針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置及實(shí)現(xiàn)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，包括依次相互連接的CCD電視跟蹤控制器、串行數(shù)字接口、跟蹤計(jì)算機(jī)和伺服裝置，所述CCD電視跟蹤控制器包括相互連接的CCD攝像頭、數(shù)字接口電路和跟蹤處理器，所述跟蹤處理器包括相互連接的主控制計(jì)算機(jī)和圖像數(shù)據(jù)采集卡。本發(fā)明還公開了一種針對(duì)所述目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明解決了實(shí)時(shí)場(chǎng)景中獲取的圖像容易受到如光照、新目標(biāo)的影響等因素干擾的問(wèn)題；同時(shí)解決了目標(biāo)跟蹤過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或是目標(biāo)之間相互遮擋的問(wèn)題，是一種準(zhǔn)確性、魯棒性、實(shí)時(shí)性的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法。
【專利說(shuō)明】針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置及實(shí)現(xiàn)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明公開了一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置及實(shí)現(xiàn)方法，涉及 圖像處理和圖像跟蹤控制【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圖像處理技術(shù)的迅猛發(fā)展，視頻監(jiān)控目前已成為研究 熱點(diǎn)，視頻監(jiān)控是指在沒(méi)有人為干預(yù)的情況下，通過(guò)攝像頭采集監(jiān)控場(chǎng)景的視頻圖像序列， 利用圖像處理、視頻分析以及模式識(shí)別等方法對(duì)采集到的圖像進(jìn)行自動(dòng)分析，得到目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)參數(shù)并以此作為主要依據(jù)控制攝像頭始終指向目標(biāo)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的連續(xù)跟蹤，還可以判 斷目標(biāo)的行為，并對(duì)異常情況作出反應(yīng)。
[0003] 監(jiān)控系統(tǒng)一般由前臺(tái)的視頻捕捉系統(tǒng)及后臺(tái)的圖像處理系統(tǒng)組成，捕捉系統(tǒng)主要 負(fù)責(zé)圖像采集，提供檢測(cè)信息；圖像處理系統(tǒng)完成圖像分割、特征提取以及對(duì)目標(biāo)的跟蹤， 目標(biāo)圖像信號(hào)經(jīng)過(guò)圖像處理單元處理后，產(chǎn)生偏移信號(hào)并驅(qū)動(dòng)電路使伺服機(jī)構(gòu)產(chǎn)生控制信 號(hào)帶動(dòng)云臺(tái)上的攝像頭將目標(biāo)放大、做特寫，獲取目標(biāo)的特征信息，使目標(biāo)始終處于圖像顯 示區(qū)的中心附近，從而完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
[0004] 雖然對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤理論的研究已經(jīng)進(jìn)行了好多年，但是目前他仍然存在 許多難以解決的問(wèn)題，在實(shí)時(shí)場(chǎng)景中獲取的圖像容易受到很多因素的干擾，如光照、新目標(biāo) 的影響；同時(shí)在目標(biāo)跟蹤過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或是目標(biāo)之間相互遮擋問(wèn)題等，所 以目前來(lái)說(shuō)開發(fā)出一種準(zhǔn)確性、魯棒性、實(shí)時(shí)性的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法是現(xiàn)在最需要解決 的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控 制的圖像信號(hào)綜合處理裝置及實(shí)現(xiàn)方法。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題采用以下技術(shù)方案：
