CN101667294B - 目标检测与跟踪装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于图像识别跟踪领域，公开一种基于固定场景的单自由度目标检测与跟踪装置，包括图像传感器，采集卡，图像处理部件，控制处理部件和伺服机构。系统启动后进入初始化模式，图像传感器由伺服机构带动按规定的正方向旋转一周，并在每一个预设位置拍摄场景画面存储到图像处理部件中作为该位置的背景画面。之后，系统进入工作模式。图像传感器在每一个预设位置拍摄场景画面并与该位置的背景画面相比较，检测在监视范围内是否出现目标。如未发现目标，则继续搜索；否则，计算目标形心横坐标与背景画面中心横坐标的误差，控制处理部件控制伺服机构对目标实现跟踪。本发明主要用于禁止移动目标进入的无人监控场所使用。

Description

目标检测与跟踪装置

技术领域

本发明涉及一种图像目标检测与跟踪装置。特别涉及一种基于固定场景的单自由度目标检测与跟踪装置。

背景技术

目标检测与跟踪装置在视频监视方面有着广泛的应用。目标检测与跟踪装置的任务是在当前视频中发现被跟踪目标，并完成自动跟踪任务。由于不限定被跟踪目标的外观，而且目标的外观在跟踪过程中可以变化，再加上复杂背景的干扰，目标检测与跟踪方面面存在许多难点问题，是计算机视觉领域的研究热点之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，如何有效检测出监视场景内新出现的目标并实现自动跟踪任务。

本发明所采用的技术方案是：一种目标检测与跟踪装置，包括有图像传感器(1)，采集卡(2)，图像处理部件(3)，控制处理部件(4)，伺服机构(5)。

图像传感器(1)由伺服机构(5)带动可在所监视范围内进行360度旋转拍摄。所拍摄图像经过采集卡(2)传送到图像处理部件(3)中，图像处理部件(3)可存储所拍摄的图像，并根据所拍摄图像给出控制处理部件(4)指令，控制处理部件(4)给出伺服机构(5)控制指令，伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转至期望角度。

本发明的目的在于提出一种应用于固定场景下的单自由度简易目标检测与跟踪系统。用于禁止移动目标进入的无人监控场所使用。

附图说明

图1为本发明的硬件结构示意图。

图2为本发明系统初始化模式程序流程图。

图3为本发明工作莫斯程序流程图。

其中：

1：图像传感器      2：采集卡

3：图像处理部件    4：控制处理部件

5：伺服机构

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，当操作人员开启本发明的目标检测与跟踪装置后，系统经过设定的延迟时间等待操作人员离开工作场所，即保证工作场所无运动目标。之后，系统进入初始化模式。系统将图像传感器(1)的360度位置进行细化标定为位置0到位置359。以规定位置为0度，拍摄当前画面作为0度位置的背景画面并通过采集卡(2)存储到图像处理部件(3)中。然后，控制处理部件(4)给出指令控制伺服机构(5)按照规定的旋转正方向旋转1度至位置1，拍摄当前画面为1度位置的背景画面并通过采集卡(2)存储到图像处理部件(3)中。然后控制处理部件(4)给出指令控制伺服机构(5)按照规定的旋转正方向旋转1度至下一位置拍摄下一位置的背景画面，直至完成位置0到位置359的全部背景画面并存储在图像处理部件(3)中，从而完成系统的初始化任务并转入工作模式。

系统转入工作模式后采用背景差法检测是否有目标进入监视范围内。系统从位置0开始，拍摄当前画面，并与存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面进行对应像素相减，如果两幅图像差异值小于设定的阈值，则无目标出现，伺服机构(5)带动图像传感器(1)向正方向旋转1度，拍摄下一位置的当前图像，并同样与存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面进行对应像素相减比较，判断是否有目标出现，如仍无目标出现，则伺服机构(5)带动图像传感器(1)继续向正方向旋转1度，不断扫描搜索是否有目标出现。

如果当前画面与存储在图像处理部件(3)中的图像出现较大差异，则检测到有目标进入监视区域，系统开始对目标的活动进行跟踪。根据差异像素位置分布情况，计算形心为跟踪目标的形心，计算形心与当前图像中心的误差，控制处理部件(4)根据误差的大小采用PID控制算法控制伺服机构(5)带动图像传感器旋转以减小误差实现目标的跟踪。

