目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的圖像收集處理軟件流程設(shè)計(jì)

孟麗潔，徐 鋒，徐 燕，陳文星，張春晶（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的圖像收集處理軟件流程設(shè)計(jì)

孟麗潔，徐 鋒，徐 燕，陳文星，張春晶
（北方自動(dòng)控制技術(shù)研究所，太原 030006）

詳細(xì)介紹了目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)中圖像收集處理軟件的設(shè)計(jì)流程。首先介紹了目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，然后從視頻圖像顯示到目標(biāo)圖像獲取和發(fā)送的整個(gè)流程進(jìn)行詳細(xì)闡述，并針對流程節(jié)點(diǎn)中獲取目標(biāo)圖像的兩種方式加以深入研究。

目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，圖像收集處理軟件，目標(biāo)圖像

0 引言

近年來局部戰(zhàn)爭趨勢顯示，在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的大環(huán)境下，軍事裝備向無人化與智能化演變，軍用傳感器平臺在戰(zhàn)爭中將占有重要地位，因?yàn)槠渥陨盱`活、不易被發(fā)現(xiàn)等特點(diǎn)大大降低了作戰(zhàn)部隊(duì)的風(fēng)險(xiǎn)，極大地提高了作戰(zhàn)能力和戰(zhàn)場應(yīng)變能力。

目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的功能是迅速捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)其所在區(qū)域內(nèi)的靜止或移動(dòng)目標(biāo)，它在軍事、反恐防暴和民用方面都具有廣闊的應(yīng)用前景，得到了世界上許多國家的極大關(guān)注。在軍事領(lǐng)域，它可以用于敵情偵查、地方目標(biāo)跟蹤、打擊引導(dǎo)等；在反恐防暴行動(dòng)中，它能巡邏一個(gè)地區(qū)，辨認(rèn)可疑活動(dòng)，發(fā)現(xiàn)跟蹤恐怖分子；在民用交通方面，它可以巡視某一區(qū)域，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各種交通隱患或監(jiān)控交通狀況，跟蹤逃逸車輛；在人員營救方面，它可以用于搜索傷員，在山林地帶搜尋迷失登山者。

本文設(shè)計(jì)的圖像收集處理軟件應(yīng)用于目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)識別跟蹤相關(guān)技術(shù)的探究。

1 目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)

目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)由傳感器平臺、無線傳輸設(shè)備、圖像處理板、傳感器控制平臺、圖像監(jiān)控平臺組成（如下頁圖1），研究多尺度的地面目標(biāo)檢測，借鑒人類視覺系統(tǒng)信息處理機(jī)制，構(gòu)建基于視覺選擇注意機(jī)制的地面目標(biāo)檢測與識別框架，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的實(shí)時(shí)精確監(jiān)視與狀態(tài)感知。

其中，傳感器平臺實(shí)時(shí)采集視頻圖像，并根據(jù)指令進(jìn)行目標(biāo)跟蹤；無線傳輸設(shè)備分為數(shù)傳設(shè)備和圖傳設(shè)備，數(shù)傳設(shè)備傳輸各種指令、狀態(tài)信息，圖傳設(shè)備傳輸實(shí)時(shí)視頻圖像信息；圖像處理板運(yùn)行目標(biāo)識別跟蹤軟件，目標(biāo)識別跟蹤軟件運(yùn)用圖像配準(zhǔn)技術(shù)、目標(biāo)跟蹤技術(shù)以及DSP技術(shù)實(shí)現(xiàn)對視頻圖像中目標(biāo)的識別、匹配與跟蹤計(jì)算；傳感器控制平臺運(yùn)行云臺操控軟件，接收傳感器平臺的實(shí)時(shí)位置信息、狀態(tài)信息、根據(jù)平臺位置和目標(biāo)在圖像中的相對位置計(jì)算傳感器相應(yīng)參數(shù)進(jìn)而控制其跟蹤目標(biāo)；圖像監(jiān)控平臺運(yùn)行圖像收集處理軟件，圖像收集處理軟件運(yùn)用DirectX顯示技術(shù)、BMP圖像格式與RAW圖像格式轉(zhuǎn)換技術(shù)、目標(biāo)圖像提取技術(shù)以及UDP傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控、目標(biāo)圖像提取、與圖像處理板進(jìn)行信息交互、與傳感器控制平臺進(jìn)行信息交互等功能。