[0007] -種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，包括依次相互連接的C⑶電視 跟蹤控制器、串行數(shù)字接口、跟蹤計(jì)算機(jī)和伺服裝置，所述CCD電視跟蹤控制器包括相互連 接的(XD攝像頭、數(shù)字接口電路和跟蹤處理器，所述跟蹤處理器包括相互連接的主控制計(jì) 算機(jī)和圖像數(shù)據(jù)采集卡；
[0008] 所述CCD攝像頭采集外部的圖像信息，圖像信息所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字接口 電路轉(zhuǎn)送至跟蹤處理器；跟蹤處理器通過(guò)圖像數(shù)據(jù)采集卡完成對(duì)圖像信息的數(shù)據(jù)采集，并 通過(guò)主控制計(jì)算機(jī)處理圖像信息，然后輸出角位置偏差信號(hào)；所述角位置偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)串 行數(shù)字接口發(fā)送至跟蹤計(jì)算機(jī)，跟蹤計(jì)算機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的圖像跟蹤誤差信號(hào)，并將其發(fā)送至 伺服裝置；
[0009] 所述主控制計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息的處理包括：測(cè)量出圖像信息中的目標(biāo)的位置信 息、輸出目標(biāo)的角偏差信號(hào)、自身的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、與跟蹤計(jì)算機(jī)的信息交互、視頻圖像的 疊加處理以及交互信息的實(shí)時(shí)輸出。
[0010] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述C⑶攝像頭為CS8620HCi型號(hào)的黑白工業(yè)級(jí) 高分辨率數(shù)字CCD攝像機(jī)。
[0011] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述串行數(shù)字接口具體為IEEE1394。
[0012] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述主控制計(jì)算機(jī)為通用微機(jī)。
[0013] 本發(fā)明還公開了一種基于所述針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí) 現(xiàn)方法，采用自適應(yīng)式雙波門跟蹤和質(zhì)心跟蹤相結(jié)合的方式，從目標(biāo)的圖像信息中提取目 標(biāo)的位置信息，進(jìn)而形成跟蹤誤差信號(hào)去驅(qū)動(dòng)伺服裝置對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，具體步驟為：
[0014] 步驟一、設(shè)置內(nèi)門和外門二層構(gòu)成波門，所述內(nèi)門緊貼目標(biāo)，所述外門用以判斷目 標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為內(nèi)門的跟蹤提供裕度，內(nèi)、外門之間區(qū)域設(shè)置為背景采樣區(qū)；
[0015] 步驟二、對(duì)圖像信息的內(nèi)容進(jìn)行理解識(shí)別，從中分離出所需要跟蹤的目標(biāo)，根據(jù)目 標(biāo)的位置確定波門中心，目標(biāo)的中心和波門的中心完全重合；根據(jù)計(jì)算得到的目標(biāo)大小確 定波門的大?。?br> [0016] 步驟三、當(dāng)目標(biāo)的移動(dòng)導(dǎo)致圖像大小變化時(shí)，內(nèi)門隨之變化，并且隨著目標(biāo)中心的 移動(dòng)而移動(dòng)；外門將內(nèi)門包含在其中，在反映目標(biāo)周邊的灰度分布且不影響圖像處理的實(shí) 時(shí)性的情況下，外門的大小根據(jù)內(nèi)門的大小按比例自行調(diào)整；
[0017] 步驟四、在內(nèi)門中計(jì)算得到目標(biāo)的質(zhì)心后，將內(nèi)門的中心移動(dòng)到質(zhì)心處，使目標(biāo)始 終處于雙波門的中心，在任何一個(gè)處理周期內(nèi)，都取雙波門的中心作為目標(biāo)的位置，從而在 波門位置的更新過(guò)程中完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
