基于嵌入式Linux環(huán)境下OpenCV的人臉檢測跟蹤系統(tǒng)研究

翟歲兵

摘?要：在嵌入式Linux環(huán)境下使用OpenCV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決了不受控制程序中自動面部檢測和跟蹤的問題，檢測到的面部與相應(yīng)的人和軌跡相關(guān)聯(lián)?，F(xiàn)實(shí)場景和實(shí)時限制的動態(tài)特性使我們的任務(wù)變得復(fù)雜。與之前使用廣角相機(jī)和OpenCV混合的工作不同，我們探索了單個OpenCV相機(jī)可以預(yù)期的限制。在縮小模式下檢測并跟蹤行人，然后使用調(diào)度程序選擇要放大的人。放大后，我們回到廣域模式，解決人與人，面對面和面對面數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問題。在挑戰(zhàn)室內(nèi)不受控制的條件下的廣泛實(shí)驗(yàn)證明了所提出的系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux環(huán)境;人臉檢測跟蹤;OpenCV

1 簡介

本文介紹了一種全自動OpenCV人臉檢測和跟蹤系統(tǒng)，該系統(tǒng)非常適合真實(shí)場景中的這些挑戰(zhàn)。據(jù)我們所知，所提出的方法是第一個使用單個OpenCV攝像機(jī)解決高分辨率人臉圖像與人和軌跡的關(guān)聯(lián)。相機(jī)以縮小模式開始，檢測并跟蹤行人，根據(jù)調(diào)度程序放大下一張臉，以高分辨率捕捉臉部圖像，然后縮小。然后，它解決了人與人，面對面和面對面的關(guān)聯(lián)問題。最后，記錄高分辨率面部以及相應(yīng)的人和軌跡。

2 基于嵌入式Linux環(huán)境下OpenCV人臉跟蹤系統(tǒng)

我們提出的系統(tǒng)有兩種模式，縮小模式和放大模式。我們從OpenCV攝像機(jī)接收圖像序列，并在這兩種模式之間切換，以便在遠(yuǎn)場場景中捕捉來自多個人的面部。

在縮小模式下，如果觀察對象的任務(wù)尚未開始，我們會從常規(guī)CCTV攝像機(jī)中檢測和跟蹤圖像序列中感興趣的對象。然后觸發(fā)攝像機(jī)調(diào)度模塊以確定調(diào)度并基于其狀態(tài)信息為每個對象分配資源。根據(jù)從攝像機(jī)調(diào)度獲得的有序列表，OpenCV攝像機(jī)通過加權(quán)循環(huán)方法依次更接近地查看每個對象。每當(dāng)我們回到縮小模式時，我們將當(dāng)前幀與存儲的列表相關(guān)聯(lián)，直到整個過程完成。

攝像機(jī)調(diào)度模塊。在從跟蹤中獲得每個對象的狀態(tài)信息之后，然后觸發(fā)相機(jī)調(diào)度模塊以確定調(diào)度并分配資源以觀察視圖中的每個對象。由于視野中的人數(shù)多于攝像機(jī)的數(shù)量，因此不希望攝像機(jī)在他/她整個停留在場景期間花費(fèi)所有資源僅觀察一個人而忽略所有其他人。這里，考慮加權(quán)循環(huán)方法。攝像機(jī)依次觀察每個對象，并將剩余的時間用于放大模式和縮小模式之間。

在放大模式下執(zhí)行面部檢測和關(guān)聯(lián)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

我們在實(shí)驗(yàn)中使用現(xiàn)成的索尼OpenCV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)SNC-RZ50N。該相機(jī)提供大范圍的平移角度（-170°→+170°），傾斜角度（-90°→+25°）和大變焦比（26倍光學(xué)）。接收640×480圖像的最大幀速率為30 fps。我們在室內(nèi)不受控制的場景中進(jìn)行了長達(dá)30米的實(shí)驗(yàn)。我們已將系統(tǒng)安裝在非合作科目走過的走廊中。挑戰(zhàn)在于每個受試者的觀察期很短，通常為5秒，這意味著放大操作必須快速進(jìn)行。

在連續(xù)運(yùn)行五個小時的過程中，我們的系統(tǒng)可以檢測并跟蹤47人。在跟蹤的47人中，有21人正朝著包含臉部圖像的相機(jī)移動。我們的系統(tǒng)成功捕獲了21個人的19個不同面孔。19個面與相應(yīng)的軌跡相關(guān)聯(lián)。選擇要放大的對象和面對關(guān)聯(lián)的過程，跟蹤多個人。人們的數(shù)字表示根據(jù)調(diào)度程序放大的順序。選擇放大的人用藍(lán)色矩形中突出顯示。被跟蹤的人和相關(guān)的面部分別用相同的顏色標(biāo)記。

在關(guān)聯(lián)模塊中，最佳分配由OpenCV算法解決。如果兩個檢測響應(yīng)之間的距離大于閾值，我們拒絕該分配。當(dāng)在放大模式中檢測到面部時，執(zhí)行面對面關(guān)聯(lián)。每當(dāng)相機(jī)縮放到廣域模式時執(zhí)行人對人關(guān)聯(lián)，而如果檢測到的臉部沒有與縮小模式中的任何人相關(guān)聯(lián)，則執(zhí)行面對面關(guān)聯(lián)。

采用多目標(biāo)跟蹤中的度量，對象純度和ID切換來驗(yàn)證關(guān)聯(lián)模塊的有效性。對象純度（OP）定義為檢測到的面部/人與模塊正確關(guān)聯(lián)的幀與包含面部/人的幀的總數(shù)的比率。ID開關(guān)（IDS）記錄面部/人員更改其ID的總次數(shù)。值越高，OP的性能越好;值越低，IDS的性能越好。結(jié)果總結(jié)在下表中。

4 結(jié)論

我們提出了一種新穎的實(shí)時系統(tǒng)，使用OpenCV攝像頭獲取高分辨率人臉。面部與相應(yīng)的人和軌跡相關(guān)聯(lián)。我們已經(jīng)在各種真實(shí)的室內(nèi)和室外場景中驗(yàn)證了我們的方法。使用OpenCV攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時物體檢測，跟蹤和關(guān)聯(lián)遠(yuǎn)未解決。我們絕不會聲稱在這里完全解決了它，還有許多工作要做，我們未來的工作將集中在改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)并將當(dāng)前系統(tǒng)擴(kuò)展到多個攝像機(jī)。

參考文獻(xiàn)：

[1]梁路宏，艾海舟.基于人臉檢測的人臉跟蹤算法[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2001，37（17）：42-45.

[2]胡一帆，胡友彬，李騫，等.基于視頻監(jiān)控的人臉檢測跟蹤識別系統(tǒng)研究[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用，2016，52（21）：1-7.

項(xiàng)目：陜西省教育廳專項(xiàng)科學(xué)研究計(jì)劃（基于Linux與OpenCV的教室人數(shù)檢測統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)研究18JK0933）