交换机通过信号线分别与编码器和智能图像跟踪设备连接；网络交换机通过无线或者信号线与核心设备层的分布式录播主机、流媒体服务器、资源管理服务器相连接。基础设备层的图像辅助定位摄像头包括安装在演讲区域的上方的教师辅助摄像头和安装在黑板/白板两端拍摄学生发言区域的学生发言区域辅助摄像头，图像辅助定位摄像头对教师和发言学生进行识别，并传输至智能图像跟踪设备，智能图像跟踪设备控制云台摄像机进行拍摄。学生发言区域辅助摄像头、云台摄像机、采集视频到智能图像跟踪设备构成学生录播系统，然后利用多线程编程技术对采集到的视频信号同时使用基于背景差分法的运动目标检测进行图像处理，同时各线程之间相互通信，使智能图像跟踪设备控制云台摄像机，从而最终实现对站起发言学生的跟踪定位。所述的学生录播系统的工作流程具体步骤如下：步骤1：主录制摄像的云台摄像机安装在教室黑板中间顶部，开始时全景录制；两个辅录制摄像机安装在黑板两端，其高度与学生头顶齐平，生成感兴趣区域，并监控感兴趣区域；步骤2：当辅录制摄像机检测到有一人站起时，辅录制摄像机向云台摄像机发送有一人站起信息，云台摄像机使用运动目标检测技术提取站起的学生中心点坐标和面积，进一步转化为转动角度和缩放倍数，从而主录制摄像机对站着的目标进行精确定位和缩放；步骤3：若辅录制摄像机检测到站起学生坐下则转步骤7，若检测到又有一人站起，则通知主录制摄像机，转步骤4；步骤4：此时有两人站起，主录制摄像机恢复全景录制；步骤5：辅录制摄像机检测到两人中有一人坐下，则主录制摄像机提取仍然站起的学生中心点坐标和面积，进一步转化为转动角度和缩放倍数，从而主摄像头对仍然站着的目标进行精确定位和缩放；步骤6：若此时辅录制摄像机又检测到有一人站起，则转步骤4；若检测到仅有的站起学生也坐下，则转步骤7；步骤7：此时场景中无人站起，主录制摄像机收到辅录制摄像机通知的信息后，恢复全景录制。进一步，作为优选，在步骤2中，辅录制摄像机采用基于背景差分法的运动目标检测实现对起立学生的检测，具体步骤为：1)使用滑动平均算法建立合适的背景模型；2)对读入的当前帧进行高斯滤波，从而去除噪声的影响；3)当前帧与系统存贮的背景帧进行做差；4)根据最大类间方差准则进行阈值分割得到二值图像；5)使用先腐蚀后膨胀的开运算对二值图像进行处理；6)使用改进的掏空内部点的轮廓提取算法提取运动目标轮廓；7)使用Freeman链码将提取出的运动目标轮廓进行链码表示。本专利技术的有益效果：1、本专利技术提出了完整的智能视频录播系统中的学生跟踪定位方案，采用主辅录制摄像头的解决方案，结合运动目标检测算法，实现对课堂中单个和两个站起发言学生的跟踪定位；其能够对站起学生进行精确定位和缩放，并且能够处理两名同学站起的情况；2、本专利技术采用基于背景差分法的运动目标检测算法进行发言学生识别，主要包含以下几个方面：背景更新、图像阈值分割和轮廓提取。其中，背景更新使用滑动平均算法；图像阈值分割选用的是最大类间方差准则；然后在二值化后的图像上采用掏空轮廓点的方法提取轮廓，并且使用轮廓缺陷修补技术进一步改进轮廓提取算法；最后使用Freeman链码表示提取的轮廓，其算法能够很好的提取出运动目标的轮廓，为录播系统的实现提供了良好的技术保障。附图说明图1为本专利技术的结构框图；图2为本专利技术的学生跟踪定位方案的流程图；图3为本专利技术的基于背景差分法的运动目标检测算法的流程图；具体实施方式下面将结合本专利技术实施例和附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分布云的智能拍摄系统，其特征在于，所述的智能拍摄系统主要包括：对前端视频和音频信号进行采集的基础设备层，其主要包括音频采集设备、数字音频处理设备、云台摄像机、图像辅助定位摄像头、编码器、智能图像跟踪设备、网络交换机；对基础设备层进行控制并进行音频视频录制、存储及发布的核心设备层，其主要包括分布式录播主机、流媒体服务器、云录播管理服务器；用于接收和播放核心设备层数据的终端接收层，其主要包括PC 终端、移动终端。

【技术特征摘要】
1.一种基于分布云的智能拍摄系统，其特征在于，所述的智能拍摄系统主要包括：对前端视频和音频信号进行采集的基础设备层，其主要包括音频采集设备、数字音频处理设备、云台摄像机、图像辅助定位摄像头、编码器、智能图像跟踪设备、网络交换机；对基础设备层进行控制并进行音频视频录制、存储及发布的核心设备层，其主要包括分布式录播主机、流媒体服务器、云录播管理服务器；用于接收和播放核心设备层数据的终端接收层，其主要包括PC终端、移动终端。2.根据权利要求1所述的一种基于分布云的智能拍摄系统，其特征在于，所述的基础设备层设置在拍摄现场，音频采集设备与数字音频处理设备相连，数字音频处理设备通过音频线与音频采集设备和编码器连接；云台摄像机通过视频线与编码器连接；智能图像跟踪设备通过视频线与图像辅助定位摄像头连接；网络交换机通过信号线分别与编码器和智能图像跟踪设备连接；网络交换机通过无线或者信号线与核心设备层的分布式录播主机、流媒体服务器、资源管理服务器相连接。3.根据权利要求1所述的一种基于分布云的智能拍摄系统，其特征在于，所述的基础设备层的图像辅助定位摄像头包括安装在演讲区域的上方的教师辅助摄像头和安装在黑板/白板两端拍摄学生发言区域的学生发言区域辅助摄像头，图像辅助定位摄像头对教师和发言学生进行识别，并传输至智能图像跟踪设备，智能图像跟踪设备控制云台摄像机进行拍摄。4.根据权利要求3所述的一种基于分布云的智能拍摄系统，其特征在于，所述的学生发言区域辅助摄像头、云台摄像机、采集视频到智能图像跟踪设备构成学生录播系统，然后利用多线程编程技术对采集到的视频信号同时使用基于背景差分法的运动目标检测进行图像处理，同时各线程之间相互通信，使智能图像跟踪设备控制云台摄像机，从而最终实现对站起发言学生的跟踪定位。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧俊文，
申请(专利权)人：广州市奥威亚电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44