關于校園多攝像頭協同工作的運動目標跟蹤應用研究

摘? 要：通信技術的不斷進步，使得高速數據采集的數據傳輸成為可能。該系統將圖像處理技術、5G移動通信技術和跑步類APP相結合，通過高清攝像機跟拍運動場景，將運動信息實時傳輸至數據處理后臺，后臺通過AI平臺選擇相應算法模塊對數據信息進行分析和處理，用戶可以通過APP選擇感興趣的模塊進行體驗，同時還可以為用戶提供科學化的運動方案。

關鍵詞：目標跟蹤;信息分析和處理;智能算法

中圖分類號：TP391.41? ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）01-0079-03

Abstract：With the development of communication technology，the data transmission of high-speed data acquisition becomes possible. This system combines image processing technology，5G mobile communication technology and running APP，and transmits sports information to real-time transmission through high-definition cameras data processing background. The background selects the corresponding algorithm module for analysis and processing through the AI platform. The user can choose the module of interest to experience through the APP，and at the same time，it can provide users with a scientific exercise program.

Keywords：target tracking;information analysis and processing;intelligent algorithms

0? 引? 言

隨著科學技術的不斷發展和人類需求的多樣化，先進的現代化科技產品在生活中的重要作用越來越突顯。即將開展應用的5G技術，將促進社會產生重大的變革。特別是5G技術和圖像采集技術結合的應用，高清攝像頭的圖像采集在交通、醫療、農業、工業等各個行業已得到廣泛應用，受限于數據傳輸速率，在移動通信特別是移動終端的應用比較缺乏，隨著5G網絡的搭建和推廣，圖像采集和圖像傳輸在移動終端方面的應用將得到進一步的提升和擴大。

在這種背景下，將5G技術融入生活，實現5G應用創新已經成為當下的研究熱點。本課題研究的運動類APP，實現硬件應用創新應用，將高清圖像采集技術融入運動過程中，同時利用5G網絡高速率、低時延、多連接的特性，實現運動類APP的硬件支撐條件的改造，實現更準確、更科學的運動指導。

1? 研究現狀

目前在市場上存在多種運動類APP，跑步類APP可以根據用戶的體質、性別、年齡、個性等差異性條件提供科學化的運動方案，幫助用戶在線進行運動記錄、目標設置和監測，提供運動圈子，加速大眾健身的科學進程，滿足健身人群日益增長的多元化需求。它們通過手機終端自身攜帶的定位芯片或者通過佩戴相應的手環、手表等方式，將定位芯片內置在手環、手表內部，實現運動目標的跟蹤，通過調查研究，目前在市場上應用較多的運動類APP主要通過以下幾種方式獲取用戶運動數據。

第一、通過手機內置的全球定位芯片，測量定位芯片的相關參數，比如運動速度或者加速度等，實現目標的運動情況分析，來確定運動人員的數據分析，實現用戶跟蹤，同時為用戶提供相應的服務。

第二、通過手機終端和基站之間的關系，利用蜂窩移動通信系統中移動終端登記信息來確定用戶位置，隨著用戶移動軌跡的變化，用戶和基站之間信息傳遞時間發生變化，依次來估算用戶位置，實現用戶跟蹤和運動情況估算，然后為用戶提供相應的服務。

第三、通過智能手環或智能手表等內置的傳感器芯片，實現用戶脈搏、運動軌跡、運動速度等數據的監測，將分析之后的數據在移動終端或者其他終端上顯示，并為用戶提供相應的服務。

第一種和第二種方式需要運動目標在移動過程中將終端置于身上，而且在移動過程中存在測量數據誤差大，用戶測量數據基本一致，體驗內容同質化等不足，第三種方式雖能獲取較為全面的數據，但是也存在要求移動過程佩戴測量設備，而且附加的測量設備會帶來成本等問題。

2? 系統實現方案

本系統結合虛擬現實增強技術、5G技術的應用、大數據算法的成熟、人工智能產品的推廣等具有普及性應用特點的先進技術，從用戶角度出發，在用戶應用終端上不增加外圍設備的基礎上，實現硬件創新，滿足人們高質量、多層次的運動數據需求，實現運動類APP應用的硬件創新。

