專利名稱：目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種圖像目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置。特別涉及一種基于固定場(chǎng)景的單自由度 目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置。
背景技術(shù)：
目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置在視頻監(jiān)視方面有著廣泛的應(yīng)用。目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置的任務(wù) 是在當(dāng)前視頻中發(fā)現(xiàn)被跟蹤目標(biāo)，并完成自動(dòng)跟蹤任務(wù)。由于不限定被跟蹤目標(biāo)的外觀， 而且目標(biāo)的外觀在跟蹤過程中可以變化，再加上復(fù)雜背景的干擾，目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤方面 面存在許多難點(diǎn)問題，是計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，如何有效檢測(cè)出監(jiān)視場(chǎng)景內(nèi)新出現(xiàn)的目標(biāo)并實(shí)現(xiàn)自 動(dòng)跟蹤任務(wù)。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是 一種目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置，包括有圖像傳感器(l)，采 集卡(2)，圖像處理部件(3)，控制處理部件(4)，伺服機(jī)構(gòu)(5)。
圖像傳感器(1)由伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)可在所監(jiān)視范圍內(nèi)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)拍攝。所拍攝圖 像經(jīng)過采集卡(2)傳送到圖像處理部件(3)中，圖像處理部件(3)可存儲(chǔ)所拍攝的圖像，并根 據(jù)所拍攝圖像給出控制處理部件(4)指令，控制處理部件(4)給出伺服機(jī)構(gòu)(5)控制指令，伺 服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)旋轉(zhuǎn)至期望角度。
本發(fā)明的目的在于提出一種應(yīng)用于固定場(chǎng)景下的單自由度簡(jiǎn)易目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤系 統(tǒng)。用于禁止移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入的無人監(jiān)控場(chǎng)所使用。


圖1為本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明系統(tǒng)初始化模式程序流程圖。
圖3為本發(fā)明工作莫斯程序流程圖。
其中
1:圖像傳感器 2:采集卡
3:圖像處理部件 4:控制處理部件
5:伺服機(jī)構(gòu)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩詳細(xì)說明。
如圖1所示，當(dāng)操作人員開啟本發(fā)明的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置后，系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)定的延 遲時(shí)間等待操作人員來開工作場(chǎng)所，即保證工作場(chǎng)所無運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。之后，系統(tǒng)進(jìn)入初始 化模式。系統(tǒng)將圖像傳感器(l)的360度位置進(jìn)行細(xì)化標(biāo)定為位置0到位置359。以規(guī)定 位置為0度，拍攝當(dāng)前畫面作為0度位置的背景畫面并通過采集卡(2)存儲(chǔ)到圖像處理部 件(3)中。然后，控制處理部件(4)給出指令控制伺服機(jī)構(gòu)(5)按照規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向旋轉(zhuǎn)1 度至位置1，拍攝當(dāng)前畫面為1度位置的背景畫面并通過采集卡(2)存儲(chǔ)到圖像處理部件(3) 中。然后控制處理部件(4)給出指令控制伺服機(jī)構(gòu)(5)按照規(guī)定的旋轉(zhuǎn)正方向旋轉(zhuǎn)1度至下 一位置拍攝下一位置的背景畫面，直至完成位置0到位置359的全部背景畫面并存儲(chǔ)在 圖像處理部件(3)中，從而完成系統(tǒng)的初始化任務(wù)并轉(zhuǎn)入工作模式。
