目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究

霍玲玲

摘要：在計(jì)算機(jī)視覺(jué)研究領(lǐng)域中，因?yàn)楣饩€照射的變化、背景的不同、角度的變化以及遮擋物的作用以及目標(biāo)產(chǎn)生變化等原因，目標(biāo)跟蹤一直是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的難點(diǎn)。因此，現(xiàn)在多數(shù)的目標(biāo)跟蹤算法與實(shí)際都存在一定的差距很難達(dá)到理想中的效果。但是，目標(biāo)跟蹤卻一直是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域中的熱點(diǎn)也是高層計(jì)算機(jī)視覺(jué)任務(wù)。在現(xiàn)實(shí)生活中，如軍事上越界翻越，民用上道路流量的檢測(cè)、公共場(chǎng)合人口流量的統(tǒng)計(jì)以及事件分析，都需要目標(biāo)跟蹤技術(shù)提供理論支持?，F(xiàn)有的目標(biāo)跟蹤技術(shù)需要提高目標(biāo)跟蹤速度、克服場(chǎng)景變化和光線照射干擾和跟蹤目標(biāo)的位置變化等才能提高目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)跟蹤技術(shù)；意義；問(wèn)題；解決方法

中圖分類號(hào)：TP18 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）02-0171-01

1.目標(biāo)跟蹤研究技術(shù)分類

1.1圖像序列中目標(biāo)跟蹤技術(shù)

在圖像中，根據(jù)點(diǎn)與點(diǎn)之間的關(guān)系，可以通過(guò)相鄰兩幅圖像的點(diǎn)集中用以實(shí)現(xiàn)跟蹤目標(biāo)。同樣的，根據(jù)線在目標(biāo)跟蹤中的使用，可以更加清晰的分解出圖像的輪廓信息用以描述目標(biāo)圖像。更進(jìn)一步，可以將面應(yīng)用于目標(biāo)跟蹤，了解整個(gè)區(qū)域的外觀信息，在經(jīng)過(guò)后期的優(yōu)化和分類處理實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。

在圖像識(shí)別中，可以根據(jù)圖像本身的空間位置相互依賴的關(guān)系以及圖像塊與圖像塊之間的關(guān)系在建立模型和構(gòu)造置信度圖的時(shí)候，融合空間的上下文信息。使得建立的目標(biāo)跟蹤的模型更加具有科學(xué)的根據(jù)，同時(shí)置信度圖更加精確，更利于研究目標(biāo)跟蹤。

1.2視頻序列中目標(biāo)跟蹤技術(shù)

目標(biāo)跟蹤可以通過(guò)對(duì)視頻序列中正在運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)進(jìn)行分析檢測(cè)、提取數(shù)據(jù)、更進(jìn)一步的進(jìn)行識(shí)別和跟蹤。這樣的過(guò)程中，可以獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的參數(shù)，例如移動(dòng)速度、加速度、運(yùn)動(dòng)的軌跡等，再將所得的結(jié)果進(jìn)行下一步的分析處理，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的理解以完成任務(wù)跟蹤的目的。

對(duì)于目標(biāo)跟蹤和測(cè)量可以分為三個(gè)階段。首先，有目標(biāo)的檢測(cè)和特征提取，在這兩個(gè)階段中，需要一定的理論知識(shí)和靈活的應(yīng)變能力，可以根據(jù)場(chǎng)合的不同進(jìn)行不同的設(shè)計(jì)。第三個(gè)階段就是目標(biāo)的跟蹤，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)可以理解為目標(biāo)初始狀態(tài)和特征提取從而得到目標(biāo)視覺(jué)特征，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行時(shí)間和空間相結(jié)合對(duì)目標(biāo)的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。因此，一個(gè)良好的跟蹤系統(tǒng)必須能滿足顧客準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)、可靠的要求?！皽?zhǔn)確”顧名思義，就是要提高目標(biāo)跟蹤的精準(zhǔn)度，最低的要求即要可以跟蹤出目標(biāo)的大致位置，高的要求下必須給出目標(biāo)的準(zhǔn)確方位?！皩?shí)時(shí)”是指的跟蹤目標(biāo)信息的更新速度，數(shù)據(jù)的輸出速度必須要在物體的實(shí)際運(yùn)動(dòng)速度內(nèi)，滿足控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)指標(biāo)要求?！翱煽俊眲t是要求目標(biāo)跟蹤結(jié)果的真實(shí)可靠性，過(guò)程必須保證穩(wěn)定，即使是在跟蹤失敗的情況下，也要求具有良好的恢復(fù)能力。只有滿足以上三點(diǎn)，才能達(dá)到很好的綜合性能。

2 目標(biāo)跟蹤研究技術(shù)意義

2.1 在民用領(lǐng)域的意義

在民用領(lǐng)域中，目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究的新興方向是擁有核心技術(shù)的智能化視頻監(jiān)控。智能化視頻監(jiān)控是高層計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)，簡(jiǎn)單描述則是攝像機(jī)進(jìn)行前期采樣，通過(guò)視頻序列圖，對(duì)其中的信息進(jìn)行更進(jìn)一步的分析和理解，從而實(shí)現(xiàn)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化。例如有的視頻監(jiān)控中可以智能識(shí)別場(chǎng)景內(nèi)人的行為和語(yǔ)言對(duì)話。從而可以甄別出危險(xiǎn)的人員自動(dòng)報(bào)警。在交通管理中，也可以通過(guò)智能檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的管理，實(shí)時(shí)監(jiān)控道路車流量和對(duì)異常的車輛進(jìn)行調(diào)查，可以很大程度上減少交通事故的發(fā)生，和更快速的進(jìn)行事后處理。

