一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法及裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及智能交通監(jiān)控技術(shù)，特別是涉及一種高速公路智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中的 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法與系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，交通運(yùn)輸技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)視頻監(jiān)控的需求也隨之快速增長(zhǎng)，人工 監(jiān)視已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了交通監(jiān)控的需求，智能化視頻監(jiān)控技術(shù)的需求變得十分迫切。
[0003] 近年來，計(jì)算機(jī)硬件性能的長(zhǎng)足發(fā)展，使嵌入式設(shè)備具備了更快的處理速度、更大 的存儲(chǔ)能力，是嵌入式智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的前端眼睛和大腦，為降低整個(gè)系統(tǒng)的復(fù)雜度、提 升系統(tǒng)的傳輸能力和分析能力起了關(guān)鍵的作用。目標(biāo)跟蹤廣泛應(yīng)用在視頻監(jiān)控中，是后期 行為分析、目標(biāo)識(shí)別、分類的基礎(chǔ)，準(zhǔn)確、穩(wěn)定的對(duì)感興趣目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，是智能視頻監(jiān) 控領(lǐng)域的一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題，尤其是在復(fù)雜場(chǎng)景中，對(duì)多目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定實(shí)時(shí)的跟蹤，存 在遮擋、相互融合等復(fù)雜情形，使其更加具有挑戰(zhàn)性。高速公路上，路線長(zhǎng)，車輛行駛速度較 快，瞬息萬變，異常行為事件的發(fā)生對(duì)高速公路的暢通行駛有著極大的影響，甚至可能導(dǎo)致 嚴(yán)重的交通事故、財(cái)產(chǎn)損失和人身傷害，因此，智能地跟蹤高速公路上的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，檢測(cè)出 異常事件，對(duì)預(yù)防事故的發(fā)生有著極為重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明首先要解決的技術(shù)問題是提供一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，通過自適 應(yīng)匹配的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行匹配實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤功能。
[0005] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方 法，該方法將跟蹤裝置沿車輛行駛方向安裝在高速公路的通道上方，并包括以下步驟：
[0006] 1)標(biāo)記感興趣區(qū)域和車輛行駛方向；
[0007] 2)獲取當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；
[0008] 3)獲取前一幀正在跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列，與當(dāng)前幀進(jìn)行搜索匹配，如果存在匹配，則計(jì) 算與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相似度，找到一個(gè)最相似的加入正在跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列并更新（如何更新）；
[0009] 4)獲取前一幀待跟蹤目標(biāo)隊(duì)列，在當(dāng)前幀進(jìn)行搜索匹配，如果存在匹配，則計(jì)算與 剩下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相似度，找到一個(gè)最相似的加入待跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列，同時(shí)更新待跟蹤計(jì) 數(shù)，如果計(jì)數(shù)大于一定值，則將其放到正在跟蹤隊(duì)列；如果不存在匹配，則將其移出待跟蹤 隊(duì)列；
[0010] 5)獲取前一幀丟失跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列，在當(dāng)前幀進(jìn)行搜索匹配，如果存在匹配，則計(jì) 算與剩下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相似度，找到一個(gè)最相似的移入正在跟蹤隊(duì)列，如果不存在匹配，則 更新丟失幀數(shù)，當(dāng)丟失達(dá)到一定幀數(shù)時(shí)，將其移出丟失跟蹤隊(duì)列；
[0011] 6)將剩下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)放入待跟蹤隊(duì)列，并初始化，用于下一幀跟蹤。
[0012] 在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進(jìn)一步的技術(shù) 方案：