圖1 目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)組成

目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)控制流程如圖2，傳感器平臺實(shí)時(shí)采集、發(fā)送視頻圖像，圖像處理板接收視頻圖像，如果存在目標(biāo)圖像，則進(jìn)行目標(biāo)識別、匹配與跟蹤計(jì)算，將跟蹤結(jié)果添加到視頻圖像信息中發(fā)送給圖像監(jiān)控平臺；如果不存在目標(biāo)圖像，圖像處理轉(zhuǎn)換圖像格式后直接發(fā)送給圖像監(jiān)控平臺。圖像監(jiān)控平臺實(shí)時(shí)接收、顯示視頻圖像與跟蹤結(jié)果，用戶可操作圖像收集處理軟件獲取當(dāng)前幀圖像，在當(dāng)前幀圖像中提取目標(biāo)圖像后發(fā)送給圖像處理板，圖像處理板從下一幀視頻圖像開始重新進(jìn)行目標(biāo)識別、匹配與跟蹤計(jì)算。圖像監(jiān)控平臺將圖像跟蹤信息中的目標(biāo)位置信息發(fā)送給傳感器控制平臺，傳感器控制平臺根據(jù)傳感器平臺當(dāng)前位置、狀態(tài)信息計(jì)算移動(dòng)控制參數(shù)控制傳感器平臺對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。本文重點(diǎn)介紹圖像收集處理軟件設(shè)計(jì)流程［1-4］。

2 圖像收集處理軟件

圖像收集處理軟件運(yùn)用DirectX顯示技術(shù)、BMP圖像格式與RAW圖像格式轉(zhuǎn)換技術(shù)、目標(biāo)圖像提取技術(shù)以及UDP傳輸?shù)燃夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)圖像的實(shí)時(shí)監(jiān)控、目標(biāo)圖像提取、與圖像處理板進(jìn)行信息交互、與傳感器控制平臺進(jìn)行信息交互。軟件流程如圖3。

圖2 目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)控制流程圖

圖3 圖像收集處理軟件流程圖

其中，提取目標(biāo)圖像有兩種方式:提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像和提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像。其中，提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像指從實(shí)時(shí)接收、顯示的傳感器平臺偵查視頻圖像中提取，而提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像指從保存的歷史視頻圖片中提取。

2.1 提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像流程設(shè)計(jì)

傳感器平臺圖像收集處理軟件實(shí)時(shí)接收、顯示傳感器平臺偵查視頻圖像，可獲取當(dāng)前幀圖像并進(jìn)行放大顯示，從當(dāng)前幀圖像提取目標(biāo)圖像發(fā)送給圖像處理板進(jìn)行目標(biāo)識別、匹配與跟蹤計(jì)算，流程如圖4。

圖4 提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像流程圖

具體過程如下:

1）圖像收集處理軟件實(shí)時(shí)接收、顯示視頻圖像；

2）獲取當(dāng)前幀圖像，并進(jìn)行顯示。采用微軟公司創(chuàng)建的多媒體編程接口DirectX技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻圖像實(shí)時(shí)顯示。

3）在當(dāng)前幀圖像中提取目標(biāo)圖像，并進(jìn)行顯示。鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)到視頻圖像上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，選擇目標(biāo)圖像區(qū)域，提取此區(qū)域目標(biāo)圖像并進(jìn)行顯示。

4）使用UDP協(xié)議向圖像處理板發(fā)送目標(biāo)圖像。

5）圖像處理板接收到目標(biāo)圖像后進(jìn)行目標(biāo)識別、匹配與跟蹤，并將跟蹤結(jié)果添加到圖像信息中發(fā)送給圖像收集處理軟件。

6）圖像收集處理軟件接收視頻圖像，判斷目標(biāo)跟蹤信息，在視頻圖像中標(biāo)注目標(biāo)具體位置。

提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像特征部分源代碼如下:

pRAWBufConv=new BYTE［414720］；

for（int i=0；i＜576；i++）

{

for（int j=0；j＜720；j++）{pRAWBufConv［（576-1-i）*720+j］=recvBuf［i*720+j］；}

}

memcpy（CurentShowPictureBuf，CurentPicture-Buf，414720）；

（（CTargetApp*）AfxGetApp （））-＞do_blending （CutPictureBuf，CutPictureWight，CutPictureheight，