系統(tǒng)轉(zhuǎn)入工作模式后采用lf景差^去檢測(cè)是否有目標(biāo)進(jìn)入監(jiān)視范圍內(nèi)。系統(tǒng)從位置0 開始，拍攝當(dāng)前畫面，并與存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中相應(yīng)位置的背景畫面進(jìn)行對(duì)應(yīng)像素 相減，如果兩幅圖像差異值小于設(shè)定的閾值，則無目標(biāo)出現(xiàn)，伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感 器(l)向正方向旋轉(zhuǎn)1度，拍攝下一位置的當(dāng)前圖像，并同樣與存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中 相應(yīng)位置的背景畫面進(jìn)行對(duì)應(yīng)像素相減比較，判斷是否有目標(biāo)出現(xiàn)，如仍無目標(biāo)出現(xiàn)， 則伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)繼續(xù)向正方向旋轉(zhuǎn)1度,不斷掃描搜索是否有目標(biāo)出現(xiàn)。
如果當(dāng)前畫面與存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中的圖像出現(xiàn)較大差異，則檢測(cè)到有目標(biāo)進(jìn) 入監(jiān)視區(qū)域，系統(tǒng)開始對(duì)目標(biāo)的活動(dòng)進(jìn)行跟蹤。根據(jù)差異像素位置分布情況，計(jì)算形心 為跟蹤目標(biāo)的形心，計(jì)算形心與當(dāng)前圖像中心的誤差，控制處理部件(4)根據(jù)誤差的大小 采用PID控制算法控制伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器旋轉(zhuǎn)以減小誤差實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的跟蹤。
系統(tǒng)初始化模式程序步驟如下-
a、 上電初始化；
b、 系統(tǒng)等待延遲時(shí)間；
c、 伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)旋轉(zhuǎn)至位置0;
d、 圖像傳感器(1)拍攝當(dāng)前圖像通過采集卡(2)存儲(chǔ)到圖像處理部件(3)中作為位置0 的背景畫面；
e、 伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)向規(guī)定正方向旋轉(zhuǎn)1度。
f、 判斷當(dāng)前位置是否為位置O，若是位置0，則結(jié)束系統(tǒng)初始化程序；若不是位置0， 則拍攝當(dāng)前圖像并存儲(chǔ)到圖像處理部件(3)中作為當(dāng)前位置的背景圖像。
g、 返回步驟f。
系統(tǒng)工作模式程序步驟如下
a、系統(tǒng)位置歸0，初始化開像素差異閾值參數(shù)M,，和圖像差異閾值參數(shù)71/2，準(zhǔn)備搜索
5被跟蹤的目標(biāo)；
b、 拍攝當(dāng)前畫面，并與存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中相應(yīng)位置的背景畫面按式(l-3)進(jìn)行對(duì)比， 求取差異值D。
<formula>formula see original document page 6</formula> (1)
<formula>formula see original document page 6</formula>(3)
其中^V)為當(dāng)前拍攝畫面中坐標(biāo)為GV')位置的像素灰度值，6(/力為存儲(chǔ)在圖像處理部件(3) 中相應(yīng)位置的背景畫面中坐標(biāo)為OV)位置的像素灰度值，c(/j')為對(duì)應(yīng)像素灰度的絕對(duì)差 值。
c、 如果D〈M2，說明當(dāng)前位置未發(fā)現(xiàn)被跟蹤目標(biāo)，伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)向規(guī)定 正方向旋轉(zhuǎn)l度，并返回步驟b，繼續(xù)搜索被跟蹤的目標(biāo)；如果D^M2，說明當(dāng)前位置中 出現(xiàn)被跟蹤目標(biāo)，則轉(zhuǎn)至歩驟d，丌始跟蹤目標(biāo)。
d、 按照式(4)求取被跟蹤目標(biāo)的形心位置的橫坐標(biāo)m。
<formula>formula see original document page 6</formula>
e、 根據(jù)當(dāng)前位置背景圖像的橫坐標(biāo)中心"，按照式(5)可求出跟蹤誤差e:
<formula>formula see original document page 6</formula>(5)
f、 系統(tǒng)根據(jù)誤差e，利用PID閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制算法控制伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1) 旋轉(zhuǎn)，以縮小跟蹤誤差，并返回歩驟b。
本發(fā)明中圖像傳感器(l)采用CCD攝像機(jī)，圖像處理部件(3)和控制處理部件(4)分別 由一臺(tái)PC機(jī)和一臺(tái)工控機(jī)實(shí)現(xiàn)，伺服機(jī)構(gòu)(5)由直流力矩電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器構(gòu)成。圖像處理 部件(3)和控制處理部件(4)的程序采用€++語言編寫。
權(quán)利要求