[0013] 所述步驟3)中的前一幀正在跟蹤目標(biāo)隊(duì)列是指穩(wěn)定跟蹤達(dá)到或超過tl幀，并且 上一幀還在繼續(xù)跟蹤的目標(biāo)；每個(gè)在跟蹤目標(biāo)隊(duì)列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)包含的信息包括：在前一 幀的位置、速度和大小，在前一幀中所處位置的歸一化直方圖。
[0014] 所述步驟4)中的前一幀待跟蹤目標(biāo)隊(duì)列是指穩(wěn)定跟蹤小于tl幀，并且上一幀還 在繼續(xù)跟蹤的目標(biāo)；每個(gè)在待跟蹤目標(biāo)隊(duì)列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)包含的信息包括：在前一幀的位 置、速度和大小，在前一幀中所處位置的歸一化直方圖。
[0015] 所述步驟5)中的前一幀丟失跟蹤目標(biāo)隊(duì)列是指穩(wěn)定跟蹤達(dá)到或超過tl幀，最近 連續(xù)丟失跟蹤小于t2幀；每個(gè)在丟失跟蹤目標(biāo)隊(duì)列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)包含的信息包括：在前一 幀的位置、速度和大小，在前一幀中所處位置的歸一化直方圖。
[0016] 所述步驟3)、4)、5)中的在當(dāng)前幀進(jìn)行搜索匹配是指，結(jié)合目標(biāo)行駛方向和跟蹤 裝置懸掛方式確定目標(biāo)大小和速度的變化趨勢(shì)，如果目標(biāo)行駛方向靠近跟蹤裝置，則認(rèn)為 目標(biāo)大小和速度均有逐漸變大的趨勢(shì)，如果目標(biāo)行駛方向遠(yuǎn)離跟蹤裝置，則認(rèn)為目標(biāo)大小 和速度均有逐漸變小的趨勢(shì)，根據(jù)目標(biāo)在前一幀的位置、速度和大小等信息，結(jié)合變化趨 勢(shì)，在當(dāng)前幀對(duì)應(yīng)的位置范圍內(nèi)進(jìn)行搜索，利用歸一化直方圖進(jìn)行匹配，如果直方圖相似度 大于閾值t3,并且大小和速度符合變化趨勢(shì)，則認(rèn)為存在匹配目標(biāo)。
[0017] 所述步驟4)中的匹配具體是指：比較匹配目標(biāo)與當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置與直方 圖匹配，選取最匹配的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)調(diào)整匹配目標(biāo)的位置、大小和直方圖，如果運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的大小 大于匹配目標(biāo)大小的1. 5倍，則將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分裂成兩塊，一塊作為匹配上的目標(biāo)放入相應(yīng) 隊(duì)列，另一塊作為新的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；否則直接放入相應(yīng)隊(duì)列。
[0018] 所述步驟5)中的匹配具體是指：如果正在跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前幀不存在匹配，則移入 丟失跟蹤隊(duì)列，并將丟失跟蹤計(jì)數(shù)計(jì)為1 ;如果丟失跟蹤的目標(biāo)在當(dāng)前幀存在匹配，則移入 正在跟蹤隊(duì)列；如果丟失跟蹤的目標(biāo)在當(dāng)前幀不存在匹配，則丟失跟蹤計(jì)數(shù)加1，當(dāng)丟失跟 蹤計(jì)數(shù)大于閾值t4,則移出隊(duì)列；如果待跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前幀存在匹配，則待跟蹤計(jì)數(shù)加1， 當(dāng)待跟蹤計(jì)數(shù)大于閾值t5,則移入正在跟蹤隊(duì)列；如果待跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前幀不存在匹配， 則移出隊(duì)列。
[0019] 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)，該系 統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)上述方法，所述系統(tǒng)裝置包括用于設(shè)置圖像中的感興趣區(qū)域和車輛行駛方向的 規(guī)則設(shè)置單元，用于采集監(jiān)控圖像的圖像采集單元，用于獲取當(dāng)前幀運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，調(diào)整在當(dāng)前 幀搜索匹配到的跟蹤目標(biāo)位置、大小、歸一化直方圖等信息的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)單元，用于處理 正在跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列的跟蹤隊(duì)列處理單元，用于處理丟失跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列的丟失跟蹤隊(duì)列 處理單元，用于處理待跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列的待跟蹤隊(duì)列處理單元以及用于處理新出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng) 目標(biāo)并初始化的新目標(biāo)處理單元；所述規(guī)則設(shè)置單元與所述圖像采集單元連接，所述圖像 采集單元連接至所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)單元，所述運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)單元分別與所述跟蹤隊(duì)列處理 單元、丟失跟蹤隊(duì)列處理單元以及待跟蹤隊(duì)列處理單元連接，所述跟蹤隊(duì)列處理單元、丟失 跟蹤隊(duì)列處理單元以及待跟蹤隊(duì)列處理單元的輸出端連接至新目標(biāo)處理單元。