GetDlg Item（IDC_STATIC_TARGET）-＞m_hWnd）；//實(shí)現(xiàn)對圖像的顯示

2.2 提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像流程設(shè)計(jì)

圖像收集處理軟件實(shí)現(xiàn)從計(jì)算機(jī)中選取、打開、顯示任意一張歷史視頻圖像，并從中提取目標(biāo)圖像進(jìn)行顯示、保存與發(fā)送，流程如圖5。

圖5 提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像流程圖

具體過程描述如下:

1）從計(jì)算機(jī)中選取歷史視頻圖片，界面跟蹤視頻窗口顯示該圖片。

2）在該圖片中提取目標(biāo)圖像，并進(jìn)行顯示。鼠標(biāo)光標(biāo)移動(dòng)到顯示的圖片上，按住鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)鼠標(biāo)，選擇目標(biāo)區(qū)域，提取、顯示此區(qū)域的目標(biāo)信息。

3）向圖像處理板發(fā)送目標(biāo)圖像。由于圖像處理板處理RAW格式圖像，需要將BMP格式的目標(biāo)圖像轉(zhuǎn)化為RAW格式后再進(jìn)行發(fā)送。

4）圖像處理板接收到目標(biāo)圖像后進(jìn)行目標(biāo)識別、匹配與跟蹤，將跟蹤信息添加到視頻圖像信息中發(fā)送給圖像收集處理軟件。

5）圖像收集處理軟件接收視頻圖像，判斷目標(biāo)跟蹤信息，在視頻圖像中標(biāo)注目標(biāo)具體位置。

部分源代碼如下:

BMPhBitmap=m_picture.CopyScreenToBitmap（）；//拷貝屏幕固定區(qū)域

BITMAP pBitMap；CBitmap map；

map.Attach（BMPhBitmap）；//從HBITMAP獲得位圖

map.GetBitmap（&pBitMap）；

CutPictureWight=pBitMap.bmWidth；//得到圖像寬度

CutPictureheight=pBitMap.bmHeight；//得到圖像高度

str.Format（"%d"，CutPictureWight）；

m_KD.SetWindowText（str）；

str.Format（"%d"，CutPictureheight）；

m_GD.SetWindowText（str）；

int BMPsize=0；

if（pBitMap.bmBitsPixel==32）{BMPsize =CutPictureWight*CutPictureheight*4；}

else BMPsize = CutPictureWight*CutPictureheight*3；

BYTE*pBuff=new BYTE［BMPsize］；memset（pBuff，0，sizeof（BMPsize））；map.GetBitmapBits（BMPsize，pBuff）；//提取圖像數(shù)據(jù)

memset（CutPictureBuf，0，414720）；

if（pBitMap.bmBitsPixel==32）//32位、24位BMP格式轉(zhuǎn)換為8位RAW格式{

for（i=0；i＜CutPictureWight*CutPictureheight；i++）{CutPictureBuf［i］=pBuff［i*4］*0.299+pBuff ［i*4+1］*0.587+pBuff［i*4+2］*0.114；}

}

if（pBitMap.bmBitsPixel==24）

{

for（i=0；i＜CutPictureWight*CutPictureheight；i++）{CutPictureBuf［i］=pBuff［i*3］*0.299+pBuff ［i*3+1］*0.587+pBuff［i*3+2］*0.114；}

}

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)準(zhǔn)備:傳感器平臺、無線傳輸設(shè)備、圖像處理板加電啟動(dòng)，傳感器控制平臺啟動(dòng)云臺操控軟件，圖像監(jiān)控平臺啟動(dòng)圖像收集處理軟件。

試驗(yàn)1:提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像進(jìn)行目標(biāo)跟蹤

