[发明专利]基于雷达探测的智能跟踪设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于雷达探测的智能跟踪设备及其定位方法，具体涉及一种用于教室内精品课程录制、师生行为实时探测与分析的基于激光雷达探测的智能跟踪设备以及智能化行为探测分析方法。

背景技术

智能跟踪设备主要是通红外探测、视频分析、超声波等设备，经过探测、感应等处理后驱动拍摄摄像机转动、拉远、拉近、聚焦等，通过相关策略使教师拍摄摄像机、学生拍摄摄像机、VGA图像等画面自动合成标准的录像文件。

智能跟踪设备的目的之一是对精品课程的视频录制，即在无人守值的情况下，教师拍摄摄像机自动跟踪教师在课堂的运作轨迹，学生拍摄摄像机自动切换到回答问题学生的特写等。不过，现有的跟踪技术需要再进一步的完善。

目前应用比较多的视频分析技术主要通过教室顶棚、四周等安装多个图像定位摄像机，根据图像定位摄像机对定位区域前后图像的对比分析，如图像有变化，并且变化幅度达到临界点，控制摄像机对图像变化区域做跟踪拍摄，由于很多厂家对视频分析算法、策略等投入了人力、物力和财力，且硬件成本比较低，因此智能跟踪设备采用视频分析技术的方案得以推广。红外探测技术在智能跟踪中使用原理是在教室四面墙上装上红外发射条，以及红外接收装置，根据学生平均身高织成一张左右上下的平面网，当教师走动或学生站立时，会有一个坐标点阻断这张平面红外网，根据这个坐标点来控制摄像机进行拍摄；由于此技术跟踪精确，且部分厂家大力推广，也得到部分用户认可。超声波探测技术在能跟踪中的应用原理是超声波设备对教师的移动位置进行跟踪，黑板下沿安装一排超声波探头，教师在黑板前面移动时超声波探头实时探测教师位置及距离，由于超声波探头定位精度高，误差在±2CM以内。跟踪时对人体无伤害，对教室环境要求少，不受光线、衣服材料、温度等干扰，曾经得到客户的一定认可，一定程度上得到推广应用。

激光雷达探测系统是基于激光测距原理，通过旋转的光学部件发射形成二维的扫描面，以实现区域扫描及轮廓测量功能。德国西克是激光扫描探测的领导品牌，产品被广泛用于防撞、勘测、导航、安防等，如设备防撞、散货体积测量、车型检测、自行小车导航、敏感区域防护、室内物体移动及体积测量等。

现在智能跟踪设备主流的有3种：视频分析智能跟踪设备、红外空间智能跟踪设备、超声波探测智能跟踪设备。

视频分析智能跟踪设备采用嵌入式的DSP图像分析算法、图像分析跟踪主机及多个定位摄像机组成，由于教室的形状各式各样及安装多个摄像机工作量大及需要布很多视频线连接到图像分析跟踪主机里，采用视频分析智能跟踪设备受到教室格局、灯光、太阳光线、窗帘等影响，在通用智能教室很难应用推广，即使是勉强安装好了，全自动跟踪时也会随着教室的环境变化而出现跟踪不稳定的现象。

红外空间智能跟踪设备是教室周围墙上装上红外发射条，红外接收装置，根据学教师、生平均身高织成一张左右上下的平面网，当教师走动或学生站立时，会有一个坐标点阻断这张平面红外网，根据这个坐标点来控制摄像机进行拍摄；但这种跟踪方式前期施工难度大，安装极其复杂，后期维护也费时费力，不够人性化，无法支持移动教室等跟踪。

超声波探测智能跟踪设备采用的嵌入式DSP探测距离算法及多个超声波模块组成。需要安装在黑板下沿，黑板有多长就需要安装多少个探测模块，且超声波探测智能跟踪设备只支持多机位摄像机，不支持云台一体摄像机，在整个智能教室的建造成本上很难得到控制，而且由于采用的超声波区域跟踪系统，只能够支持板书区域的移动跟踪，不支持学生区域跟踪，学生区域跟踪还需要额外增语音激励跟踪或红外发射跟踪等，故障率很高，维护成本高；所以超声波探测技术慢慢淡出市场。

目前的智能跟踪设备、技术存在如下的不足：

（1）视频分析技术，这种技术采用的图像分析摄像机对区域图像前后的变化来驱动拍摄摄像机的跟踪，此技术在现场灯关、窗帘等的变化时都会引起跟踪不准确，摄像头乱切换或是不跟踪的情况；无法实现多人上讲台自动跟踪拍摄和教师走到学生区域正面拍摄的效果，无法支持大教室等。

（2）红外探测技术，这种技术需要在教室四周安装红红外发射条，红外接收装置，施工特别麻烦及后期维修周期较长；且无法区分学生站立或是举手策略。

（3）超声波技术，这种技术需要在黑板下沿安装很多个超声波推测模块，且无法实现学生区域的智能跟踪，学生区域需要增加语音跟踪或是红外按键跟踪。

（4）线缆保护装置的问题，线缆保护外壳需要根据实际情况进行现场制作，耗时费力，没有一款通用产品。

发明内容