專利名稱：一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺、智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域，具體涉及一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法。
背景技術(shù)：
周界防范系統(tǒng)一般被布置在外圍邊界圍墻或內(nèi)部建筑物外墻貼邊區(qū)域，常常作為安防體系的第一環(huán)節(jié)。周界防范是智能分析系統(tǒng)中的重要組成部分，可應(yīng)用于各種公共場所包括機(jī)場、車站、港口、建筑物周圍、街道、小區(qū)、及其他場所，用于檢測、分類、跟蹤和記錄過往行人、車輛及其它可疑物體，能夠判斷是否有行人及車輛在禁區(qū)內(nèi)發(fā)生長時(shí)間徘徊、停留、逆行等行為。 基于視頻流的運(yùn)動目標(biāo)跟蹤主要包括兩個步驟一是找到我們感興趣的目標(biāo)，也就是運(yùn)動目標(biāo)檢測；二是目標(biāo)的跟蹤，就是將不同幀中檢測出來的同一個目標(biāo)關(guān)聯(lián)起來。常用的基于視頻的目標(biāo)跟蹤方法種類比較多，比如基于特征的方法、基于運(yùn)動的方法和基于匹配的方法等。均值漂移算法是一種基于密度梯度上升的非參數(shù)方法，通過迭代運(yùn)算找到目標(biāo)位置，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。它顯著的優(yōu)點(diǎn)是算法計(jì)算量小，簡單易實(shí)現(xiàn)，很適合于實(shí)時(shí)跟蹤場合；但是當(dāng)目標(biāo)與背景較相似情況下常常跟蹤失敗，文獻(xiàn)《Robust mean-shift tracking withcorrected background-weighted histogram))中所提的方法在很大程度上解決了目標(biāo)與背景相似情況下跟蹤失敗的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于提高運(yùn)動目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性和魯棒性robustness，就是系統(tǒng)的健壯性。它是在異常和危險(xiǎn)情況下系統(tǒng)生存的關(guān)鍵。比如說，計(jì)算機(jī)軟件在輸入錯誤、磁盤故障、網(wǎng)絡(luò)過載或有意攻擊情況下，能否不死機(jī)、不崩潰，就是該軟件的魯棒性。所謂“魯棒性”，是指控制系統(tǒng)在一定(結(jié)構(gòu)，大小)的參數(shù)攝動下，維持某些性能的特性。根據(jù)對性能的不同定義，可分為穩(wěn)定魯棒性和性能魯棒性。以閉環(huán)系統(tǒng)的魯棒性作為目標(biāo)設(shè)計(jì)得到的固定控制器稱為魯棒控制器。，提供一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法。該方法還包括一種改進(jìn)的均值漂移方法，由于充分利用了運(yùn)動目標(biāo)的精確檢測結(jié)果，所以跟蹤更加魯棒。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是利用多高斯背景建模技術(shù)檢測出視頻流中的運(yùn)動目標(biāo)，根據(jù)前后幀的運(yùn)動目標(biāo)的基本特征進(jìn)行匹配，將同一個目標(biāo)關(guān)聯(lián)起來。如果目標(biāo)特征匹配度小于一定閾值，啟用改進(jìn)的均值漂移技術(shù)對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤關(guān)聯(lián)，如果均值漂移結(jié)果不理想，再使用預(yù)測對目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測關(guān)聯(lián)。一、一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤系統(tǒng)(簡稱跟蹤系統(tǒng))本跟蹤系統(tǒng)包括工作環(huán)境視頻監(jiān)控平臺、綜合接入網(wǎng)關(guān)、智能管理服務(wù)器；
設(shè)置有智能分析服務(wù)器；其連接關(guān)系是視頻監(jiān)控平臺、綜合接入網(wǎng)關(guān)、智能管理服務(wù)器和智能分析服務(wù)器依次連接。工作原理智能分析服務(wù)器連接到智能管理服務(wù)器，智能分析服務(wù)器根據(jù)智能管理服務(wù)器的IP (互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議)和端口連接到智能管理服務(wù)器；用戶請求視頻智能分析任務(wù)時(shí)，此請求發(fā)送到智能管理服務(wù)器，智能管理服務(wù)器30記錄下智能分析服務(wù)器狀態(tài)，并將待檢測攝像頭列表均衡分配到空閑的智能分析服務(wù)器，智能分析服務(wù)器輪巡設(shè)備，從攝像頭獲取實(shí)時(shí)視頻并解碼，得到RGB (red, green, blue,紅綠蘭顏色表示法)數(shù)據(jù)，然后對RGB數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并將檢測結(jié)果上報(bào)到智能管理服務(wù)器，智能管理服務(wù)器將結(jié)果保存下來。用戶也可根據(jù)告警類型和日期查詢報(bào)警，統(tǒng)計(jì)生成報(bào)表。二、一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法(簡稱跟蹤方法)·本跟蹤方法包括下列步驟①輸入視頻利用待檢測攝像頭獲得視頻圖像數(shù)據(jù)，輸出到智能分析服務(wù)器供分析使用；②運(yùn)動目標(biāo)檢測利用視頻圖像數(shù)據(jù)，采用多高斯背景建模方法對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行檢測得到運(yùn)動目標(biāo)；③目標(biāo)跟蹤A、對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行去噪處理，再采用連通域標(biāo)記方法獲得運(yùn)動目標(biāo)的外接矩形；B、根據(jù)運(yùn)動目標(biāo)的特征(中心點(diǎn)位置、大小)，采用特征匹配方法將前一幀運(yùn)動目標(biāo)與當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，獲得候選目標(biāo)匹配對；C、搜索候選目標(biāo)匹配對的情況如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)沒有被前一幀的運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則認(rèn)為當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)是新的目標(biāo)；如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)僅僅被前一幀的一個運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則完成這個目標(biāo)的跟蹤;如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)被前一幀的多個運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則進(jìn)入步驟D，此處的多個運(yùn)動目標(biāo)記為Ti ；D、對Ti分別采用改進(jìn)的均值漂移方法進(jìn)行跟蹤，如跟蹤結(jié)果大于閾值，則完成跟蹤，如跟蹤結(jié)果小于閾值，則進(jìn)入步驟E ；E、采用線性預(yù)測方法對目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，如結(jié)果大于閾值，則完成跟蹤，如結(jié)果小于閾值，則跟蹤失??；④輸出跟蹤結(jié)果。本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果I、通過特征匹配方法、均值飄移方法和線性預(yù)測方法的有效結(jié)合，能夠準(zhǔn)確魯棒地跟蹤到目標(biāo)，并且當(dāng)多個目標(biāo)由于背景建?；蛘咂渌脑驈拈_始的分開連接到一起時(shí)，能夠較好地跟蹤到各個原始目標(biāo)，同時(shí)多目標(biāo)跟蹤的速度能夠滿足實(shí)時(shí)分析需求；2、本發(fā)明適用于各種公共場所周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤。


圖I是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；圖中10-視頻監(jiān)控平臺，11一第I視 頻監(jiān)控平臺，12—第2視頻監(jiān)控平臺......IN—第N視頻監(jiān)控平臺，N是自然數(shù)，N〈10 ;20—綜合接入網(wǎng)關(guān)；30—智能管理服務(wù)器；40—智能分析服務(wù)器，41 一第I智能分析服務(wù)器……4N—第N智能分析服務(wù)器，N是自然數(shù)，N〈100。圖2是本方法的步驟圖；圖3是目標(biāo)跟蹤的流程圖；圖4是改進(jìn)的均值漂移的流程圖；圖5是均值漂移改進(jìn)前后的區(qū)別圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明詳細(xì)說明一、跟蹤系統(tǒng)I、總體如圖1，本統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)包括工作環(huán)境視頻監(jiān)控平臺10、綜合接入網(wǎng)關(guān)20、智能管理服務(wù)器30 ；設(shè)置有智能分析服務(wù)器40 ；其連接關(guān)系是視頻監(jiān)控平臺10、綜合接入網(wǎng)關(guān)20、智能管理服務(wù)器30和智能分析服務(wù)器40依次連接。