基于圖像處理的目標跟蹤系統(tǒng)設計

[摘 要]：為了獲得實時的用于機動目標跟蹤的圖像，設計了一種基于camshit算法與當前統(tǒng)計模型的云臺控制系統(tǒng)。系統(tǒng)根據攝像機獲取的圖片，利用camshift算法識別跟蹤圖像中的目標，并獲取目標的尺寸與位置信息?；诋斍敖y(tǒng)計模型，估計目標的運動軌跡以控制云臺的轉動，使目標始終處在獲取圖片的中心位置。系統(tǒng)運行結果表明，當運動目標速度在要求的范圍內時，能夠實現實時跟蹤。

[關鍵詞]：云臺控制 圖像跟蹤 Camshift 算法

隨著社會的發(fā)展和自動化程度的提高，數字化視頻監(jiān)控與跟蹤已得到廣泛應用，而基于PC的跟蹤軟件已成為智能跟蹤算法研究與應用的有效方式之一。本文研究的就是一種基于圖像處理的智能監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)運用OpenCV 開源計算機視覺庫，提出了一種改進的當前統(tǒng)計模型，并利用camshift算法，在VC+ + 6. 0 平臺上開發(fā)實現。在實驗室，該系統(tǒng)通過攝像頭模擬監(jiān)控，能夠實現對視頻流的目標的檢測和對象跟蹤。

1.系統(tǒng)與原理

硬件組成：跟蹤系統(tǒng)的硬件主要包括五個部分：攝像頭，云臺，以太網，PC機，電源適配器。攝像頭分辨率為；云臺的通訊接口為1個10M自適應以太網口，并采用ARM微處理器；電源：交流12V。

圖1 系統(tǒng)總體結構圖

該系統(tǒng)使用camshift算法[1～ 2]，CamShift 的算法流程如圖1 所示。首先選擇初始搜索窗口，使窗口恰好包含整個跟蹤目標，然后對窗口中每個像素的H 通道上的值采樣，從而得到目標的色調（Hue）直方圖，將該直方圖保存下來作為目標的顏色直方圖模型。在跟蹤過程中，對視頻圖像處理區(qū)域中的每一個像素，通過查詢目標的顏色直方圖模型，可以得到該像素為目標像素的概率，圖像處理區(qū)域之外的其他區(qū)域作為概率為0 的區(qū)域。

圖2 CamShift 算法流程

2.系統(tǒng)的軟件設計

該系統(tǒng)采用VC++的MFC進行編程。軟件設計主要包括三個部分：提取圖片獲取跟蹤目標，根據獲得的目標的坐標信息預估目標下一步的位置信息，控制云臺跟隨目標轉動。

圖3 程序流程圖

3.軟件界面及跟蹤結果

3.1 軟件的設計界面

圖4 軟件界面

3.2 跟蹤結果：

圖5 圖6

圖5，圖6，圖7，圖8是目標在1秒的時間內進行機動運動時，攝像頭獲得的跟蹤圖片。紅色圓圈代表camshift算法跟蹤的結果，由上述圖片可以看出，攝像頭始終將目標放在圖片的中心位置。由于在camshift算法中加入了當前統(tǒng)計模型進行軌跡預測，因此比單純的采用camshift算法跟蹤效果更好。經過多次重復試驗表明：當目標在范圍內進行運動時，云臺能夠不斷的進行轉動使目標始終處在獲取圖片的中心，從而使攝像頭能夠準確的跟蹤對準運動目標。

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