芯隨你動
——基于Computer Vision的全新智能目標跟蹤識別系統(tǒng)

天津大學

潘 成，王康年

1 作品簡介

文中設計了一款基于Computer Vision與人眼仿生的可實現(xiàn)智能化交互操作的跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有如下特點：

（1）解決了視頻通話或者自拍過程中人物始終需要保持在攝像頭前方的問題，更靈活、更輕便，擴大了視野范圍。

（2）采用camera+伺服裝置的人體結構仿生，用低成本的硬件與更具效能的算法對目標進行智能追蹤以簡化傳統(tǒng)算法。

（3）還可以實現(xiàn)更快、更準確、更平滑的手勢識別來控制智能生活時代的相關設備（燈泡、家用電器、窗簾等），達到智能交互的目的。

（4）可用于AR/VR中HMD頭顯設備攝像頭結構中，使SLAM算法中諸如PTAM算法獲取更多信息，完成新型的注冊跟蹤技術。并作為一種從未出現(xiàn)的新型交互設備，實現(xiàn)超強自拍功能并解決超大范圍空間交互問題。

以人機交互技術角度切入物聯(lián)網(wǎng)時代正是我們對智能生活的理解與期待，具有一定的前瞻性和很好的市場前景。系統(tǒng)實物如圖1所示。

2 工作原理

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。在Visual Studio平臺下，采用普通攝像頭RGB采集信息數(shù)據(jù)，并通過數(shù)字圖像處理的一系列算法先提取膚色HSI空間進行簡單分割，然后降采樣，去噪（平滑噪點、刪除小面積、孔洞填充+開閉運算等），根據(jù)SIFT算法匹配特征點尋找跟蹤區(qū)域，包括人臉識別功能采用的級聯(lián)分類器。訓練Haar分類器的步驟如下：

（1）準備正負樣本；

（2）用CreateSamples 程序建立正樣本集；

（3）用HaarTraining程序訓練得到最終的分類器模型（xml文件）。

（4）采用訓練好的人臉識別harr級聯(lián)分類器對人臉進行識別跟蹤，特征匹配或者模板匹配（不同應用感興趣區(qū)域提取不同）是針對不同跟蹤目標，將攝像頭捕捉的畫面始終對著需要跟蹤的物體中心，將中心附件坐標擬合通過串口發(fā)給下位機、舵機采用模糊集合論中的模糊PID應用來控制偏轉，進行實時跟蹤。此處上下位機的通訊調(diào)試方便，目前在嵌入式系統(tǒng)如Linux和手機移動登錄端上已實現(xiàn)了完整開發(fā)。

圖1 系統(tǒng)實物

該系統(tǒng)設計的核心思想是通過生物仿生技術，促使攝像頭的靈活程度最大限度接近人的眼球，從結構方面改善新的特定算法，應用于特定場合。

3 創(chuàng)新點

本設計的核心思想來源于生物人眼系統(tǒng)仿生，假設人觀察一個運動的物體脖子無法扭動，眼球也不允許轉動，只能通過大腦的思考來判斷這個物體的軌跡，可想而知，這樣的方法極不科學。之前的攝像頭等傳感器觀察一個物體就會因為這種不科學而產(chǎn)生諸多缺陷，比如視場過小，對跟蹤目標物體效果差等。本產(chǎn)品通過采用較低成本的硬件與特定的算法便可以改善這些問題，作為一種獨立研發(fā)的市面上還看不到的全新跟蹤設備，具有一定的創(chuàng)新性！

圖2 系統(tǒng)工作流程

4 市場前景

本產(chǎn)品采用生物仿生思想，研制出一種更智能的擁有更高靈活性與更大視野范圍的新型物體、人體、動作等捕捉設備，在特定場合如特殊監(jiān)控環(huán)境下，可以達到無死角的全自動智能監(jiān)控。而自拍、視頻通話一直都占有很大的市場空間，不論是企業(yè)級或民用級視頻通話設備，還是APP榜單上一直作為翹楚的自拍軟件，甚至是當下十分火爆的與自拍相關的硬件產(chǎn)品，在自拍、視頻通話方面，讓用戶擺脫需要一直拿著的僵硬不便，以及必須保持在攝像頭前的問題。作為具有一定前瞻性的產(chǎn)品擁有很大的市場前景。

陜西物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（ASII）

陜西物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟是由陜西地區(qū)從事物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)相關技術研究、產(chǎn)品生產(chǎn)的企事業(yè)單位和團體自愿組成，于2011年3月由陜西省工業(yè)和信息化廳批復正式成立，聯(lián)盟秘書處設在西安光電子專業(yè)孵化器，西安中星測控有限公司為第二屆理事會理事長單位。

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