智能高速运动跟踪摄影系统

20230109

信息传输、软件和信息技术服务业

由北京市科委委托、北京理工大学光电学院相关课题组承担的 “高速运动目标自动跟踪系统”课题，是“科技冬奥”重点研发专项的重要组成部分，是北京理工大学自主研发的一套跨技术领域的集成化设备。该设备在抗干扰、抗振动冲击、高低温环境、目标智能识别 以及自动跟踪算法上都有它独特之处。 该设备在2021年2月18日~24日“相约北京--2020/2021赛季全国高山滑雪邀请赛及全国残疾人高山滑雪邀请赛”期间，在北京市科委“科技冬奥”专班、冬奥媒体运行部、冬奥技术部的大力支持和协调下，项目组在国家滑雪中心场馆，对所承担北京市“科技冬奥”项目成果——针对高速运动员跟踪拍摄系统进行了设备测试，验证了该设备应用于针对高山滑雪运动员精彩运动过程自动跟踪拍摄的效果。 设备在北京 2022冬奥会正式比赛中得以应用——跟踪拍摄 U 型场地运动员，为裁判打分提供辅助视频。该设备的应用是同类设备在奥运会上的首次应用。采用该设备，可以将摄像师从繁重、严酷的环境下解放出来，由设备全自动“找到”正在U槽赛道竞技的运动员，并自动“瞄准”和“跟着”他进行拍摄，然后将视频同步传输到裁判房，供裁判观看。拍摄全过程由设备自动完成，无需摄像师手动调整摄像机的拍摄角度、焦距、光圈等。 在北京 2022 冬奥会上，该设备于2月9日-11日、2月17日-19日参与拍摄了男子、女子单板滑雪U型场地技巧和自由式滑雪U型场地技巧的资格赛和决赛的拍摄。赛事拍摄共计6天、8场，涉及运动员138人次，累计拍摄时间超过25小时（包括当日赛前训练时间），为裁判打分提供参考视频。赛事拍摄过中，国际雪联官员、OBS 摄像师、NBC 摄像师等人员都非常关注该设备。国际雪联官员、U 槽竞赛主任 Roby 对该设备的拍摄效果表示满意，从用户的角度肯定了该设备用于 U 槽运动员跟踪拍摄的重要作用。 该系统的无人值守全自动工作模式，既满足了裁判现场评分的需要，也将摄像师从寒冷的拍摄环境、繁重的拍摄任务下解脱出来。取得了良好的示范应用效果，是科技冬奥应用成果的精彩呈现之一。

依据成果转化的方式，预期的成果转化的获利模式分以下几种： 1）根据客户需求进行仿真，提供整体解决方案，给用户带来更多价值，获得增值服务费； 2) 研发制造产品，获得产品订购费； 3) 提供增值服务，持续升级产品、开发新功能，获得费用； 综上，转化合作的需求分为以下几个方面： 1）资金：该系统属于复杂的光电系统，公司化运营的硬件成本相对较高，软件成本主要是人工成本，考虑到市场需求、制造周期等因素，启动资金需在5000万元以上较为妥当。 2）人员：依托北京理工大学光电学院研发团队进行设计、开发、发布，充分发挥与北京理工大学“产学研”合作优势的同时，确保研发的持续性、先进性。需要工程人员、管理人员、市场拓展人员和售后服务人员作为研发团队的有效补充和功能延申，以实现产品的制造和销售。 3）设备和场地：该系统是光、机、电、软一体化的复杂产品，技术门槛较高，其制造设备和场地的需求与产品工艺路线相关，与转化地的政策相关。最佳的路线：机械加工、电路板制作、光学加工等基础加工委外实现，团队进行组装、调试、测试和试验，相应的，场地和设备需求将大幅度降低。 产品进入市场后，国内外有实力的企业会跟进研发产品，与我们竞争，我们可能会面临客户的减少。此时我们一方面深入剖析产品的功能和服务是否满足目标用户的核心需求，并且在满足客户需求的基础上，不断提升产品体验，确保产品的先进性；另一方面，在市场启动后的同时，建立全面的销售和服务机制，确立品牌在行业的主导地位。

可国（境）内外转让

光电搜索、扫描、跟踪过系统，是一种集光、机、电、软为一体的高科技设备。该系统最初用于武器系统，是武器制导的必备手段，也是夜间导航，战机(导弹)告警、威胁判断等军事用途的重要手段。随着科学技术的不断发展，材料、器件等单元技术的普及化，以及“军民融合”国家战略的逐步深化，该系统及其相关技术逐渐在民用领域得到广泛的应用，如目标探测、高点监控、要地防护、智能拍摄等。 高速运动目标智能跟踪拍摄系统是董立泉团队在多年光电技术研究的基础上，根据市场需求进行深入研发、试制，将近几年发展起来的计算光学、宽光谱成像、智能识别技术成功应用到产品上，扩展了其的功能，提升了其性能指标，从而极大的扩大了其应用领域，实现了对高速运动目标的智能化识别、锁定和自动跟踪拍摄等，具有广阔的应用前景。该系统已经受邀参加了北京2022年冬奥会指定项目的特定拍摄任务，获得了国家奥组委的好评。 该系统可以用于： 1）应用于雪板、冲浪、极限滑雪等运动速度高、无法近距离拍摄、跟踪拍摄困难的运动；攀岩、极限单车、极限越野等危险性高、只适用远距离拍摄的运动。 2）应用于游艺场所受欢迎项目场景，如过山车、海盗船、旋转木马等，全景和特写相协调的记录参加游艺人员的趣味视频；索道、缆车、滑道等，兼具安全监控和趣味记录需求的场所；滑雪场、滑冰场、滑沙、划水等速度相对较快又无法近距离拍摄的运动场景跟踪拍摄。 3）应用于特技镜头的跟拍，降低原有设备拍摄的失误率；演艺现场，如联欢、晚会、演唱会等，全景和特写镜头的协同拍摄，提升观众体验，并使个性化转播成为可能。 4）应用于跟踪拍摄乒乓球、羽毛球、网球等运动中目标运动员；冰上运动、体操等运动目标的跟踪拍摄；田赛、竞赛场景的大场景和特写镜头协同拍摄。 5）应用于森林防火、油田防盗、边境线、海岸线偷渡或入侵监控、大型风电发电机群运转情况监控、越野、登山环境人员、动物安全监控、其它野外、恶劣环境，诸如复杂供电系统架设困难、风口环境难以稳定安装设备、环境振动影响拍摄效果的大场景监控。 6）应用于监狱、官员驻地等重要场所安全监控，如对无人机入侵、突发事件监控；运动场馆、广场、机场等有监控制高点的中、大场景的安全监控，对无人机、入侵人员的监控预警。 7）应用于边境线、海岸线线性分列式排布，监视、预警和记录偷渡越境人员；无人机载巡视监察重点区域安全；车载巡视区域安全。 该成果转化可获得社会效益和竞技效益。 1）社会效益：汇聚行业高端人才，打造“光电产业技术创新团队”，围绕光电产业技术创新，聚集海内外高端人才 30 人以上，打造一个“高水平引进、全方位支持”的产业技术创新团队。同时汇聚产业先进技术，打造技术高地。开展产业共性核心技术研发、产业咨询以及输出先进技术，每年输出光电设备关键部件及核心研发成果，直接间接服务纵向课题，参与建立国家光电产业科技创新联盟，促进先进光电技术在更多行业的广泛应用，显著提升制造和加工等领域的工艺水平和生产能力。 2）经济效益：该系统差异化设计后可应用于不同的领域，市场潜力强大。成果转化后，预期首年主要为产品实现和市场开拓阶段，不形成利润，第二年开始形成销售额，预期可以达到 500 万左右，第二年达到1000万。（经济效益与应用领域与市场开拓能力直接相关）。

针对高山滑雪运动员的高速运动跟踪摄影系统

北京市科学技术委员会;中关村科技园区管理委员会

高速运动目标跟踪拍摄系统由北京理工大学光电学院董立泉团队自主研发，该系统首次将基于深度学习的智能算法与高精度陀螺稳像技术相结合，建立了全景引导和局部严判的精准跟踪拍摄模型，利用基于深度学习的目标检测和跟踪技术算法，实现恶劣环境和复杂场景下，对高速运动的目标进行自动捕捉与跟踪拍摄，包括全景搜索、智能识别、自动捕捉、稳定跟踪、高清输出，实现无人值守的全自动、智能化拍摄，为远程导播、云端重建与个性化转播提供丰富的视频资源。 产品技术优势：本产品采用了一系列新技术，以确保产品功能\、性能，包括： 1）建立了大视场引导大倍率特写的跟踪拍摄模式。在对赛场环境、赛道特点、目标特性、摄像要求、呈现模式等深入分析的基础上，构建虚拟赛场模型，通过对摄像机机位布局、协同工作重叠区域、切换关系等仿真计算，构建大视场引导大倍率特写的跟踪拍摄模式，为无人值守跟踪拍摄建立基础条件。 2）采用了基于深度学习的实时运动目标检测跟踪技术。在运动场地与运动过程图像样本基础上，扩增了滑雪样本并生成对抗，进行滑雪运动员的特定类别目标检测跟踪神经网络设计，完成基于GPU计算平台的识别与跟踪算法，实现了高速运动目标实时有效检测与可靠跟踪。 3）利用视轴稳定技术设计了高清摄像平台，硬件层面隔离了环境振动、风吹等因素对拍摄的影响，确保设备输出的原始影像无抖动、模糊等问题，减少图像处理运算量，提高图像的实时性。 4）采用自适应伺服控制跟踪拍摄技术，确保高动态响应的稳定平台在方位和俯仰方向联动，以确保高速运动目标的特写镜头始终保持在画幅的合理位置。 5）基于智能化摄像策略，进一步搭建信息交换与信号传输网络系统和摄像系统分布式布局，则可实现在恶劣环境下无人值守、全天候智能捕捉和拍摄高速运动目标，大大降低拍摄难度，大幅减少摄像师在暴露在恶劣环境下值守拍摄的压力。