系统初始化模式程序步骤如下：

a、上电初始化；

b、系统等待延迟时间；

c、伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转至位置0；

d、图像传感器(1)拍摄当前图像通过采集卡(2)存储到图像处理部件(3)中作为位置0的背景画面；

e、伺服机构(5)带动图像传感器(1)向规定正方向旋转1度。

f、判断当前位置是否为位置0，若是位置0，则结束系统初始化程序；若不是位置0，则拍摄当前图像并存储到图像处理部件(3)中作为当前位置的背景图像。

g、返回步骤f。

系统工作模式程序步骤如下：

a、系统位置归0，初始化像素差异阈值参数M₁，和图像差异阈值参数M₂，准备搜索被跟踪的目标；

b、拍摄当前画面，并与存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面按式(1-3)进行对比，求取差异值D。

c(i，j)＝|a(i，j)-b(i，j)|    (1)

$d(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1,& c(i,j)\&GreaterEqual;M_1\\ 0,& c(i,j)<M_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

$D=\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)---\left(3\right)$

其中a(i，j)为当前拍摄画面中坐标为(i，j)位置的像素灰度值，b(i，j)为存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面中坐标为(i，j)位置的像素灰度值，c(i，j)为对应像素灰度的绝对差值。

c、如果D＜M₂，说明当前位置未发现被跟踪目标，伺服机构(5)带动图像传感器(1)向规定正方向旋转1度，并返回步骤b，继续搜索被跟踪的目标；如果D≥M₂，说明当前位置中出现被跟踪目标，则转至步骤d，开始跟踪目标。

d、按照式(4)求取被跟踪目标的形心位置的横坐标m。

$m=\frac{\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)\&times;i}{\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)}---\left(4\right)$

e、根据当前位置背景图像的横坐标中心n，按照式(5)可求出跟踪误差e：

e＝m-n    (5)

f、系统根据误差e，利用PID闭环伺服系统控制算法控制伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转，以缩小跟踪误差，并返回步骤b。

本发明中图像传感器(1)采用CCD摄像机，图像处理部件(3)和控制处理部件(4)分别由一台PC机和一台工控机实现，伺服机构(5)由直流力矩电机和驱动器构成。图像处理部件(3)和控制处理部件(4)的程序采用C++语言编写。

Claims (1)

1.一种目标检测与跟踪装置，包括图像传感器(1)，采集卡(2)，图像处理部件(3)，控制处理部件(4)，伺服机构(5)，装置的工作方式由初始化模式和工作模式组成；其特征在于图像传感器(1)由伺服机构(5)带动在所监视范围内进行360度旋转拍摄，所拍摄图像经过采集卡(2)传送到图像处理部件(3)中，图像处理部件(3)存储所拍摄的图像，并根据所拍摄图像给出控制处理部件(4)指令，控制处理部件(4)给出伺服机构(5)控制指令，伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转至期望角度；其中，初始化模式步骤如下：

a1、上电初始化；

b1、系统等待延迟时间；

c1、伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转至位置0；

d1、图像传感器(1)拍摄当前图像，通过采集卡(2)存储到图像处理部件(3)中作为位置0的背景画面；

e1、伺服机构(5)带动图像传感器(1)向规定正方向旋转1度；

f1、判断当前位置是否为位置0，若是位置0，则结束初始化模式；若不是位置0，则拍摄当前图像并存储到图像处理部件(3)中作为当前位置的背景图像；

g1、返回步骤e1；

其中，工作模式步骤如下：

a2、系统位置归0，初始化像素差异阈值参数M₁和图像差异阈值参数M₂，准备搜索被跟踪的目标；

b2、拍摄当前画面，并与存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面按式(1-3)进行对比，求取差异值D；

c(i，j)＝|a(i，j)-b(i，j)|                   (1)

$d(i,j)=\left\{\begin{array}{cc}1,& c(i,j)\&GreaterEqual;M_1\\ 0,& c(i,j)<M_1\end{array}\right.---\left(2\right)$

$D=\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)---\left(3\right)$

其中a(i，j)为当前拍摄画面中坐标为(i，j)位置的像素灰度值，b(i，j)为存储在图像处理部件(3)中相应位置的背景画面中坐标为(i,j)位置的像素灰度值，c(i,j)为对应像素灰度的绝对差值；

c2、如果D＜M₂，说明当前位置未发现被跟踪目标，伺服机构(5)带动图像传感器(1)向规定正方向旋转1度，并返回步骤b2，继续搜索被跟踪的目标；如果D≥M₂，说明当前位置中出现被跟踪目标，则转至步骤d2，开始跟踪目标；

d2、按照式(4)求取被跟踪目标的形心位置的横坐标m；

$m=\frac{\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)\&times;i}{\underset{i,j}{\mathrm{\&Sigma;}}d(i,j)}---\left(4\right)$

e2、根据当前位置背景图像的横坐标中心n，按照式(5)求出跟踪误差e：

e＝m-n                 (5)

f2、系统根据跟踪误差e，利用PID闭环伺服系统控制算法控制伺服机构(5)带动图像传感器(1)旋转，以缩小跟踪误差，并返回步骤b2。

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