圖像跟蹤識(shí)別技術(shù)在煤炭運(yùn)量視頻管理系統(tǒng)中的研究

摘要：設(shè)計(jì)一套安裝于煤場入口的視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)出場區(qū)的車輛進(jìn)行監(jiān)控。介紹視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成與工作原理，闡述系統(tǒng)各部分的功能，分析系統(tǒng)的各種優(yōu)勢(shì)，為該系統(tǒng)應(yīng)用于煤場管理提供參考。

關(guān)鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；目標(biāo)跟蹤；圖像識(shí)別

中圖分類號(hào)：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-1161（2014）10-0025-03

煤炭資源是一種寶貴的不可再生資源，其在國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著非常重要的作用。在當(dāng)今市場機(jī)制條件下，需要對(duì)煤炭資源的開采與利用進(jìn)行有效監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭資源的最大限度的保護(hù)。在煤場入口處設(shè)計(jì)并安裝一套視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)進(jìn)入場區(qū)的車輛進(jìn)行監(jiān)控，從而對(duì)運(yùn)煤車輛進(jìn)行放行判斷。

1 視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的組成與工作原理

視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)可對(duì)場區(qū)的車輛在入口處進(jìn)行跟蹤識(shí)別、圖像采集、監(jiān)控與管理。系統(tǒng)由車體感應(yīng)器（一般為感應(yīng)線圈，本系統(tǒng)采用地磁傳感器）、彩色攝像機(jī)（一般為CCD攝像機(jī)）、圖像采集卡、視頻卡、PC機(jī)及跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的軟件組成。系統(tǒng)大體上可以分為圖像采集模塊、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊、車牌識(shí)別模塊、地磁感應(yīng)模塊、云臺(tái)控制模塊五大部分。其中，圖像采集模塊和地磁感應(yīng)模塊屬于硬件范疇，而目標(biāo)跟蹤模塊、車牌識(shí)別模塊及云臺(tái)控制模塊屬于軟件范疇。

系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。當(dāng)汽車到達(dá)入口附近（一般距離入口5～8 m）經(jīng)過車體位置傳感器的敏感區(qū)域時(shí)，車體位置傳感器發(fā)出一個(gè)信號(hào)給上位機(jī)；為了獲得符合要求的圖像，目標(biāo)跟蹤模塊將被啟動(dòng)，其目的是捕獲符合要求的圖像。通過CCD攝取的圖像，經(jīng)解碼器、RS232-485轉(zhuǎn)換器、視頻卡后輸給計(jì)算機(jī)，與定義的跟蹤目標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，符合要求則采集該圖像，然后將采集到的圖像送入車牌識(shí)別模塊進(jìn)行識(shí)別，最后做出放行與否的判斷；并將識(shí)別后的包括車牌的部分汽車圖像存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)管理之用。在對(duì)車牌的身份識(shí)別過程中，將車牌號(hào)、車型與數(shù)據(jù)庫中存入的信息進(jìn)行對(duì)比，只有這3個(gè)部分的信息全部吻合，才認(rèn)為是合法的車輛，系統(tǒng)將啟動(dòng)門禁開關(guān)進(jìn)行放行。對(duì)于不合法的車輛，系統(tǒng)則給出報(bào)警信號(hào)，禁止放行，由工作人員進(jìn)行校對(duì)，查明具體原因；問題解決后，工作人員將異常原因進(jìn)行記錄，然后決定是否放行。

2 視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的功能

整個(gè)煤場的視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的主要功能是對(duì)進(jìn)入場區(qū)的車輛進(jìn)行監(jiān)控。系統(tǒng)采用云臺(tái)、攝像頭、目標(biāo)跟蹤技術(shù)、車牌識(shí)別技術(shù)相結(jié)合的方式，對(duì)車輛的身份進(jìn)行識(shí)別。當(dāng)?shù)卮艂鞲衅鞲袘?yīng)到車輛到來時(shí)，會(huì)給上位機(jī)一個(gè)信號(hào)，由上位機(jī)啟動(dòng)云臺(tái)和攝像頭開始工作。系統(tǒng)不斷地查詢圖像的結(jié)果，在此過程中，圖像的跟蹤與識(shí)別是同時(shí)進(jìn)行的。由于車牌的位置沒有統(tǒng)一要求或有障礙物遮攔，云臺(tái)要不斷地運(yùn)動(dòng)去跟蹤捕捉含有車牌的汽車圖像，然后再進(jìn)行合法性識(shí)別。