[0020] 在采用上述技術(shù)方案的同時(shí)，本發(fā)明還可以采用或者組合采用以下進(jìn)一步的技術(shù) 方案：
[0021] 所述跟蹤隊(duì)列處理單元、丟失跟蹤隊(duì)列處理單元以及待跟蹤隊(duì)列處理單元各自包 括搜索匹配模塊、目標(biāo)調(diào)整模塊和隊(duì)列更新模塊，所述搜索匹配模塊用于在當(dāng)前幀搜索匹 配跟蹤目標(biāo)的匹配目標(biāo)；所述目標(biāo)調(diào)整模塊使用檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)調(diào)整匹配目標(biāo)的位置、 速度、大小、歸一化直方圖等信息；所述隊(duì)列更新模塊用于根據(jù)搜索匹配模塊和目標(biāo)調(diào)整模 塊的結(jié)果對(duì)當(dāng)前跟蹤隊(duì)列進(jìn)行處理，包括更新隊(duì)列中的目標(biāo)、對(duì)目標(biāo)進(jìn)行隊(duì)列調(diào)整和初始 化。
[0022] 本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提出的一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法與兇是一個(gè) 一體化的解決方案，具體有如下創(chuàng)新：1、根據(jù)高速公路上車輛行駛的特性，在一塊感興趣區(qū) 域只設(shè)置車輛的單向行駛方向，結(jié)合攝像頭架設(shè)角度與車道的關(guān)系，通過人為設(shè)置車輛的 正向行駛方向，能夠有效得到車輛在行駛過程中的特征變化趨勢(shì)，從而在目標(biāo)搜索匹配階 段減少目標(biāo)搜索的區(qū)域、減少搜索所需的模板，在較大程度上提高了跟蹤的準(zhǔn)確性和效率。 2、將跟蹤目標(biāo)分成三類：正在跟蹤、待跟蹤和丟失跟蹤；新目標(biāo)只有經(jīng)過一定幀數(shù)的連續(xù) 跟蹤才能進(jìn)入跟蹤隊(duì)列，從而減少了誤跟蹤物體；目標(biāo)只有消失一定幀數(shù)之后，才會(huì)被移出 跟蹤隊(duì)列，較好的解決了目標(biāo)遮擋的問題。3、利用檢測(cè)到的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)匹配目標(biāo)進(jìn)行反饋， 當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的大小大于匹配目標(biāo)的1. 5倍時(shí)，分裂運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，一部分放入相應(yīng)跟蹤隊(duì)列，另 一部分最為新的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，從而能夠較好的解決目標(biāo)在運(yùn)動(dòng)過程中相互遮擋和融合的問 題。
【附圖說明】
[0023] 圖1是本發(fā)明的目標(biāo)跟蹤方法的流程圖。
[0024] 圖2是本發(fā)明的目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 實(shí)施例1，一種高速公路運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，參照附圖1。
[0026] 本發(fā)明首先要將帶有跟蹤功能的攝像頭（即跟蹤裝置）掛在高速公路上方的橫桿 上，如果監(jiān)控單向通道，則掛在單向通道中央，平行于高速公路，標(biāo)記單向通道的區(qū)域范圍， 并標(biāo)記車輛行駛方向；如果監(jiān)控雙向通道，則掛在雙向通道的中央，平行于高速公路，分別 標(biāo)記雙向通道的區(qū)域范圍和車輛行駛方向。
[0027] 在標(biāo)記步驟完成后，通過基于混合高斯背景建模的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法獲取當(dāng)前幀 運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
[0028] 獲取前一幀正在跟蹤的目標(biāo)隊(duì)列，假設(shè)相鄰兩幀之間的間隔時(shí)間為單位1，計(jì)算得 到前一幀目標(biāo)的速度為：
[0030] 其中，w為前一幀的即時(shí)速度，（xt i，yt i)，（Xt 2, yt 2)分別是最近兩幀所處 的位置。
[0031] 計(jì)算得到前一幀目標(biāo)的大小，即目標(biāo)區(qū)域的總像素?cái)?shù)。
[0032] 在當(dāng)前幀進(jìn)行搜索匹配：在高速公路上，車輛的運(yùn)動(dòng)速度變化不大，因此，在單向 通道上，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的像素速度和目標(biāo)大小的變化趨勢(shì)一致。計(jì)算最近兩幀運(yùn)動(dòng)目標(biāo)大小變 化趨勢(shì)SCjP速度變化趨勢(shì)VC t:
[0035] 其中S為目標(biāo)大小即目標(biāo)包含的像素?cái)?shù)。
[0036] 因此，按照過往的目標(biāo)大小和速度變化趨勢(shì)來預(yù)測(cè)當(dāng)前幀的搜索位置LSt以及搜 索模板的大小：
[0039] 將預(yù)測(cè)位置作為搜索中心，當(dāng)前位置到預(yù)測(cè)位置的距離作為半徑，進(jìn)行搜索。搜索 模板的范圍為（0. 5*st，I. 5*St)，模板的變化尺度為1. 1，利用歸一化直方圖進(jìn)行匹配，找 到最匹配的目標(biāo)proTar