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基于多目標識別跟蹤技術的監(jiān)控應用

近年的視頻監(jiān)控市場中,高速智能跟蹤球機成為熱點產品,其所具有的智能分析、自動跟蹤、大范圍監(jiān)控等技術特點,非常適用于具有高安防等級、地域開闊、目標稀少等特點的應用場合,在平安城市、道路、機場等領域得到廣泛應用。隨著技術及需求的深入發(fā)展,多目標識別與跟蹤技術已逐漸從實驗室走向了應用,并呈現(xiàn)出更加豐富的應用方式和廣闊的市場前景。

  單球機跟蹤技術

  多目標識別與跟蹤技術的實現(xiàn),是以單球機智能跟蹤技術系統(tǒng)作為基礎的,因此市場上可見到的具有多目標識別與跟蹤產品的廠商,往往都會有對應的智能跟蹤球機產品系列。單球機智能跟蹤的技術關鍵點,主要是智能算法、球機控制技術這兩部分。

  智能算法的關鍵是對包含運動目標的圖像序列進行分析處理,其核心技術就是對場景中活動目標的檢測、跟蹤、識別,以及進一步的行為分析及事件檢測。目標跟蹤的目的就是通過對視頻數(shù)據(jù)的處理與分析,將圖像序列中不同幀內同一運動目標關聯(lián)起來,從而計算出目標的運動參數(shù),如位置、速度、加速度以及運動軌跡等。

  基于多目標識別與跟蹤技術的視頻監(jiān)控應用 文/江浩現(xiàn)有的運動目標檢測方法可以歸納為四種:背景減除法、時間差分法、光流法和運動能量法。這些算法在現(xiàn)有的各類智能視頻分析產品中已經(jīng)有廣泛的應用,表現(xiàn)形態(tài)為絆線入侵、區(qū)域入侵、電子圍欄、徘徊檢測、物品遺留、物品搬移等多種行為檢測功能。

  如要實現(xiàn)對目標的跟蹤,需要應用一些數(shù)學工具,在連續(xù)的圖像幀間創(chuàng)建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關特征的對應匹配關系。目前,就跟蹤人身對象而言,有跟蹤如手、臉、頭、腿等身體部分,以及跟蹤整個人體;就跟蹤視角而言,有對應單攝像機的單一視角、對應多攝像機的多視角和全方位視角;另外也可以通過跟蹤空間(二維或三維)、跟蹤目標類別(人、汽車等)、攝像機狀態(tài)(運動或固定)等方面進行分類。

  球機控制技術,主要是指對云臺的運動角速度、鏡頭變倍的倍率與速度等機械運動部件的控制,需要與智能跟蹤算法相結合,以實現(xiàn)跟蹤平滑、倍率適當、目標比例合適等良好的視覺效果。

  多目標跟蹤技術

  多目標識別與跟蹤技術是以單球機智能跟蹤作為基礎,能夠同時實現(xiàn)對大范圍內多個活動目標的智能識別與跟蹤,并對其中單個目標進行智能跟蹤的技術。

  多目標識別與跟蹤技術在應用中,通常使用一臺固定攝像機,對廣域范圍內目標進行的智能行為分析,并將同時監(jiān)控的多個目標按照既定的策略進行排序,并按照先后順序,指揮智能跟蹤球機逐個跟蹤監(jiān)控目標。與單目標跟蹤相比,多目標跟蹤技術的關鍵點是數(shù)據(jù)關聯(lián)問題,即建立一個統(tǒng)一的坐標系,使得固定攝像機可以將目標的坐標信息傳遞給跟蹤球機,實現(xiàn)聯(lián)動跟蹤。

  多目標跟蹤的過程可以劃分為以下幾部分:

  數(shù)據(jù)關聯(lián):在觀測數(shù)據(jù)和目標之間建立起對應關系;

  常見的方法有最近鄰算法、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關聯(lián)濾波器、多假設跟蹤算法;

  狀態(tài)估計:每個目標根據(jù)其對應的觀測進行狀態(tài)估計。

  通常采用基于貝葉斯理論的方法,將多目標跟蹤問題轉化成對多個單目標的跟蹤過程,并建立相應的狀態(tài)空間模型。為每個目標分配一個單目標跟蹤器,相互獨立地跟蹤每個目標,通過設計一些特殊的方法來處理目標之間的交互和遮擋問題。

  坐標傳遞:在主攝像機和球機間建立統(tǒng)一的坐標系

  在多目標監(jiān)控場景中,提取目標的位置和運動軌跡信息,發(fā)送給從攝像機,從攝像機根據(jù)目標的位置和運動軌跡信息跟蹤鎖定目標。

  另外,多目標跟蹤技術在實際的應用中,還需要重點優(yōu)化和改進以下方面:提升算法的效率,以實現(xiàn)同時能夠跟蹤盡量多的目標;需要改進算法的抗干擾性能,以減輕光線變化、影子、目標間遮擋等常見的干擾因素;需要能夠對每個目標排定警戒優(yōu)先級,以使球機在跟蹤時能夠及時切換到威脅等級更高的目標。

  多目標識別與跟蹤技術的產品形態(tài)

  多目標識別與跟蹤產品目前在市場上可見的產品并不多,主要分為兩種形態(tài):槍球機一體式和獨立型產品(包括NVS、DVR、智能盒等)。

  槍球機一體式產品,是指通過獨特的模具設計,在球機上方嵌入一個廣角攝像機,通過內部的連線,實現(xiàn)一個可以完全獨立安裝和使用的一體化多目標跟蹤系統(tǒng)。由于槍機的位置固定在球機內不可移動,因此在算法上更加容易實現(xiàn),在場景匹配和目標坐標傳遞方面有良好的精度。

  獨立型產品是目前市場上比較常見的產品形態(tài)。通常是在NVS、DVR中提供該項功能,或是設計一款專用的視頻處理分析器,通過現(xiàn)場接線連接槍機和球機,通過平臺軟件的配置,實現(xiàn)主從式多目標跟蹤功能。獨立型產品的優(yōu)勢是應用方式靈活,可以兼容不同廠商的各類攝像機,包括標清、高清、模擬型、網(wǎng)絡型的槍機、球機,不僅適用于新建的監(jiān)控系統(tǒng),也適用于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造,在方案設計和系統(tǒng)建設中具有高度的靈活性,未來可能會得到更大的發(fā)展。

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