[0018] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟二中，對(duì)圖像信息的內(nèi)容進(jìn)行理解識(shí)別 的方法為灰度分割法、區(qū)域增長(zhǎng)法、模板匹配法或者特征提取識(shí)別法中的一種。
[0019] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，當(dāng)CCD攝像頭采集外部的圖像信息是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的 序列圖像時(shí)，通過(guò)幀間差計(jì)算光流場(chǎng)，采用特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方法來(lái)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
[0020] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述步驟二中，通過(guò)測(cè)距儀測(cè)出目標(biāo)至C⑶攝像 頭的距離，根據(jù)投影關(guān)系確定目標(biāo)的大小。
[0021] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，所述模板匹配法基于對(duì)圖像相似性的衡量，在現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取的圖像中尋找與目標(biāo)模板最為接近的圖像區(qū)域進(jìn)行識(shí)別跟蹤，具體方法為：
[0022] (901)獲取包含目標(biāo)的初始模板，所述初始模板的大小為MXN;
[0023] (902)設(shè)定初始模板的移動(dòng)區(qū)域，初始模板的移動(dòng)范圍為：當(dāng)前位置向上下左右 四個(gè)方向進(jìn)行偏移，偏移量均為〇至L ;
[0024] (903)根據(jù)相關(guān)性度量函數(shù)和設(shè)定的搜索策略得出原圖像中和初始模板的匹配度 最高的子圖，將該子圖的位置設(shè)定為目標(biāo)的新位置；
[0025] (904)根據(jù)模板更新策略更新初始模板，采用更新后的新模板，并將當(dāng)前位置移動(dòng) 到新位置，然后返回至步驟（903)進(jìn)行新一輪的搜索。
[0026] 作為本發(fā)明的進(jìn)一步優(yōu)選方案，步驟（903)中所述的相關(guān)性度量函數(shù)的計(jì)算方法 包括：歸一化相關(guān)函數(shù)計(jì)算法、平均絕對(duì)差值計(jì)算法、固定權(quán)值的S相關(guān)算法和變權(quán)值的 δ相關(guān)算法。
[0027] 本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：本發(fā)明解決了實(shí) 時(shí)場(chǎng)景中獲取的圖像容易受到如光照、新目標(biāo)的影響等因素干擾的問(wèn)題；同時(shí)解決了目標(biāo) 跟蹤過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)或是目標(biāo)之間相互遮擋的問(wèn)題，是一種準(zhǔn)確性、魯棒 性、實(shí)時(shí)性的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤方法。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028] 圖1是本發(fā)明的實(shí)物結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029] 圖2是本發(fā)明所采用雙波門跟蹤方法示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施方式，所述實(shí)施方式的示例在附圖中示出，其中自始 至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參 考附圖描述的實(shí)施方式是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0031] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中涉及到的相關(guān)模塊及其實(shí)現(xiàn)的功能 是在改進(jìn)后的硬件及其構(gòu)成的裝置、器件或系統(tǒng)上搭載現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的計(jì)算機(jī)軟件程序 或有關(guān)協(xié)議就可實(shí)現(xiàn)，并非是對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算機(jī)軟件程序或有關(guān)協(xié)議進(jìn)行改進(jìn)。