本发明涉及视频传输及观测技术领域，特别涉及一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统。
背景技术：
目前一些智能设备，如机器人、无人机、视频监控设备等，在使用过程中，需要对现实场景或物体进行实时识别，因此需要摄像头去获取最直接的场景视频数据，然而对使用视频数据的终端（如机器人、无人机、智能软件或人等）而言，有时关注点并非为所拍摄到的视频中的所有对象，在现有技术中，一般会将摄像头所拍摄的所有对象的数据以高清的形式直接传输至观测系统以提供观看，这种形式的传输存在以下不足之处：
1．视频图像传输硬件要求高、带宽成本大、数据量大，易延迟；
2．将拍摄到的所有视频对象数据均做高清传输至观测终端，而终端却并未全部使用，对于视频资源而言，造成了一定程度的浪费，也会对后期数据使用者造成一定负担；
3．现有摄像头的清晰度会越来越高，拍摄出的视频图像所占内存也会越来越大，于是造成传输成本和后期处理成本越来越高；
4．传输显示出的视频图像为实际整体记录的视频图像，无法确切跟踪某一目标对象，使用不方便，功能不够强大。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是：提供一种既节省传输和处理成本，又能实时观测某一目标对象高新图像的自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统，以克服已有技术所存在的上述不足。
本发明采取的技术方案是：一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统，包括图像传感器，多分辨率处理装置和视频观测装置，所述图像传感器通过有线或无线信号与多分辨率处理装置连接，多分辨率处理装置通过有线或无线信号与视频观测装置连接；
所述图像传感器用于获取实际场景的视频图像信息，并将其传输至多分辨率处理装置；
所述多分辨率处理装置用于接收图像传感器传来的视频图像信息及视频观测装置传来的焦点数据信息，并对视频图像信息进行多分辨率处理，将处理后的图像信息传输至视频观测装置；
所述视频观测装置用于显示处理后的视频信息，供观测者实时观测视频图像全局信息及焦点信息，同时接收观测者以交互方式传递的焦点数据信息并将其传输至多分辨率处理装置；
所述图像传感器包括图像获取单元；
所述多分辨率处理装置包括图像接收单元，多分辨率处理单元，焦点数据监测单元和目标定位单元，所述图像接收单元的输入端与图像传感器之图像获取单元的输出端通过有线或无线信号连接，其输出端与多分辨率处理单元的输入端电路连接，多分辨率处理单元的输入端还与焦点数据监测单元的输出端电路连接，多分辨率处理单元的输出端与视频观测装置的输入端通过有线或无线信号连接，其输出端还与目标定位单元的输入端电路连接，焦点数据监测单元的输入端与目标定位单元的输出端电路连接，目标定位单元的输入端还与视频观测装置的输出端通过有线或无线信号连接；
所述图像接收单元用于接收图像获取单元传来的图像数据，并将图像数据按顺序单帧传输至多分辨率处理单元；
所述多分辨率处理单元用于：
一、接收图像接收单元传来的图像数据，并对图像数据进行压缩处理，将压缩后的图像数据传输至视频观测装置和目标定位单元；
二、接收焦点数据监测单元传来的焦点数据，根据焦点数据对原始图像进行截取并转换分辨率，将处理后的图像传输至视频观测装置；
所述焦点数据监测单元用于接收目标定位单元传来的新焦点数据，并将新焦点数据传输至多分辨率处理单元；
所述目标定位单元用于接收视频观测装置传来的焦点数据信息和多分辨率处理单元传来的压缩图像数据，据此定位跟踪目标、更新焦点数据，并将新的焦点数据传输至焦点数据监测单元；
