基于Processing的移動物體追蹤定位

張 雯,白文樂,李浩進

北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院

基于Processing的移動物體追蹤定位

張 雯,白文樂,李浩進

北方工業(yè)大學(xué)電子信息工程學(xué)院

本文主要介紹了利用Processing互動媒體制作軟件結(jié)合攝像頭、實現(xiàn)了一種對于移動物體追蹤定位的方法，系統(tǒng)通過攝像頭監(jiān)控前方區(qū)域，設(shè)計人機交互界面，實時顯示攝像頭采集到的圖像，在Processing中根據(jù)彩色圖像RGB分量值的變化通過背景相減法來追蹤物體，并且通過確定該物體在攝像頭區(qū)域中的坐標，實現(xiàn)對移動物體的追蹤定位。

實時監(jiān)控；移動物體；追蹤定位；背景相減

移動物體的追蹤定位技術(shù)指在多媒體文件中追蹤人或物體的移動軌跡并且在一定范圍確認他們的位置，可以通過硬件方法來實現(xiàn)，也可以通過計算機軟件技術(shù)為基礎(chǔ)，以編程語言，圖像處理技術(shù)，結(jié)合攝像頭等設(shè)備來實現(xiàn)，通過追蹤移動物體的軌跡并且實現(xiàn)定位在現(xiàn)實生活中有諸多的應(yīng)用。近年來，多媒體視頻圖像處理進行追蹤移動物體的技術(shù)已經(jīng)成為計算機視覺和計算機圖像處理領(lǐng)域中備受關(guān)注的研究方向，同時，對于移動物體的追蹤定位技術(shù)在安防系統(tǒng)，監(jiān)控系統(tǒng)，交通方面有廣泛的用用前景。

1.原理介紹

本文介紹的基于Processing移動物體追蹤定位系統(tǒng)，用90度廣角攝像頭連接到計算機監(jiān)控前方區(qū)域，通過Processing建立人機交互界面，顯示攝像頭采集到的圖像，并且建立可以選擇多種控制模式(自動，手動，外界控制器)的控制面板，運行系統(tǒng)之后便可以立即識別當前圖像為背景，當有移動物體進入攝像頭監(jiān)控的區(qū)域，造成圖像中RGB彩色分量發(fā)生變化，Processing繪制十字線跟隨移動物體的軌跡，同時繪制移動物體位置變化范圍框，通過串口輸出移動物體在320*240大小的圖像框中的相對坐標值作為該物體的位置。

RGB彩色圖像。一幅彩色圖像的每個像素值中，有R，G，B三個基色分量，每個基色分量直接決定顯示設(shè)備的基色強度，這樣產(chǎn)生的彩色稱為真彩色。例如用RGB 5∶5∶5表示的彩色圖像，R，G，B各用5位，用R，G，B分量大小的值直接確定三個基色的強度，這樣得到的彩色是真實的原圖彩色RGB真彩色圖像的三色刺激值滿足如下公式:

X=0.490R+0.310G+0.200B；

Y=0.177R+0.812G+0.011B；

Z=0.010G+0.990B。

2.Processing處理過程

2.1 Processing處理過程中主要借助于圖像RGB分量值的變化通過背景相減法實現(xiàn)移動物體的追蹤定位。

2.1.1 圖像預(yù)處理

對采集到的圖像先期進行相應(yīng)的增強處理，抑制不需要的成分，增強感興趣的部分，主要包括圖像濾波，噪聲的均衡，偽彩色處理。

2.1.2 移動物體檢測追蹤

移動物體進入到攝像頭監(jiān)控區(qū)域中，引起圖像的RGB分量值變化，Processing利用背景相減的方法，將運動物體從背景中分離出來，同時根據(jù)運動物體的位置變化實時繪制目標框和十字交線，通過串口輸出目標在監(jiān)控區(qū)域中的相對坐標值實現(xiàn)定位。

2.2 移動物體追蹤方法

2.2.1 背景相減法

背景相減法又名背景差分法利用攝像頭監(jiān)控前方區(qū)域，系統(tǒng)選取靜止的圖像作為背景模型，為背景圖像的每個像素點建立統(tǒng)計建模，不間斷的比對背景圖像與每幀圖像的差別，計算出一定的閾值Threshold條件下運動幀圖像相比于背景圖亮度變化較大的像素點，確定出RGB變化的區(qū)域，同時認定變化的區(qū)域為移動物體當前所在的位置。在基于背景相減法方法的移動物體檢測中，背景圖像的建模和模擬的準確程度，直接影響到檢測的效果。不論任何移動目標檢測算法，都要盡可能的滿足任何圖像場景的處理要求，但是由于場景的復(fù)雜性、不可預(yù)知性、以及各種環(huán)境干擾和噪聲的存在，如光照的突然變化、實際背景圖像中有些物體的波動、攝像機的抖動、運動物體進出場景對原場景的影響等，使得背景的建模和模擬變得比較困難。

2.2.2 時間差分法

時間差分法又名相鄰幀差法，在連續(xù)的幀圖像中兩個或三個幀間采用基于像素的時間差分通過閾值化處理之后追蹤圖像中的運動區(qū)域達到追蹤移動物體的效果。

3.移動物體追蹤定位的難點

目前對于移動物體的追蹤定位的研究難點在于移動物體經(jīng)過復(fù)雜背景時的追蹤、高速移動的物體的追蹤、同時出現(xiàn)多個移動物體時的追蹤、前景與背景相似度極高情況下的追蹤，目標出現(xiàn)重疊時的追蹤，以及當周圍環(huán)境的光強等變化時的追蹤。

4.移動物體追蹤定位的應(yīng)用

4.1 在智能交通監(jiān)控系統(tǒng)中，例如對于不允許停車的地方，通過移動物體的追蹤定位技術(shù)輔以報警裝置可以及時的發(fā)現(xiàn)并采取措施確保交通暢通。

4.2 在軍事領(lǐng)域，移動物體追蹤定位技術(shù)可以用于導(dǎo)彈的信號引導(dǎo)，以及對于要打擊的目標的識別追蹤。

[1]連秀林.自主移動機器人視覺導(dǎo)航研究[D].北京:北京交通大學(xué)，2006.

[2]劉相濱,向堅持,王勝春.人行為識別與理解研究探討[J].計算機與現(xiàn)代化，2004(12)

[3]于海濱.基于頭部特征提取的人體檢測與跟蹤及其應(yīng)用[D].浙江大學(xué)，2007

[4]王柱.復(fù)雜背景下動態(tài)目標的檢測與跟蹤[D].昆明理工大學(xué)，2007

[5]賈昔玲.復(fù)雜背景下基于序列圖像的人體識別與跟蹤[D].西華大學(xué)，2007

1.人才培養(yǎng)質(zhì)量建設(shè)-雙培計劃新興專業(yè)建設(shè)（中央資金）-電子信息類新專業(yè)建設(shè)(16015)；2.人才培養(yǎng)質(zhì)量建設(shè)-專業(yè)建設(shè)-北京高校專業(yè)群建設(shè)(市級)(16009)；3.北方工業(yè)大學(xué)實驗室建設(shè)-通信工廠創(chuàng)新實踐基地(XN009)。