例如， 改進(jìn)后的計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)依然可以通過(guò)裝載現(xiàn)有的軟件操作系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)該硬件系統(tǒng)的特 定功能。因此，可以理解的是，本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中硬件模塊的改進(jìn)及其連 接組合關(guān)系，而非僅僅是對(duì)硬件模塊中為實(shí)現(xiàn)有關(guān)功能而搭載的軟件或協(xié)議的改進(jìn)。
[0032] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明中提到的相關(guān)模塊是用于執(zhí)行本申請(qǐng) 中所述操作、方法、流程中的步驟、措施、方案中的一項(xiàng)或多項(xiàng)的硬件設(shè)備。所述硬件設(shè)備可 以為所需的目的而專門設(shè)計(jì)和制造，或者也可以采用通用計(jì)算機(jī)中的已知設(shè)備或已知的其 他硬件設(shè)備。所述通用計(jì)算機(jī)有存儲(chǔ)在其內(nèi)的程序選擇性地激活或重構(gòu)。
[0033] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非特意聲明，這里使用的單數(shù)形式"一"、"一 個(gè)"、"所述"和"該"也可包括復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是，本發(fā)明的說(shuō)明書中使用的措 辭"包括"是指存在所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件，但是并不排除存在或添加 一個(gè)或多個(gè)其他特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。應(yīng)該理解，當(dāng)我們稱元 件被"連接"或"耦接"到另一元件時(shí)，它可以直接連接或耦接到其他元件，或者也可以存在 中間元件。此外，這里使用的"連接"或"耦接"可以包括無(wú)線連接或耦接。這里使用的措 辭"和/或"包括一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任一單元和全部組合。
[0034] 本【技術(shù)領(lǐng)域】技術(shù)人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術(shù)語(yǔ)（包括技術(shù) 術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)）具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng) 該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的 意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會(huì)用理想化或過(guò)于正式的含義來(lái)解釋。
[0035] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明：
[0036] 本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示，所述(XD電視跟蹤控制器通過(guò)(XD攝像頭 獲取外部的圖像信息，通過(guò)數(shù)字接口電路將數(shù)字信號(hào)傳遞給跟蹤處理器，跟蹤處理器完成 通過(guò)視頻采集卡采集數(shù)據(jù)，跟蹤處理器對(duì)圖像信息處理后，輸出角位置偏差信號(hào)，通過(guò)串行 數(shù)字接口向跟蹤伺服裝置的跟蹤計(jì)算機(jī)發(fā)送圖像跟蹤信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的跟蹤。CCD攝像頭 選用東芝泰力CS8620HCi型號(hào)的黑白工業(yè)級(jí)高分辨率數(shù)字(XD攝像機(jī)，圖像質(zhì)量高，顏色還 原性好，以IEEE1394作為輸出，信號(hào)穩(wěn)定。該攝像機(jī)有如下特點(diǎn)：
[0037] 1、高分辨率：采用高像素?cái)?shù)（38萬(wàn)像素）(XD，實(shí)現(xiàn)水平分辨率570電視線，可以采 集到雜波少、抖動(dòng)量少的高分辨率圖像。CCIR規(guī)格：44萬(wàn)像素，水平分辨率560電視線。