所述视频观测装置包括图像显示模块，交互单元和行为监测模块，所述图像显示模块的输入端与多分辨率处理装置之多分辨率处理单元的输出端通过有线或无线信号连接，图像显示模块的输出端与交互单元的输入端电路连接，交互单元的输出端与行为监测模块的输入端电路连接，行为监测模块的输出端与多分辨率处理装置之目标定位单元的输入端通过有线或无线信号连接；
所述图像显示模块用于接收多分辨率处理单元传来的图像数据，检测交互单元的显示尺寸数据、显示方式，根据检测到的显示尺寸、显示方式按顺序单帧分配给交互单元；
所述交互单元用于：
一、接收图像显示模块传来的视频图像数据并显示，供给用户观测；
二、与用户交互；
所述行为监测模块用于监测并记录用户行为，将其转化成数据和指令形式传输至目标定位单元。
其进一步的技术方案是：所述多分辨率处理单元包括图像缩略处理模块，图像数据传输模块和焦点数据截取模块，所述图像缩略处理模块的输入端与图像接收单元的输出端电路连接，其输出端与图像数据传输模块的输入端电路连接，图像数据传输模块的输入端还与焦点数据截取模块的输出端电路连接，图像数据传输模块的输出端与目标定位单元的输入端电路连接，其还与视频观测装置之图像显示模块的输入端通过有线或无线信号连接，焦点数据截取模块的输入端与图像接收单元和焦点数据监测单元的输出端电路连接；
所述图像缩略处理模块用于接收图像接收单元传来的图像数据，并将原始图像缩略至低分辨率图像，后将低分辨率图像（即缩略图）数据传输至图像数据传输模块；
所述图像数据传输模块用于：
一、接收图像缩略处理模块传来的缩略图数据，并将其传输至图像显示模块和目标定位单元；
二、接收焦点数据截取模块传来的区域图像数据（即焦点图图像数据），并将其传输至图像显示模块；
所述焦点数据截取模块用于接收图像接收单元传来的原始图像数据以及焦点数据监测单元传来的最新的焦点数据及所要求的图像分辨率数据，据此对原始图像进行图像分辨率转换（若用户所选择的图像分辨率与原始图像分辨率一致，则不转换），最后将匹配的区域图像数据传输至图像数据传输模块。
其更进一步的技术方案是：所述交互单元包括n个显示设备，所述n≥1。
更进一步：所述图像传感器为电荷耦合元件或金属氧化物半导体元件，所述多分辨率处理装置为中央处理器cpu或具有数据处理能力、指令执行能力的处理部件与随机存储器ram或高速缓冲存储器或硬盘、闪存等存储器的结合，所述交互单元为触摸显示器、手机、平板电脑等设备。
由于采用上述技术方案，本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统具有如下有益效果：
1．由于本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统设置图像缩略处理模块，采用图像压缩技术将原始图像压缩为缩略图的形式进行传输，既大幅度降低了视频图像数据传输成本、节省传输带宽和传输时间，又能合理利用视频资源，减轻后期数据使用者的负担，有效降低对传输设备及显示设备的硬件配置要求，节省硬件成本；
2．由于本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统设置焦点数据监测单元和焦点数据截取模块，根据用户所选择的焦点和分辨率实时对原始图像进行截取及转换成相应分辨率显示，因此用户可随时改变跟踪目标，实时调整局部画面，跟踪新目标，实时查看新焦点的高清图像，满足模拟人眼观看、随时对焦的需求，以最大程度来满足用户需求；
3．由于本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统设置图像数据传输模块和视频观测装置，图像数据传输模块将全局缩略图与高清焦点图一起传输至视频观测装置进行显示，用户可通过手持设备或pc机等可显示设备单屏或多屏观测场景数据，缩略图与焦点图可同时展示或分屏展示，用户不仅能实时观测全局，还能清晰跟踪目标；
4．由于本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统设置目标定位单元，对比用户指定的焦点，对目标进行有效定位，实现对指定目标的动态跟踪。
下面结合附图和实施例对本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统的技术特征作进一步的说明。
附图说明
图1：本发明之一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统的结构框图；
图中：
ⅰ—图像传感器，ⅱ—多分辨率处理装置，ⅲ—视频观测装置，
1—图像获取单元，2—图像接收单元，3—多分辨率处理单元，31—图像缩略处理模块，32—图像数据传输模块，33—焦点数据截取模块，4—焦点数据监测单元，5—图像显示模块，6—交互单元，7—行为监测模块，8—目标定位单元。
具体实施方式
实施例一
一种自动实时跟踪目标对象的多分辨率观测系统，包括图像传感器ⅰ，多分辨率处理装置ⅱ和视频观测装置ⅲ，所述图像传感器ⅰ通过有线或无线信号与多分辨率处理装置ⅱ连接，多分辨率处理装置ⅱ通过有线或无线信号与视频观测装置ⅲ连接；
所述图像传感器ⅰ用于获取实际场景的视频图像信息，并将其传输至多分辨率处理装置ⅱ；
所述多分辨率处理装置ⅱ用于接收图像传感器ⅰ传来的视频图像信息及视频观测装置ⅲ传来的焦点数据信息，并对视频图像信息进行多分辨率处理，将处理后的图像信息传输至视频观测装置ⅲ；
所述视频观测装置ⅲ用于显示处理后的视频信息，供观测者实时观测视频图像全局信息及焦点信息，同时接收观测者以交互方式传递的焦点数据信息并将其传输至多分辨率处理装置ⅱ；
所述图像传感器ⅰ包括图像获取单元1；
所述多分辨率处理装置ⅱ包括图像接收单元2，多分辨率处理单元3，焦点数据监测单元4和目标定位单元8，所述图像接收单元2的输入端与图像传感器ⅰ之图像获取单元1的输出端通过有线或无线信号连接，其输出端与多分辨率处理单元3的输入端电路连接，多分辨率处理单元3的输入端还与焦点数据监测单元4的输出端电路连接，多分辨率处理单元3的输出端与视频观测装置ⅲ的输入端通过有线或无线信号连接，其输出端还与目标定位单元8的输入端电路连接，焦点数据监测单元4的输入端与目标定位单元8的输出端电路连接，目标定位单元8的输入端还与视频观测装置ⅲ的输出端通过有线或无线信号连接；
所述图像接收单元2用于接收图像获取单元1传来的图像数据，并将图像数据按顺序单帧传输至多分辨率处理单元3；
所述多分辨率处理单元3用于：
一、接收图像接收单元2传来的图像数据，并对图像数据进行压缩处理，将压缩后的图像数据传输至视频观测装置ⅲ和目标定位单元8；
二、接收焦点数据监测单元4传来的焦点数据，根据焦点数据对原始图像进行截取并转换分辨率，将处理后的图像传输至视频观测装置ⅲ；
所述焦点数据监测单元4用于接收目标定位单元8传来的新焦点数据，并将新焦点数据传输至多分辨率处理单元3；
所述目标定位单元8用于接收视频观测装置ⅲ传来的焦点数据信息和多分辨率处理单元3传来的压缩图像数据，依据焦点数据信息中的位置及大小数据，框选出缩略图中的焦点图像位置数据作为监测领域，对监测领域中的所有对象采用opencv的膨胀算法对色块进行提取，界定每个色块的边缘，缓存当前帧数据，待接收到下一帧缩略图数据时，对比已缓存帧及当前帧各色块的位置偏移量，将偏移量近似的邻近色块进行组织，并选定最大面积的色块组织作为目标进行定位，缓存当前帧数据，最后根据最大面积色块的位置及大小数据更新焦点数据，以对目标进行有效定位，实现对指定目标的动态跟踪，并将新的焦点数据传输至焦点数据监测单元4；
所述视频观测装置ⅲ包括图像显示模块5，交互单元6和行为监测模块7，所述图像显示模块5的输入端与多分辨率处理装置ⅱ之多分辨率处理单元3的输出端通过有线或无线信号连接，图像显示模块5的输出端与交互单元6的输入端电路连接，交互单元6的输出端与行为监测模块7的输入端电路连接，行为监测模块7的输出端与多分辨率处理装置ⅱ之目标定位单元8的输入端通过有线或无线信号连接；
所述图像显示模块5用于接收多分辨率处理单元3传来的图像数据，检测交互单元6的显示尺寸数据、显示方式，根据检测到的显示尺寸、显示方式按顺序单帧分配给交互单元6；
所述交互单元6用于：
一、接收图像显示模块5传来的视频图像数据并显示，供给用户观测，以及通过用户操作形式获取焦点范围及显示需求数据；
二、与用户交互；
所述行为监测模块7用于监测并记录用户行为，当用户在交互单元6上进行交互，通过可见的触控行为、鼠标等选择工具行为、手势感应等方式选择想要观测的焦点后，行为监测模块7记录并将其转化成数据和指令形式（即焦点数据）传输至目标定位单元8，所传输的焦点数据包含焦点表示形式（即焦点的位置、大小、实体对象数据、框图数据等）及用户所要求的图像分辨率数据，焦点表示形式可以但不限于位置及大小数据、框图数据等，焦点数据中的焦点表示形式的选择方式可以为在屏幕上通过点击进行选择，区域大小由视频观测装置ⅲ默认，也可以通过框图方式，选择框不做限定，可以为任何规则或不规则的封闭图形，封闭区域即为想要显示的焦点表示区域，焦点数据中的图像分辨率可以为视频观测装置ⅲ默认的当前分辨率，也可通过程序设定或手动输入方式指定分辨率数据。
所述多分辨率处理单元3包括图像缩略处理模块31，图像数据传输模块32和焦点数据截取模块33，所述图像缩略处理模块31的输入端与图像接收单元2的输出端电路连接，其输出端与图像数据传输模块32的输入端电路连接，图像数据传输模块32的输入端还与焦点数据截取模块33的输出端电路连接，图像数据传输模块32的输出端与目标定位单元8的输入端电路连接，其还与视频观测装置ⅲ之图像显示模块5的输入端通过有线或无线信号连接，焦点数据截取模块33的输入端与图像接收单元2和焦点数据监测单元4的输出端电路连接；
所述图像缩略处理模块31用于接收图像接收单元2传来的图像数据，并将原始图像缩略至低分辨率图像，后将低分辨率图像（即缩略图）数据传输至图像数据传输模块32，压缩传输既大幅度降低接收数据的终端设备（如机器人、无人机、视频聊天软件等智能设备）的运算处理成本，从而降低视频图像数据传输成本、节省传输带宽和传输时间，又能合理利用视频资源，减轻后期数据使用者的负担，有效降低对传输设备及显示设备的硬件配置要求，节省硬件成本；
所述图像数据传输模块32用于：
一、接收图像缩略处理模块31传来的缩略图数据，并将其传输至图像显示模块5和目标定位单元8；
二、接收焦点数据截取模块33传来的区域图像数据（即焦点图图像数据），并将其传输至图像显示模块5；
所述焦点数据截取模块33用于接收图像接收单元2传来的原始图像数据以及焦点数据监测单元4传来的最新的焦点数据及所要求的图像分辨率数据，据此对原始图像进行图像分辨率转换（若用户所选择的图像分辨率与原始图像分辨率一致，则不转换），最后将匹配的区域图像数据传输至图像数据传输模块32，因此用户可随时改变跟踪目标，实时调整局部画面，跟踪新目标，实时查看新焦点的高清图像，满足模拟人眼观看、随时对焦的需求，以最大程度来满足用户需求。
所述交互单元6包括n个显示设备，所述n≥1，当n＝1时，即只有一个显示设备，焦点图图像数据、缩略图图像数据在该设备上进行分块显示，用户可在同一屏幕上同时观测焦点图图像及缩略图图像，单屏显示可以为上下布局形式或左右布局形式或其它指定布局形式，当n≥2时，即有多个显示设备，系统根据各显示设备需求，图像显示模块5对焦点图图像数据和缩略图图像数据进行分发，将其分屏显示，用户可通过手持设备或pc机等可显示设备在不同屏幕上观测焦点图图像及缩略图图像，不仅能掌控全局，还能清晰跟踪目标。
所述图像传感器ⅰ为电荷耦合元件或金属氧化物半导体元件，所述多分辨率处理装置ⅱ为中央处理器cpu或具有数据处理能力、指令执行能力的处理部件与随机存储器ram或高速缓冲存储器或硬盘、闪存等存储器的结合，所述交互单元6为能够接收用户指令以及具有显示视频图像数据能力的设备，如触摸显示器、手机、平板电脑等设备。
工作过程
（1）系统通电，图像传感器ⅰ之图像获取单元1获取视频图像数据，将视频图像数据通过有线或无线信号传输至多分辨率处理装置ⅱ之图像接收单元2；
（2）图像接收单元2接收图像数据，将图像帧按顺序单帧传输至多分辨率处理单元3之图像缩略处理模块31和焦点数据截取模块33；
（3）图像缩略处理模块31将图像缩略至默认分辨率，将缩略图传输至图像数据传输模块32；
（4）图像数据传输模块32将缩略图传输至视频观测装置ⅲ之图像显示模块5；
（5）图像显示模块5接收图像数据传输模块32传来的缩略图数据，分别检测第1个至第n个显示设备的显示尺寸数据、显示方式，并依据检测到的显示尺寸和显示方式按顺序单帧分配给显示设备进行显示；
（6）各显示设备显示相应的图像数据，与用户进行交互，用户通过可见的触控行为、鼠标等选择工具行为、手势感应等方式选择想要观测的焦点，行为监测模块7记录并将其转化成数据和指令形式传至目标定位单元8；
（7）目标定位单元8接收视频观测装置ⅲ传来的焦点数据信息和图像数据传输模块32传来的缩略图，依据焦点数据信息中的位置及大小数据，框选出缩略图中的焦点图像位置数据作为监测领域，对监测领域中的所有对象采用opencv的膨胀算法对色块进行提取，界定每个色块的边缘，缓存当前帧数据；待接收到下一帧缩略图数据时，对比已缓存帧及当前帧各色块的位置偏移量，将偏移量近似的邻近色块进行组织，并选定最大面积的色块组织作为目标进行定位，缓存当前帧数据；最后根据最大面积色块的位置及大小数据，更新焦点数据，并将最新的焦点数据发送至焦点数据监测单元4；
（8）焦点数据监测单元4将接收到的数据传输至焦点数据截取模块33；
（9）焦点数据截取模块33共同接收图像接收单元传来的原始图像数据和焦点数据监测单元传来的最新的焦点数据及所要求的图像分辨率数据，据此对原始图像进行图像分辨率转换（若用户所要求的图像分辨率与原始图像分辨率一致，则不转换），最后将匹配的区域图像数据（即焦点图图像数据）传输至图像数据传输模块32；
（10）图像数据传输模块32将焦点图图像数据和缩略图图像数据一起传输至图像显示模块5，图像显示模块5根据显示设备的数量及显示方式，分别将图像分配到各显示设备上进行显示，既有实时的缩略图图像，又有焦点图图像；
（11）以此形式循环往复显示缩略图及指定新焦点；
（12）当用户未在视频观测装置ⅲ做出选择新焦点数据的操作时，多分辨率处理装置ⅱ根据先前接收并保存的焦点数据截取焦点图，按顺序处理每帧图像数据，传输缩略图图像及焦点图图像至视频观测装置ⅲ；
（13）当用户重新选择焦点数据时，行为监测模块7监测用户想要观测的焦点数据，并将其转化成数据和指令形式传至目标定位单元8，由目标定位单元8重新识别新对象及对新对象进行定位，将新对象的焦点信息传送至焦点数据监测单元4，再重复上述步骤（8）-（10），将原有焦点数据更新为现焦点数据，显示设备上显示出新焦点图图像。
以上实施例仅为本发明的较佳实施例，本发明的结构并不限于上述实施例列举的形式，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。