為了使車輛自動(dòng)跟蹤識(shí)別技術(shù)更好地在實(shí)際系統(tǒng)中得到應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)車輛的智能跟蹤識(shí)別和路障的自動(dòng)控制，最終實(shí)現(xiàn)煤場車輛管理和識(shí)別的安全智能化，將視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為車輛到達(dá)感應(yīng)部分、圖像采集部分、云臺(tái)控制部分、上位機(jī)、車牌識(shí)別部分（見圖2）。1） 車輛到達(dá)感應(yīng)部分。地磁傳感器安裝在距離入口5～8 m處，在感應(yīng)到車輛到達(dá)的信息后，向上位機(jī)發(fā)送車輛到達(dá)信息，使上位機(jī)發(fā)送控制信號(hào)給攝像頭進(jìn)行圖像采集。2） 圖像采集部分。對(duì)進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域的車輛進(jìn)行拍照，并將拍攝完畢的照片傳送至上位機(jī)，為后面的車牌號(hào)碼識(shí)別做準(zhǔn)備。一般要求攝像頭連續(xù)抓拍3～4張，以防有不清晰無效照片，提高識(shí)別效率，加快系統(tǒng)對(duì)圖像識(shí)別的速度。3） 云臺(tái)控制部分。系統(tǒng)最終需要的是含有車牌的汽車圖像，由于車牌位置的主觀性及障礙物的遮攔，需要使云臺(tái)不斷地運(yùn)動(dòng)（俯仰、左右搖擺等），以獲取系統(tǒng)需要的圖像。4） 上位機(jī)。存儲(chǔ)并管理所有的車輛信息（包括車牌號(hào)、車主、車輛型號(hào)、特征、車輛進(jìn)入時(shí)間、車輛空載的質(zhì)量、車輛照片等）。上位機(jī)不停地查詢地磁傳感器的狀態(tài)，一旦被觸發(fā)，系統(tǒng)將會(huì)把指令信息傳送給攝像頭和云臺(tái)，進(jìn)行圖像的采集、跟蹤與識(shí)別，判斷該車輛是否合法，合法則啟動(dòng)路障放行，非法則給出報(bào)警信號(hào)。

3 視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)基本擺脫了人為操作，能夠彌補(bǔ)人為操作的許多不足，提高了進(jìn)入煤場車輛識(shí)別的速度及準(zhǔn)確性，改善了以往與現(xiàn)代化管理不相稱的管理模式，基本實(shí)現(xiàn)了場區(qū)車輛管理的自動(dòng)化、科學(xué)化、規(guī)范化和智能化。

一是提高使用效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。在不影響汽車狀態(tài)的情況下，計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成圖像的識(shí)別與跟蹤。由于減少了人工的參與，從而最大限度減少了人員開支費(fèi)用以及由于人為失誤或舞弊造成的損失，節(jié)省了人力、物力，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、安全性和使用效率。二是提高識(shí)別準(zhǔn)確度。系統(tǒng)采用了車輛自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，在充分分析車輛識(shí)別技術(shù)中的射頻識(shí)別、條形碼識(shí)別、車牌識(shí)別等方法的優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況選用了車牌識(shí)別方法。采用云臺(tái)對(duì)車輛進(jìn)行動(dòng)態(tài)跟蹤以及攝像頭連續(xù)抓拍，能捕捉到更清晰的圖片，縮短了查詢時(shí)間，提高了識(shí)別的準(zhǔn)確度。三是降低整個(gè)系統(tǒng)的成本。在車輛驗(yàn)證過程中采用了車牌自動(dòng)識(shí)別方法，通過軟件編程即可實(shí)現(xiàn)，與傳統(tǒng)的車牌識(shí)別方法（射頻識(shí)別、條形碼識(shí)別）相比，不需購買任何配套的硬件設(shè)施，簡化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的成本，同時(shí)提高了系統(tǒng)的技術(shù)含量，大大降低了人為弄虛作假的概率。四是提高門禁系統(tǒng)自動(dòng)化程度。傳統(tǒng)路障設(shè)施的操作由人工控制，自動(dòng)化程度低，工作人員很可能放行非法車輛，造成能源的丟失。采用該系統(tǒng)后，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，不需要人為的參與。五是具有可擴(kuò)充性。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新技術(shù)應(yīng)用的需要，保留與其他自動(dòng)化系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)連接的接口，具有更新、擴(kuò)充和升級(jí)的可能，可以根據(jù)該項(xiàng)目的實(shí)際要求擴(kuò)展系統(tǒng)功能。六是具有先進(jìn)性與適用性。系統(tǒng)的技術(shù)性能和質(zhì)量指標(biāo)達(dá)到國際領(lǐng)先水平；同時(shí)，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用簡便易行，容易掌握，適合中國國情和煤場項(xiàng)目的特點(diǎn)。