2、功能部件I)視頻監(jiān)控平臺10為用戶提供實(shí)時(shí)音視頻和各種報(bào)警信號的遠(yuǎn)程采集、傳輸、存儲和處理等業(yè)務(wù)。2)綜合接入網(wǎng)關(guān)20實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控平臺的統(tǒng)計(jì)接入。3)智能管理服務(wù)器30實(shí)現(xiàn)智能資源管理，負(fù)責(zé)管理智能分析資源。4)智能分析服務(wù)器40智能分析服務(wù)器40是視頻智能分析的功能實(shí)體，在物理分布上對應(yīng)一臺服務(wù)器。智能分析服務(wù)器40由多個VA (視頻分析單元)組成，每個VA可獨(dú)立完成一路視頻的智能分析。具體地說，智能分析服務(wù)器40的VA模塊包括通用電腦及植入電腦內(nèi)的功能軟件。
主要功能為①實(shí)現(xiàn)視頻智能分析算法；②接入到智能管理服務(wù)器30，由智能管理服務(wù)器30集中管理；③接收智能管理服務(wù)器30的視頻智能分析請求，從視頻監(jiān)控平臺10獲取視頻并進(jìn)行分析；④將診斷結(jié)果上報(bào)給智能管理服務(wù)器30。二、跟蹤方法如圖2，實(shí)現(xiàn)步驟如下所示①輸入視頻-201;·②運(yùn)動目標(biāo)檢測-202 ；③目標(biāo)跟蹤-203;④輸出跟蹤-204。I、目標(biāo)跟蹤運(yùn)動目標(biāo)跟蹤利用目標(biāo)前后幀的特征進(jìn)行匹配關(guān)聯(lián)，當(dāng)通過特征匹配不能得到好的結(jié)果時(shí)，再利用改進(jìn)的均值漂移算法進(jìn)行跟蹤，如果改進(jìn)的均值漂移算法不能得到好的結(jié)果，最后利用預(yù)測進(jìn)行跟蹤。如圖3，實(shí)現(xiàn)步驟如下①輸入上一幀檢測的運(yùn)動目標(biāo)-301 ;②輸入當(dāng)前幀檢測的運(yùn)動目標(biāo)-302 ；③將上一幀目標(biāo)與當(dāng)前幀目標(biāo)進(jìn)行特征匹配，記錄結(jié)果-303 ；④搜索匹配結(jié)果，分別進(jìn)行處理-304 ；⑤判斷當(dāng)前幀中目標(biāo)是否被上一幀中一個目標(biāo)匹配上-305，是則完成這個目標(biāo)的跟蹤-306;否則，判斷當(dāng)前幀中目標(biāo)是否被上一幀中多個目標(biāo)匹配上-307，是則進(jìn)入步驟⑥，否則新建一個目標(biāo)-308;⑥運(yùn)用改進(jìn)的均值漂移在當(dāng)前幀中搜索上一幀中出現(xiàn)的目標(biāo)-309 ；⑦判斷計(jì)算搜索結(jié)果目標(biāo)的外接矩形與當(dāng)前幀目標(biāo)外接矩形交集大于閾值-310，是則以跟蹤結(jié)果為準(zhǔn)，完成跟蹤-311，否則進(jìn)入步驟⑧；⑧根據(jù)上一幀目標(biāo)的運(yùn)動信息，進(jìn)行預(yù)測-312 ；⑨判斷計(jì)算預(yù)測結(jié)果目標(biāo)的外接矩形與當(dāng)前幀目標(biāo)外接矩形交集是否大于閾值-313，如果交集，以預(yù)測結(jié)果為準(zhǔn)，完成跟蹤-311，否則跟蹤失敗-314。2、改進(jìn)的均值漂移改進(jìn)的均值漂移是利用運(yùn)動目標(biāo)的檢測結(jié)果，降低運(yùn)動目標(biāo)中與周圍環(huán)境相似像素白勺 t匕重。在文獻(xiàn)《Robust mean-shift tracking with corrected background-weightedhistogram》中，計(jì)算目標(biāo)特征的過程中，背景統(tǒng)計(jì)的是目標(biāo)外接矩形與擴(kuò)大外接矩形之后形成的區(qū)域，而本文統(tǒng)計(jì)的是濾掉前景之后的區(qū)域，如圖5所示。與上文背景技術(shù)中提到的改進(jìn)的均值漂移相比，本文所計(jì)算的目標(biāo)像素與非目標(biāo)像素更加精確，從而到達(dá)更加魯棒的跟蹤效果。(具體的計(jì)算公式及其程序參見文獻(xiàn)《Robust mean-shift tracking withcorrected background-weighted histogram)))如圖4，本文的特征計(jì)算實(shí)現(xiàn)步驟如下
①輸入上一幀圖像、前景掩碼和目標(biāo)信息-401 ；②擴(kuò)大目標(biāo)外接矩形，形成一個區(qū)域R-402 ；③計(jì)算區(qū)域R之中，非前景目標(biāo)的直方圖H1-403 ；④對直方圖Hl進(jìn)行歸一化操作-404 ;⑤統(tǒng)計(jì)目標(biāo)所在區(qū)域的直方圖H2-405 ；⑥對直方圖H2進(jìn)行歸一化操作-406 ；⑦計(jì)算目標(biāo)特征-407?！?br> 權(quán)利要求
