专利名称：无盲区多目标协同跟踪方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能视频监控领域，尤其是一种无盲区多目标协同跟踪方法及系统。
背景技术：
随着经济和信息技术的发展，人们对安全防范的需求也越来越高，视频监控作为安全防范领域的有效手段，应用范围越来越广，应用需求也在不断地提高。传统的视频监控系统往往只能提供视频采集、存储以及事后查证的功能，如果要进行实时监控、发现异常情况并且报警，则需要监控人员在监控室持续观看显示屏来发现异常情况，这样不但增加了监控成本，而且长时间观看显示屏会导致视觉疲劳，使监控人员的警惕性降低，使得监控系统在某些关键时刻无法发挥应有的作用。随着数字图像处理、电子电路、网络等技术的发展，智能视频监控技术 IVTdntelligent Video Technology)应运而生。IVT就是用计算机代替大脑、摄像头代替眼睛，由计算机智能分析摄像头获取的图像序列，理解监控场景中的内容。与传统视觉监控系统相比有明显的优势大大减少监控人员的数量、降低成本、方便资源(保安、警力等)调度，及时发现异常情况等。国内外研究学者在智能视频监控技术方面已经做出了一些工作。目前，针对视频监控的多目标跟踪方法有多种，其中，有的方法在实际场景中常常会出现一些监控盲区，并未考虑到盲区的监控；有的方法由于采用降帧、亚采样方法，以至于无法看清目标细节；还有的方法利用多个摄像机获取交通路面图像，然后拼接成全景图像，在大场景下协同跟踪运动目标，只能完成车辆的跟踪，无法满足智能监控的各种目标监控的需求，由于交通路面图像一般比较单一，且有较少盲区，可以拼接成大场景进行多摄像机协同跟踪运动目标，但是无法应用在小区或者场景内物体分布比较复杂的场合，因而会出现许多监控盲区。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种能够实现多目标的主动跟踪、在统一的监控画面中进行无盲区显示的无盲区多目标协同跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)在枪机监控背景内人工划定监控区域及盲区，并在对应盲区内安放球机；(2)获取枪机监控场景的图像序列，对监控图像序列进行高斯背景建模，得到背景图像；对监控图像中的运动目标进行检测，获取运动目标；枪机跟踪并标记检测到的运动目标；(3)球机不断检测盲区中是否有运动目标，检测到目标后，跟踪运动目标，并将目标位置信息回传给枪机，枪机根据目标的运动控制球机的运动，以保证目标大致在球机的视野中心范围。本发明的另一目的在于提供一种无盲区多目标协同跟踪系统，包括视频预处理模块，获取固定枪机场景的背景图像，对运动目标进行检测，一旦有运动目标进入监控场景，通过背景差法得到运动目标，对运动目标进行预处理，并发送目标信息到球机目标检测模块；球机目标检测模块，获取目标信息，调整球机参数，反馈目标信息至球机主动跟踪模块；球机主动跟踪模块，检测运动目标，一旦球机检测到目标并确定了目标的初始框位置后，对目标进行实时跟踪，当目标离开盲区，球机通知枪机目标跟踪完毕，将球机各项参数复位。由上述技术方案可知，由于固定枪机监控的范围有限，且场景中常常有树木或建筑等障碍物，而这些障碍物往往成为枪机监控盲区，致使监控系统无法实现全方位监控。本发明采用球机与枪机协作，交互运动目标信息，在统一的监控画面中进行无盲区显示，可以实现所有角落的监控，进而保卫监控区域的安全。
图1是本发明的工作流程图；图2是本发明的枪机监控画面示意图；图3是本发明中球机的工作流程图；图4是本发明的功能模块示意图。
具体实施例方式一种无盲区多目标协同跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)在枪机监控背景内人工划定监控区域及盲区，并在对应盲区内安放球机；( 上电初始化，获取枪机监控场景的图像序列，对监控图像序列进行高斯背景建模，得到背景图像；对监控图像中的运动目标进行检测，获取运动目标；枪机跟踪并标记检测到的运动目标；(3)球机不断检测盲区中是否有运动目标，检测到目标后，跟踪运动目标，并将目标位置信息回传给枪机，枪机根据目标的运动控制球机的运动，以保证目标大致在球机的视野中心范围，如图1所示。所述的枪机架设应在受自然环境影响较小的位置，使得系统鲁棒性更强；球机安装在枪机的监控盲区，球机的个数为一个或两个以上。枪机的安装要保证能监控更广的区域，更少的盲区，降低安装成本。球机应安装在枪机监控盲区，并且尽可能较大覆盖盲区，如果一个球机无法完全覆盖某个盲区，应选择多球机覆盖，同时也要考虑到自然环境的影响， 如图2所示，在盲区A、B、C分别安装球机1、球机2、球机3。如图4所示，本系统包括三个模块视频预处理模块，获取固定枪机场景的背景图像，对运动目标进行检测，一旦有运动目标进入监控场景，通过背景差法得到运动目标，对运动目标进行预处理，并发送目标信息到球机目标检测模块；球机目标检测模块，获取目标信息，调整球机参数，反馈目标信息至球机主动跟踪模块；球机主动跟踪模块，检测运动目标，一旦球机检测到目标并确定了目标的初始框位置后，对目标进行实时跟踪，当目标离开盲区，球机通知枪机目标跟踪完毕，将球机各项参数复位。以下结合图1、2、3、4对本发明作进一步的说明。上电初始化后，枪机采集监控区域的视频图像，根据该视频图像进行实时高斯背景建模，视频预处理模块获取固定枪机监控场景的背景图像，一旦有运动目标进入监控场景，通过背景减法得到运动目标，对其进行滤波处理以及阴影去除，获得更精确的运动目标轮廓以及目标在场景中的位置，将位置等信息分发给最近的盲区内的球机，当目标在场景 中非监控边缘区域消失时，说明目标进入盲区，启动其对应的最近的球机。通过高斯背景建 模的方法，对监控场景的图像进行高斯背景建模，得到一个不断更新的背景，高斯背景的鲁 棒性强，能够克服自然环境的影响。采用背景减法检测运动目标的公式如下
权利要求
1.一种无盲区多目标协同跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)在枪机监控背景内人工划定监控区域及盲区，并在盲区内安放球机；(2)上电初始化，获取枪机监控场景的图像序列，对监控图像序列进行高斯背景建模， 得到背景图像；对监控图像中的运动目标进行检测，获取运动目标；枪机跟踪并标记检测到的运动目标；(3)球机不断检测盲区中是否有运动目标，检测到目标后，跟踪运动目标，并将目标位置信息回传给枪机，枪机根据目标的运动控制球机的运动，以保证目标大致在球机的视野中心范围。
2.根据权利要求1所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于上电初始化后，枪机采集监控区域的视频图像，根据该视频图像进行实时高斯背景建模，视频预处理模块获取固定枪机监控场景的背景图像，一旦有运动目标进入监控场景，通过背景减法得到运动目标，对其进行滤波处理以及阴影去除，获得更精确的运动目标轮廓以及目标在场景中的位置，将位置等信息分发给最近的盲区内的球机，当目标在场景中非监控边缘区域消失时， 说明目标进入盲区，启动其对应的最近的球机。
3.根据权利要求1所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于球机目标检测模块通过一个级联的Boosted分类器来检测目标，检测到目标后，确定目标的初始位置框并通知球机控制器和枪机；一旦球机检测到目标并确定了目标的初始框位置后，球机主动跟踪模块采用Camshift算法对盲区目标进行实时跟踪，根据实时跟踪到的目标位置，控制球机旋转和变焦，使得目标大致保留在球机监控画面中央；当目标离开盲区，球机通知枪机目标跟踪完毕，将球机各项参数恢复到初始状态，然后继续扫描盲区，检测是否有运动目标出现。
4.根据权利要求1所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于若运动目标离开盲区，且在枪机的视野中，球机通知枪机跟踪完毕，并将跟踪任务交给枪机；若当目标进入其他盲区时，所对应的球机检测到运动目标后，启动跟踪任务。
5.根据权利要求1所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于在跟踪过程中， 随着运动目标位置的变化，通过计算前后帧或多帧间目标的中心位移和方向得到其运动矢量，利用模糊控制的办法调整球机参数，使目标大致在球机的中心范围。
6.根据权利要求2所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于采用背景减法检测运动目标的公式如下J255, It(x,y)-Bt(x,y)>T P(x,y) = i1 0, It(x,y)-Bt(x,y)<T其中，It(x，y)表示枪机t时刻监控图像在(x，y)处的像素值，而Bt (x，y)是t时刻高斯背景图像在(X，y)处的像素值，P(x，y)为前景像素值，T为阈值常量。
7.根据权利要求3所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于在球机目标检测模块通过一个级联的Boosted分类器来检测人体和车辆等运动目标时，首先，利用大量的样本图片的haar特征进行分类器训练，得到一个级联的boosted分类器，训练样本分为正例样本和反例样本，其中正例样本是指待检测目标样本，反例样本是指其他任意图片；给定样本图片(X1, Y1)，K(xn，yn)，其中yi = 0，1分别表示反例样本和正例样本；初始化权重，=1，其中η为样本的数目；
8.根据权利要求3所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于检测到运动目标后，用改进的Camshift算法对目标进行跟踪，读取一帧视频图像，将图像转到HSV空间，提取HSV三通道图像的Hue通道，公式如下(1)计算零阶矩
9.根据权利要求5所述的无盲区多目标协同跟踪方法，其特征在于以目标的重心位置与图像中心位置的距离矢量作为模糊控制的模糊距离矢量，根据模糊控制矢量与计算机模糊控制规则的关系，得出球机转动的方位模糊控制量，从而实现球机的跟踪控制，算法如下设图像中心点C的坐标为(χ。，y。)，目标重心坐标为(Xi，yi)，则跟踪位置矢量为^(^-xJ+i^-ySj设视野中心范围的半径为札当^ Si 表示目标在球机视野中心范围内，否则，表示目标即将离开视野中心范围，球机根据位置矢量的角度控制球机的转动。
10.一种无盲区多目标协同跟踪系统，包括视频预处理模块，获取固定枪机场景的背景图像，对运动目标进行检测，一旦有运动目标进入监控场景，通过背景差法得到运动目标，对运动目标进行预处理，并发送目标信息到球机目标检测模块；球机目标检测模块，获取目标信息，调整球机参数，反馈目标信息至球机主动跟踪模块；球机主动跟踪模块，检测运动目标，一旦球机检测到目标并确定了目标的初始框位置后，对目标进行实时跟踪，当目标离开盲区，球机通知枪机目标跟踪完毕，将球机各项参数复位。
11.根据权利要求10所述的无盲区多目标协同跟踪系统，其特征在于所述的枪机架设应在受自然环境影响较小的位置，球机安装在枪机的监控盲区，球机的个数为一个或两个以上。
全文摘要
本发明涉及一种无盲区多目标协同跟踪方法，该方法包括在枪机监控背景内人工划定监控区域及盲区，并在对应盲区内安放球机；获取枪机监控场景的图像序列，对监控图像序列进行高斯背景建模，得到背景图像；对监控图像中的运动目标进行检测，获取运动目标；枪机跟踪并标记检测到的运动目标；球机不断检测盲区中是否有运动目标，检测到目标后，跟踪运动目标，并将目标位置信息回传给枪机，枪机根据目标的运动控制球机的运动，以保证目标大致在球机的视野中心范围。本发明还公开了一种无盲区多目标协同跟踪系统。本发明采用球机与枪机协作，交互运动目标信息，在统一的监控画面中进行无盲区显示，可以实现所有角落的监控，进而保卫监控区域的安全。
文档编号G06T7/20GK102447835SQ20111033639
公开日2012年5月9日 申请日期2011年10月29日 优先权日2011年10月29日
发明者周金旺, 张崴, 张珂, 戴冲, 曾杰, 李彤, 郑远见 申请人:合肥博微安全电子科技有限公司