2.1? 系統原理

本系統實現結構如圖1所示，用戶首先通過相應APP進行注冊、登記，在運動過程中，通過對隨身攜帶的手機進行定位確定用戶位置，同時將用戶的運動位置上傳到系統信息管理中心，在用戶運動過程中，判斷運動目標所處區域，若目標進入攝像頭監視區域，系統中心告知相應攝像頭，對運動目標進行跟蹤，同時將運動目標拍攝信息上傳到系統中心。

系統后臺調用相應處理模塊，對圖像中的人物進行檢測、分割、識別等一系列操作，實現用戶的實時位置跟蹤和用戶行為分析。當用戶即將進入下一個攝像頭工作區域時，調用另一個攝像頭采集的相關數據。因為在運動過程中，實現的是不同攝像頭采集圖像的調用，所以要對攝像頭管轄區進行映射劃分，避免攝像頭覆蓋重疊時調用數據混淆，借助安裝在不同區域的攝像頭，整個過程對人員進行連續無縫的跟蹤。同時將采集的數據同云計算、大數據等技術相結合，將運動目標歷史數據進行云存儲，對運動目標一定時間范圍內的數據進行分析，將分析結果反饋給用戶，實現更為全面、精確的數據追蹤和更科學的健身指導。

2.2? 系統工作流程

系統工作流程如圖2所示。

結合當下定位技術，對運動目標實現跟蹤，通過移動終端定位，檢測到運動目標進入攝像頭檢測區域時，可以告知運動目標，將對其運動行為進行詳細分析，讓其選擇感興趣部分，在運動過程中，利用攝像頭之間的相互配合，保證對運動人員的無縫跟蹤，同時將采集的數據通過移動網絡傳輸至數據中心，在數據中心對目標進行分割、提取，對運動過程中產生的行為進行分析，根據用戶選擇的模塊調用相應的算法，最后將分析結果下發給APP用戶，針對用戶運動過程中一些不科學的運動行為提出建議，并將不科學的典型圖片下發給用戶，同時提供運動中可以參考的模板和推送相應的線上教程等。

2.3? 信息共享平臺

為保證歷史運動數據可追溯，本系統利用云平臺上存儲的用戶數據作為數據分析的依據，其系統結構如圖3所示。

該平臺利用云服務實現用戶和用戶之間的數據共享，同時給用戶提供個性化的服務，借助該平臺可以實現用戶位置共享、提供社會服務，而且可以根據用戶運動情況和瀏覽情況推銷企業產品。

除此之外，通過云平臺和數據分析可以提供“約跑”功能，在一定程度上實現了“跑步交友”，即通過查找附近的人，或是相同運動軌跡的人的方式，與更多的愛好跑步的人建立聯系，共同運動。當下，以“跑步+互聯網”形式出現的各類社交軟件的出現，其功能不僅僅局限于一些線下的跑步，可拓展其他方面的應用。

2.4? 系統特點

該系統應用5G網絡技術，利用5G低時延、高速率的特點，同時結合高清圖像采集技術，利用成熟的目標檢測算法、目標分割算法和目標識別算法，實現對目標全方位的跟蹤分析。因此該系統采集的數據具有有效性，具備專業規范的指導訓練，而且該系統適用于較多運動場景，基于該硬件條件可開發其他類的運動信息處理模塊，具有廣闊的應用前景。

3? 結? 論

本系統通過多攝像頭協同工作，對特定區域的運動目標進行更全面的數據采集和數據分析，為運動目標提供更加科學化的運動行為建議。將用戶跑步數據通過智能設備回傳給用戶，指導用戶改善健身方案，設置飲食建議、運動計劃、塑形瑜伽、體態糾正等課程。同時也可以增加比拼步數、體側及日常相關比賽的數據分析，也可對運動區域異常行為進行監視，還可以推送對身體運動損害比較大的訓練信息提醒。

同時該系統還以拍攝的方式記錄和全程監督用戶的訓練，在APP上提供一個可靠的平臺，即能夠保證用戶與專業教練員交流和探討的平臺，用戶將存儲在云端的訓練記錄和視頻轉發給專業教練員，與教練員進行簡單的探討和分析后，提一些改進方法和技巧，加深用戶對專項運動的理解，提高專項運動效果。該系統也可架設在校園運動場，學校每學期的400米、800米、1000米等體測成績可以通過此平臺實現自動化統計和輸出。

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作者簡介：白亮亮（1990-），男，漢族，甘肅天水人，講師，碩士研究生，研究方向：信息采集與處理。