[0038] 2、超小型輕便：29(W) X29(H)x31(D)約50g，本產(chǎn)品超小型輕便，使用DV12V的電 源就可采集圖像。
[0039] 3、電子快門：具有電子快門功能，即便超動(dòng)態(tài)條件下也能采集到不模糊的清晰圖 像。
[0040] 4、AGC(自動(dòng)增益控制）：具有自動(dòng)增益控制功能，可在變化的光量條件下采集到 清晰的圖像。
[0041] 5、重啟/復(fù)位：位功能，通過(guò)輸入R.R脈沖信號(hào)（VD)可在所需要的任意時(shí)段采集 到圖像。
[0042] 6、特殊快門/隨機(jī)觸發(fā)快門：通過(guò)輸入外觸發(fā)信號(hào)，可實(shí)時(shí)采集到圖像的特殊快 門及隨機(jī)觸發(fā)快門。
[0043] 7、近紅外光譜區(qū)域感光：CS8620Hci采用近紅外光譜區(qū)域感光(XD，即便接近近紅 外光譜區(qū)域也能采集到清晰鮮明的圖像。
[0044] 跟蹤處理器需要實(shí)時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行處理，檢測(cè)出圖像中的目標(biāo)，同時(shí)對(duì)圖像進(jìn)行壓 縮和本身的狀態(tài)進(jìn)行檢查，實(shí)時(shí)輸出目標(biāo)的角偏差信號(hào)、狀態(tài)信息及疊加處理信息的圖像 數(shù)據(jù)。
[0045] 跟蹤處理器用于對(duì)圖像信號(hào)的綜合處理，包括對(duì)視頻圖像信號(hào)的處理、跟蹤角誤 差形成、自身的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、與外圍計(jì)算機(jī)的信息交互、電視圖像的疊加處理以及交互信 息的實(shí)時(shí)輸出，其主要任務(wù)和功能是：
[0046] (1)對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行處理，完成對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，并實(shí)時(shí)把跟蹤信號(hào)送給控制 計(jì)算機(jī)；
[0047] (2)對(duì)處理機(jī)進(jìn)行檢查，并實(shí)時(shí)將上述狀態(tài)參數(shù)送給控制計(jì)算機(jī)；
[0048] (3)接收控制計(jì)算機(jī)的中斷信號(hào)，控制空載信息處理機(jī)由待機(jī)狀態(tài)轉(zhuǎn)運(yùn)行狀態(tài)。
[0049] 為便于教學(xué)演示，跟蹤處理器采用通用微機(jī)作為主控制計(jì)算機(jī)，采用圖像數(shù)據(jù)采 集卡實(shí)現(xiàn)圖像信號(hào)輸入PC計(jì)算機(jī)，再由通用圖像識(shí)別與跟蹤控制軟件實(shí)現(xiàn)圖像跟蹤。
[0050] 在原理上本系統(tǒng)采用的是波門跟蹤。波門是目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)實(shí)際處理時(shí)所采用的窗 口，它的大小介于目標(biāo)和視場(chǎng)之間。設(shè)置波門可以非常有效地排除背景干擾，還可以大大 減少計(jì)算量以提高計(jì)算速度。波門中心由圖中目標(biāo)的位置決定，通?？梢哉J(rèn)為目標(biāo)的中心 和波門的中心是完全重合的。
[0051] 跟蹤波門可分為固定式和自適應(yīng)式兩種。固定式波門的大小不會(huì)隨著目標(biāo)的遠(yuǎn)近 移動(dòng)而變化，自適應(yīng)式則會(huì)根據(jù)目標(biāo)圖像在視場(chǎng)中的大小按一定的規(guī)則發(fā)生變化。當(dāng)目標(biāo) 由遠(yuǎn)到近運(yùn)動(dòng)而探測(cè)器焦距不變時(shí)，目標(biāo)圖像自然會(huì)隨之變大，這就要求跟蹤波門也要隨 之作出相應(yīng)的變化以保證目標(biāo)圖像始終包含在波門之內(nèi)。對(duì)于自適應(yīng)大小的跟蹤波門，其 大小的調(diào)整可以通過(guò)人的參與進(jìn)行，也可以通過(guò)測(cè)距儀先測(cè)出目標(biāo)的攝像機(jī)的距離，然后 根據(jù)投影關(guān)系確定目標(biāo)的大小，根據(jù)計(jì)算得到的目標(biāo)大小確定跟蹤波門的大小。
[0052] 波門中心及其大小由目標(biāo)圖像中心以及基于圖像的目標(biāo)快速識(shí)別與跟蹤技術(shù)研 究其目標(biāo)圖像尺寸大小所控制。穩(wěn)定平臺(tái)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在工作時(shí)需要從目標(biāo)的圖像中提取 目標(biāo)的位置信息，進(jìn)而形成跟蹤誤差信號(hào)去驅(qū)動(dòng)伺服機(jī)構(gòu)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。通常，從目標(biāo)圖 像中提取目標(biāo)位置信息的方法常用波門跟蹤模式。