1.一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法，其特征在于包括下列步驟 ①輸入視頻； ②運(yùn)動目標(biāo)檢測 采用多高斯背景建模方法對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行檢測，得到運(yùn)動目標(biāo)； ③目標(biāo)跟蹤 A、對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行去噪處理，再采用連通域標(biāo)記方法獲得運(yùn)動目標(biāo)的外接矩形； B、根據(jù)運(yùn)動目標(biāo)的特征，采用特征匹配方法將前一幀運(yùn)動目標(biāo)與當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，獲得候選目標(biāo)匹配對； C、搜索候選目標(biāo)匹配對的情況 如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)沒有被前一幀的運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則認(rèn)為當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)是新的目標(biāo)； 如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)僅僅被前一幀的一個運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則完成這個目標(biāo)的跟蹤；如果當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)被前一幀的多個運(yùn)動目標(biāo)匹配上，則進(jìn)入步驟D，此處的多個運(yùn)動目標(biāo)記為T ; D、對T分別采用改進(jìn)的均值漂移方法進(jìn)行跟蹤，如跟蹤結(jié)果大于閾值，則完成跟蹤，如跟蹤結(jié)果小于閾值，則進(jìn)入步驟E ； E、采用線性預(yù)測方法對目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，如結(jié)果大于閾值，則完成跟蹤，如結(jié)果小于閾值，則跟蹤失敗； ④輸出跟蹤結(jié)果。
2.按權(quán)利要求I所述的一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法，其特征在于所述的改進(jìn)的均值漂移方法其實(shí)現(xiàn)步驟如下 ①輸入上一巾貞圖像、前景掩碼和目標(biāo)信息(401)； ②擴(kuò)大目標(biāo)外接矩形，形成一個區(qū)域R(402)； ③計(jì)算區(qū)域R之中，非前景目標(biāo)的直方圖Hl(403)； ④對直方圖Hl進(jìn)行歸一化操作(404)； ⑤統(tǒng)計(jì)目標(biāo)所在區(qū)域的直方圖H2(405)； ⑥對直方圖H2進(jìn)行歸一化操作(406)； ⑦計(jì)算目標(biāo)特征(407)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤方法，涉及計(jì)算機(jī)視覺、智能視頻監(jiān)控領(lǐng)域。本跟蹤方法是①輸入視頻；②運(yùn)動目標(biāo)檢測；③目標(biāo)跟蹤A、對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行去噪處理，再采用連通域標(biāo)記方法獲得運(yùn)動目標(biāo)的外接矩形；B、根據(jù)運(yùn)動目標(biāo)的特征，采用特征匹配方法將前一幀運(yùn)動目標(biāo)與當(dāng)前幀運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，獲得候選目標(biāo)匹配對；C、搜索候選目標(biāo)匹配對的情況；D、采用改進(jìn)的均值漂移方法進(jìn)行跟蹤；E、采用線性預(yù)測方法對目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測；④輸出跟蹤結(jié)果。本發(fā)明通過特征匹配方法、均值飄移方法和線性預(yù)測方法的有效結(jié)合，能夠準(zhǔn)確魯棒地跟蹤到目標(biāo)；適用于各種公共場所周界防范的多目標(biāo)快速跟蹤。
文檔編號G06T7/20GK102789645SQ20121020777
公開日2012年11月21日 申請日期2012年6月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月21日
發(fā)明者仇開金, 楊波 申請人:武漢烽火眾智數(shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司