試驗(yàn)過程:傳感器平臺采集實(shí)時(shí)視頻圖像；圖像監(jiān)控平臺圖像收集處理軟件獲取當(dāng)前幀視頻圖像，提取目標(biāo)圖像并發(fā)送給圖像處理板，如圖6；圖像處理板識別、匹配與跟蹤成功后，圖像收集處理軟件向云臺操控軟件發(fā)送目標(biāo)在圖像上的位置信息，云臺操控軟件控制傳感器平臺自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，跟蹤結(jié)果如圖6。

試驗(yàn)結(jié)果:地面目標(biāo)轎車的運(yùn)動(dòng)速度一定的情況下，傳感器平臺對其跟蹤效果較好；圖像收集處理軟件能夠正確顯示實(shí)時(shí)視頻圖像及其跟蹤結(jié)果，能夠獲取當(dāng)前幀圖像并進(jìn)行放大顯示，能夠提取目標(biāo)圖像并進(jìn)行發(fā)送。

試驗(yàn)2:提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像進(jìn)行目標(biāo)跟蹤

試驗(yàn)過程:傳感器平臺采集實(shí)時(shí)視頻圖像；圖像監(jiān)控平臺圖像收集處理軟件打開歷史視頻圖片，提取目標(biāo)圖像并發(fā)送給圖像處理板，如圖7；圖像處理板識別、匹配與跟蹤成功后，圖像收集處理軟件向云臺操控軟件發(fā)送目標(biāo)在圖像上的位置信息，云臺操控軟件控制傳感器平臺自動(dòng)跟蹤目標(biāo)，跟蹤結(jié)果如圖7。

圖6 提取當(dāng)前幀圖像中的目標(biāo)圖像進(jìn)行目標(biāo)跟蹤

試驗(yàn)結(jié)果:地面目標(biāo)轎車的運(yùn)動(dòng)速度一定的情況下，傳感器平臺對其跟蹤效果較好；圖像收集處理軟件能夠正確顯示實(shí)時(shí)視頻圖像及其跟蹤結(jié)果，能夠獲取歷史視頻圖片中并進(jìn)行顯示，能夠提取目標(biāo)圖像并進(jìn)行發(fā)送。

圖7 提取歷史視頻圖片中的目標(biāo)圖像進(jìn)行目標(biāo)跟蹤

4 結(jié)論

本文描述了目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)中圖像收集處理軟件的工作流程，對兩種不同來源提取目標(biāo)圖像特征進(jìn)行了詳細(xì)描述，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示基于目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的圖像收集處理軟件設(shè)計(jì)合理，功能正確，有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

［1］盧勝偉.基于圖像處理的目標(biāo)識別跟蹤研究［D］.長春:長春理工大學(xué)，2008.

［2］劉軍.基于DSP的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)識別與跟蹤［D］.無錫:江南大學(xué)，2012.

［3］劉林鋒，郭平，趙娟，等.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于移動(dòng)sink最優(yōu)路徑的數(shù)據(jù)收集策略［J］.四川兵工學(xué)報(bào)，2015，35 （1）:118-121.

［4］張博龍.無人飛行器目標(biāo)跟蹤算法研究［D］.長春:長春理工大學(xué)，2014.

［5］解曉萌.復(fù)雜背景下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測和識別關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.廣州:華南理工大學(xué)，2012.

Design of Image Collection and Processing Software Process Based on Target Recognition and Tracking System

MENG Li-jie，XU Feng，XU Yan，CHEN Wen-xing，ZHANG Chun-jing
（North Automatic Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China）

This paper introduces the design process of image collection and processing software in target recognition and tracking system.At first this paper introduces target recognition and tracking system.Then the whole process of video image acquisition to target image acquisition and transmission is described in detail，and aims at the process nodes in-depth study，which to obtain the target image in two ways.

target recognition and tracking system，image collection and processing software，target image

TP<317.4 class="emphasis_bold">317.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A317.4

A

1002-0640（2017）03-0166-04

2016-02-05

2016-03-07

孟麗潔（1988- ），女，山西太原人，在讀碩士。研究方向：系統(tǒng)工程。