1、一種目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置，包括圖像傳感器(1)，采集卡(2)，圖像處理部件(3)，控制處理部件(4)，伺服機(jī)構(gòu)(5)；其特征在于圖像傳感器(1)由伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)可在所監(jiān)視范圍內(nèi)進(jìn)行360度旋轉(zhuǎn)拍攝；所拍攝圖像經(jīng)過采集卡(2)傳送到圖像處理部件(3)中，圖像處理部件(3)可存儲(chǔ)所拍攝的圖像，并根據(jù)所拍攝圖像給出控制處理部件(4)指令，控制處理部件(4)給出伺服機(jī)構(gòu)(5)控制指令，伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)旋轉(zhuǎn)至期望角度。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置，其特征在于系統(tǒng)初始化模式程序步驟如下a、 上電初始化；b、 系統(tǒng)等待延遲時(shí)間；C、伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)旋轉(zhuǎn)至位置0;d、 圖像傳感器(1)拍攝當(dāng)前圖像通過采集卡(2)存儲(chǔ)到圖像處理部件(3)中作為位置0的背景畫面；e、 伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)向規(guī)定正方向旋轉(zhuǎn)1度；f、 判斷當(dāng)前位置是否為位置O，若是位置O，則結(jié)束系統(tǒng)初始化程序；若不是位置O，則拍攝當(dāng)前圖像并存儲(chǔ)到圖像處理部件(3)中作為當(dāng)前位置的背景圖像；g、 返回步驟f。
3、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置，其特征在于系統(tǒng)工作模式程序步驟如下a、 系統(tǒng)位置歸O，初始化開像素差異閾值參數(shù)M,，和圖像差異閾值參數(shù)M2，準(zhǔn)備搜索被跟蹤的目標(biāo)；b、 拍攝當(dāng)前畫面，并與存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中相應(yīng)位置的背景畫面按式(l-3)進(jìn)行對(duì)比,求取差異值D;其中fl(,V)為當(dāng)前拍攝畫面中坐標(biāo)為(i力位置的像素灰度值，^V)為存儲(chǔ)在圖像處理部件(3)中相應(yīng)位置的背景畫面中坐標(biāo)為(/力位置的像素灰度值，c(Z/)為對(duì)應(yīng)像素灰度的絕對(duì)差值；c、 如果D〈M2，說明當(dāng)前位置未發(fā)現(xiàn)被跟蹤目標(biāo)，伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1)向規(guī)定正方向旋轉(zhuǎn)l度，并返回步驟b，繼續(xù)搜索被跟蹤的目標(biāo)；如果D^M2，說明當(dāng)前位置中出現(xiàn)被跟蹤目標(biāo)，則轉(zhuǎn)至歩驟d，開始跟蹤目標(biāo)；d、 按照式(4)求取被跟蹤目標(biāo)的形心位置的橫坐標(biāo)w;<formula>formula see original document page 3</formula>e、 根據(jù)當(dāng)前位置背景圖像的橫坐標(biāo)中心^按照式(5)可求出跟蹤誤差e:<formula>formula see original document page 3</formula>f、 系統(tǒng)根據(jù)誤差e，利用PID閉環(huán)伺服系統(tǒng)控制算法控制伺服機(jī)構(gòu)(5)帶動(dòng)圖像傳感器(1) 旋轉(zhuǎn)，以縮小跟蹤誤差，并返回步驟b。
全文摘要
本發(fā)明屬于圖像識(shí)別跟蹤領(lǐng)域，公開一種基于固定場(chǎng)景的單自由度目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤裝置，包括圖像傳感器，采集卡，圖像處理部件，控制處理部件和伺服機(jī)構(gòu)。系統(tǒng)啟動(dòng)后進(jìn)入初始化模式，圖像傳感器由伺服機(jī)構(gòu)帶動(dòng)按規(guī)定的正方向旋轉(zhuǎn)一周，并在每一個(gè)預(yù)設(shè)位置拍攝場(chǎng)景畫面存儲(chǔ)到圖像處理部件中作為該位置的背景畫面。之后，系統(tǒng)進(jìn)入工作模式。圖像傳感器在每一個(gè)預(yù)設(shè)位置拍攝場(chǎng)景畫面并與該位置的背景畫面相比較，檢測(cè)在監(jiān)視范圍內(nèi)是否出現(xiàn)目標(biāo)。如未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則繼續(xù)搜索；否則，計(jì)算目標(biāo)形心橫坐標(biāo)與背景畫面中心橫坐標(biāo)的誤差，控制處理部件控制伺服機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)跟蹤。本發(fā)明主要用于禁止移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)入的無人監(jiān)控場(chǎng)所使用。
文檔編號(hào)G06T7/20GK101667294SQ200910070399
公開日2010年3月10日 申請(qǐng)日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者修春波 申請(qǐng)人:天津工業(yè)大學(xué)