2.2在軍事領(lǐng)域的意義

在軍事領(lǐng)域中，目標(biāo)跟蹤技術(shù)對(duì)于增強(qiáng)國(guó)防有很大的意義。視頻監(jiān)控可以及時(shí)掌握戰(zhàn)爭(zhēng)中的環(huán)境和更快速地對(duì)敵方的目標(biāo)進(jìn)行搜索和跟蹤。對(duì)于環(huán)境的掌握和檢測(cè)有利于尋找和提取目標(biāo)和場(chǎng)景、還有攝像機(jī)的機(jī)位等信息來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋控制，可以了解敵方動(dòng)態(tài)在戰(zhàn)爭(zhēng)中處于主導(dǎo)地位。還可以將目標(biāo)跟蹤技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，研究機(jī)器人視覺(jué)導(dǎo)航系統(tǒng)，安裝在機(jī)器人體內(nèi)的攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)環(huán)境檢測(cè)，獲取更為詳細(xì)的環(huán)境信息。同時(shí)，目標(biāo)跟蹤中的智能視頻監(jiān)控也有利于發(fā)現(xiàn)邊防的不利狀況和嫌疑人員，更大程度上保護(hù)我國(guó)軍事機(jī)密。

3 目標(biāo)跟蹤研究技術(shù)應(yīng)用

3.1在道路車輛監(jiān)控上的應(yīng)用

在現(xiàn)實(shí)生活中，可以利用目標(biāo)跟蹤技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控道路上的車輛，在移動(dòng)過(guò)程中，車輛在視窗中的大小和形狀會(huì)發(fā)生特定的變化。例如我們可以選取一組在實(shí)際環(huán)境中拍攝的照片進(jìn)行研究，車輛由近及遠(yuǎn)的移動(dòng)過(guò)程中，車輛目標(biāo)區(qū)域的形狀會(huì)慢慢變小，目標(biāo)形狀變化不大會(huì)取得比較成功的跟蹤效果。但是存在缺陷的是，目標(biāo)變小時(shí)，跟蹤的準(zhǔn)確性也隨之變小，有時(shí)所反應(yīng)的結(jié)果已經(jīng)偏離了目標(biāo)所在的實(shí)際位置。導(dǎo)致目標(biāo)跟蹤出現(xiàn)問(wèn)題，甚至錯(cuò)誤的跟蹤了其他目標(biāo)。因此，在道路中車輛的監(jiān)控方面，還要進(jìn)一步改正，加強(qiáng)精準(zhǔn)度，才能讓科技更好為交通事業(yè)做出貢獻(xiàn)。

3.2在礦井安全監(jiān)控中的應(yīng)用

在生活中，井下工作是安全風(fēng)險(xiǎn)最大的工作之一。可以利用目標(biāo)跟蹤技術(shù)，對(duì)井下危險(xiǎn)區(qū)域運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤，在這樣的檢測(cè)下，可以提前得到風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，提前預(yù)警可以有效防止危險(xiǎn)事故的發(fā)生。利用數(shù)學(xué)領(lǐng)域的利用背景建立模型和利用背景差法在線有效的調(diào)節(jié)速率，這種方法可以應(yīng)對(duì)光線的變化和突變的環(huán)境下對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)控，利用目標(biāo)跟蹤技術(shù)在發(fā)生突發(fā)狀況時(shí)可以準(zhǔn)確的定位和實(shí)時(shí)的跟蹤目標(biāo)?？梢蕴岣咄话l(fā)事故的存活率，給礦工們的生命多一層保障。

3.3在社會(huì)生活中的作用

在社會(huì)工作中，未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)電子化越來(lái)越普及于生活的任何角落，與現(xiàn)有階段的鍵盤和鼠標(biāo)表達(dá)思想不同，未來(lái)的人和計(jì)算機(jī)的交互影響應(yīng)該會(huì)更加方便，科學(xué)家希望計(jì)算機(jī)能夠像一個(gè)人一樣善解人意，這就需要計(jì)算機(jī)能夠讀懂人類的語(yǔ)言、表情、手勢(shì)、動(dòng)作等。利用目標(biāo)跟蹤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)視頻的智能化，計(jì)算機(jī)可以通過(guò)采集人們的動(dòng)作圖像等進(jìn)行分析，更理解場(chǎng)景中的人和事。例如在醫(yī)療領(lǐng)域，可以利用這個(gè)智能的電腦來(lái)監(jiān)護(hù)生病的兒童和老人，他可以很快的明白病人的需求，所以可以更好的照顧從而促進(jìn)醫(yī)療事業(yè)的革新；在教育領(lǐng)域中，利用視頻智能的分析技術(shù)，比普通老師更快的了解學(xué)生對(duì)于知識(shí)的掌握了解情況，判斷學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，可以因材施教，更好更快的教好學(xué)生；在游戲時(shí)，智能的計(jì)算機(jī)能更快地了解游戲者的意圖和興趣，分析出更適合游戲者的游戲，讓游戲者開心的融入氛圍體驗(yàn)娛樂(lè)生活的樂(lè)趣。

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