[0053] 波門的大小在很大程度上影響運(yùn)算速度，波門過(guò)大會(huì)導(dǎo)致運(yùn)算速度降低，所以波 門不能太大，否則影響跟蹤效果。在滿足系統(tǒng)跟蹤精度要求的情況下，為了兼顧運(yùn)算速度和 系統(tǒng)的抗干擾能力，考慮采用雙波門來(lái)設(shè)置跟蹤窗口。雙波門算法是指波門由內(nèi)門和外門 二層構(gòu)成，內(nèi)門緊貼目標(biāo)，外門的設(shè)置是為了判斷目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（離開或進(jìn)入），相當(dāng)于 為內(nèi)門跟蹤提供一定的裕度，內(nèi)外門之間區(qū)域稱為背景采樣區(qū)，下面介紹雙波門的設(shè)計(jì)方 法，如圖2所示。
[0054] 圖2給出了跟蹤窗口的設(shè)置，內(nèi)門用來(lái)緊緊套住運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，隨著目標(biāo)的移動(dòng)導(dǎo) 致的圖像大小變化，內(nèi)門隨之變化，并且隨著目標(biāo)的中心而移動(dòng)。外門將內(nèi)門包含其中，它 的大小是根據(jù)內(nèi)門的大小按照一定比例自行調(diào)整的，調(diào)整的規(guī)則是保證能反映目標(biāo)周邊的 灰度分布且不影響圖像處理的實(shí)時(shí)性。
[0055] 在一個(gè)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，波門中心和大小的初始值通常有兩種方法確定：一種方 式是通過(guò)人的參與，人通過(guò)觀看屏幕上圖像中目標(biāo)的位置和大小，采用半自動(dòng)的方式確定 波門大小和位置；另一種方式利用序列圖像提供的信息，自動(dòng)確定圖像中目標(biāo)的位置和大 小。第一種方式由于有人的介入，因此目標(biāo)的確定的可信度和位置的精度比較高，由于第 二種方式需要先對(duì)圖像的內(nèi)容進(jìn)行理解識(shí)別，從圖像中分離出所需要跟蹤的目標(biāo)，而目標(biāo) 的自動(dòng)識(shí)別的正確性還不能完全保證，因此在實(shí)際中還有待更好的識(shí)別方法的研究。目前 的目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別方法通常有：灰度分割法，區(qū)域增長(zhǎng)法，模板匹配法，特征提取識(shí)別法等，對(duì) 于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的序列圖像，還可以通過(guò)幀間差，計(jì)算光流場(chǎng)，特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)等方法來(lái)提取運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)。
[0056] 波門跟蹤通常和其它跟蹤方法相結(jié)合，例如，波門跟蹤和質(zhì)心跟蹤結(jié)合時(shí)，跟蹤時(shí) 使質(zhì)心的計(jì)算只需要在波門內(nèi)進(jìn)行，在波門內(nèi)計(jì)算得到目標(biāo)的質(zhì)心后，再將波門的中心移 動(dòng)到質(zhì)心處，使目標(biāo)始終處于波門的中心，在任何一個(gè)處理周期內(nèi)，都取波門的中心作為目 標(biāo)的位置，從而在不斷的波門位置的更新過(guò)程中完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
[0057] 相關(guān)跟蹤是利用序列圖像中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在不同位置的相關(guān)性進(jìn)行目標(biāo)跟蹤的一種 算法，這種方法不需要對(duì)圖像進(jìn)行分割和特征的提取，而只在原始圖像數(shù)據(jù)上進(jìn)行運(yùn)算，保 留了圖像的全部信息，具有對(duì)圖象質(zhì)量要求不高，可以在低信噪比條件下穩(wěn)定工作的特點(diǎn)， 同時(shí)該算法能適應(yīng)目標(biāo)的背景比較復(fù)雜的場(chǎng)景條件下的跟蹤，局部抗干擾能力有所提高， 在許多復(fù)雜環(huán)境場(chǎng)景下都能得到應(yīng)用。因此相關(guān)跟蹤算法是目前國(guó)內(nèi)外研究地最多的一種 跟蹤算法。
[0058] 相關(guān)跟蹤采用模板匹配的方法，模板匹配一種是基于對(duì)圖像相似性的衡量，在現(xiàn) 場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取的圖像中尋找與目標(biāo)模板最為接近的圖像區(qū)域的識(shí)別跟蹤方式 [47]。模板匹配 法對(duì)于圖像的特征不明顯，特征不易提取的場(chǎng)合特別適用。其算法的描述如下：
[0059] 1)通過(guò)人的參與或自動(dòng)識(shí)別獲取包含目標(biāo)的初始模板，模板的大小為MX N ;
[0060] 2)設(shè)定模板的移動(dòng)區(qū)域?yàn)橥罫，即模板的移動(dòng)范圍為當(dāng)前位置向上下左右四個(gè)方 向的偏移量均從〇到L;
[0061] 3)在搜索范圍內(nèi)采用某種相關(guān)性度量函數(shù)和一定的搜索策略獲取原圖像中和模 板的匹配度最高的子圖，將該子圖的位置設(shè)定為目標(biāo)的新位置；
[0062] 4)根據(jù)原來(lái)的模板圖像和最佳匹配子圖，同時(shí)依據(jù)一定的模板更新策略更新模 板，采用新的模板，并將當(dāng)前位置移動(dòng)到新位置回到第3步進(jìn)行新一次的搜索。
[0063] 在相關(guān)跟蹤算法中，匹配函數(shù)的選擇對(duì)匹配的精度和匹配的速度有很大的影響， 常用的匹配相關(guān)度量有如下幾種：
[0064] (a)歸一化相關(guān)函數(shù)
[0065] 設(shè)模板T以圖像I為背景做平移運(yùn)動(dòng)，模板下方和模板同樣大小的I中的子圖為 Si'j，其中i，j分別為子圖的中心在圖像I中的坐標(biāo)?？捎媒^對(duì)差的平方和D(i，j)來(lái)表示 子圖和模板的相似性：

【權(quán)利要求】
1. 一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，其特征在于：包括依次相互連接 的CCD電視跟蹤控制器、串行數(shù)字接口、跟蹤計(jì)算機(jī)和伺服裝置，所述CCD電視跟蹤控制器 包括相互連接的(XD攝像頭、數(shù)字接口電路和跟蹤處理器，所述跟蹤處理器包括相互連接 的主控制計(jì)算機(jī)和圖像數(shù)據(jù)采集卡； 所述CCD攝像頭采集外部的圖像信息，圖像信息所對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)通過(guò)數(shù)字接口電路 轉(zhuǎn)送至跟蹤處理器；跟蹤處理器通過(guò)圖像數(shù)據(jù)采集卡完成對(duì)圖像信息的數(shù)據(jù)采集，并通過(guò) 主控制計(jì)算機(jī)處理圖像信息，然后輸出角位置偏差信號(hào)；所述角位置偏差信號(hào)經(jīng)過(guò)串行數(shù) 字接口發(fā)送至跟蹤計(jì)算機(jī)，跟蹤計(jì)算機(jī)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的圖像跟蹤誤差信號(hào)，并將其發(fā)送至伺服 裝置； 所述主控制計(jì)算機(jī)對(duì)圖像信息的處理包括：測(cè)量出圖像信息中的目標(biāo)的位置信息、輸 出目標(biāo)的角偏差信號(hào)、自身的狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、與跟蹤計(jì)算機(jī)的信息交互、視頻圖像的疊加處 理以及交互信息的實(shí)時(shí)輸出。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，其特征在 于：所述C⑶攝像頭為CS8620HCi型號(hào)的黑白工業(yè)級(jí)高分辨率數(shù)字C⑶攝像機(jī)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，其特征在 于：所述串行數(shù)字接口具體為IEEE 1394。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置，其特征在 于：所述主控制計(jì)算機(jī)為通用微機(jī)。
5. -種基于權(quán)利要求1所述針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于，采用自適應(yīng)式雙波門跟蹤和質(zhì)心跟蹤相結(jié)合的方式，從目標(biāo)的圖像信息中 提取目標(biāo)的位置信息，進(jìn)而形成跟蹤誤差信號(hào)去驅(qū)動(dòng)伺服裝置對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，具體步驟 為： 步驟一、設(shè)置內(nèi)門和外門二層構(gòu)成波門，所述內(nèi)門緊貼目標(biāo)，所述外門用以判斷目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，為內(nèi)門的跟蹤提供裕度，內(nèi)、外門之間區(qū)域設(shè)置為背景采樣區(qū)； 步驟二、對(duì)圖像信息的內(nèi)容進(jìn)行理解識(shí)別，從中分離出所需要跟蹤的目標(biāo)，根據(jù)目標(biāo)的 位置確定波門中心，目標(biāo)的中心和波門的中心完全重合；根據(jù)計(jì)算得到的目標(biāo)大小確定波 門的大小； 步驟三、當(dāng)目標(biāo)的移動(dòng)導(dǎo)致圖像大小變化時(shí)，內(nèi)門隨之變化，并且隨著目標(biāo)中心的移動(dòng) 而移動(dòng)；外門將內(nèi)門包含在其中，在反映目標(biāo)周邊的灰度分布且不影響圖像處理的實(shí)時(shí)性 的情況下，外門的大小根據(jù)內(nèi)門的大小按比例自行調(diào)整； 步驟四、在內(nèi)門中計(jì)算得到目標(biāo)的質(zhì)心后，將內(nèi)門的中心移動(dòng)到質(zhì)心處，使目標(biāo)始終處 于雙波門的中心，在任何一個(gè)處理周期內(nèi)，都取雙波門的中心作為目標(biāo)的位置，從而在波門 位置的更新過(guò)程中完成對(duì)目標(biāo)的跟蹤。
6. 如權(quán)利要求5所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于，所述步驟二中，對(duì)圖像信息的內(nèi)容進(jìn)行理解識(shí)別的方法為灰度分割法、區(qū)域增 長(zhǎng)法、模板匹配法或者特征提取識(shí)別法中的一種。
7. 如權(quán)利要求5所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于：當(dāng)CCD攝像頭采集外部的圖像信息是運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的序列圖像時(shí)，通過(guò)幀間差計(jì) 算光流場(chǎng)，采用特征點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方法來(lái)提取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
8. 如權(quán)利要求5所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于：所述步驟二中，通過(guò)測(cè)距儀測(cè)出目標(biāo)至(XD攝像頭的距離，根據(jù)投影關(guān)系確定 目標(biāo)的大小。
9. 如權(quán)利要求6所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方法， 其特征在于，所述模板匹配法基于對(duì)圖像相似性的衡量，在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)獲取的圖像中尋找與 目標(biāo)模板最為接近的圖像區(qū)域進(jìn)行識(shí)別跟蹤，具體方法為： (901)獲取包含目標(biāo)的初始模板，所述初始模板的大小為MXN ; (902 )設(shè)定初始模板的移動(dòng)區(qū)域，初始模板的移動(dòng)范圍為：當(dāng)前位置向上下左右四個(gè)方 向進(jìn)行偏移，偏移量均為〇至L; (903) 根據(jù)相關(guān)性度量函數(shù)和設(shè)定的搜索策略得出原圖像中和初始模板的匹配度最高 的子圖，將該子圖的位置設(shè)定為目標(biāo)的新位置； (904) 根據(jù)模板更新策略更新初始模板，采用更新后的新模板，并將當(dāng)前位置移動(dòng)到新 位置，然后返回至步驟（903)進(jìn)行新一輪的搜索。
10. 如權(quán)利要求9所述的一種針對(duì)目標(biāo)跟蹤控制的圖像信號(hào)綜合處理裝置的實(shí)現(xiàn)方 法，其特征在于，步驟（903)中所述的相關(guān)性度量函數(shù)的計(jì)算方法包括：歸一化相關(guān)函數(shù)計(jì) 算法、平均絕對(duì)差值計(jì)算法、固定權(quán)值的相關(guān)算法和變權(quán)值的相關(guān)算法。
【文檔編號(hào)】G06K9/46GK104092991SQ201410332558
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月11日
【發(fā)明者】周洪成, 胡艷, 陳存寶, 姜志鵬, 劉海陵 申請(qǐng)人:金陵科技學(xué)院