4 結(jié)語

視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)將目標(biāo)跟蹤和車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行融合，避免了攝像頭從單一角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，通過云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)從不同的角度對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建全，梁華，王成友.視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，21（3）：84-87.

[2] 王晨.智能視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)[D].南京：南京理工大學(xué)，2007.

[3] 陳軼博.智能視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué)，2008.

[4] 歐揚(yáng)，劉元祥.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究[J].工礦自動(dòng)化，2006（6）：5-16.

[5] 范金剛.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[6] KASS M，WITKIN A，TERZOPOULOS K.SNAKES.Active contour models[J].InternaJournal of Computer Vision，2003（4）：321-331.

[7] LEDUC J.P.Spatio-temporal wavelet transforms for motion tracking[J].Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，

2003，8（3）：275-282.

[8] 金世佳.圖像跟蹤識(shí)別技術(shù)在煤炭運(yùn)量視頻管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2010.

Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification

4 結(jié)語

視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)將目標(biāo)跟蹤和車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行融合，避免了攝像頭從單一角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，通過云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)從不同的角度對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建全，梁華，王成友.視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，21（3）：84-87.

[2] 王晨.智能視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)[D].南京：南京理工大學(xué)，2007.

[3] 陳軼博.智能視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué)，2008.

[4] 歐揚(yáng)，劉元祥.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究[J].工礦自動(dòng)化，2006（6）：5-16.

[5] 范金剛.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[6] KASS M，WITKIN A，TERZOPOULOS K.SNAKES.Active contour models[J].InternaJournal of Computer Vision，2003（4）：321-331.

[7] LEDUC J.P.Spatio-temporal wavelet transforms for motion tracking[J].Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，

2003，8（3）：275-282.

[8] 金世佳.圖像跟蹤識(shí)別技術(shù)在煤炭運(yùn)量視頻管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2010.

Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification

4 結(jié)語

視頻監(jiān)控跟蹤識(shí)別系統(tǒng)將目標(biāo)跟蹤和車牌識(shí)別技術(shù)進(jìn)行融合，避免了攝像頭從單一角度對(duì)目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控，通過云臺(tái)的旋轉(zhuǎn)從不同的角度對(duì)目標(biāo)圖像進(jìn)行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識(shí)別的準(zhǔn)確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

[1] 楊建全，梁華，王成友.視頻監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2006，21（3）：84-87.

[2] 王晨.智能視頻監(jiān)控設(shè)計(jì)[D].南京：南京理工大學(xué)，2007.

[3] 陳軼博.智能視頻監(jiān)控的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].大連：大連海事大學(xué)，2008.

[4] 歐揚(yáng)，劉元祥.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究[J].工礦自動(dòng)化，2006（6）：5-16.

[5] 范金剛.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)若干關(guān)鍵技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.

[6] KASS M，WITKIN A，TERZOPOULOS K.SNAKES.Active contour models[J].InternaJournal of Computer Vision，2003（4）：321-331.

[7] LEDUC J.P.Spatio-temporal wavelet transforms for motion tracking[J].Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，

2003，8（3）：275-282.

[8] 金世佳.圖像跟蹤識(shí)別技術(shù)在煤炭運(yùn)量視頻管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D].沈陽：東北大學(xué)，2010.

Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification