專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于粒子濾波的ptz自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法。
背景技術(shù)：
PTZ攝像機(jī)具有速度快精度高，監(jiān)控范圍大的優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)今監(jiān)控領(lǐng)域中最為普遍使用的監(jiān)控前端設(shè)備之一。智能PTZ自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)具有目標(biāo)分析功能，并配有高分辨率攝像機(jī)、大倍率光學(xué)變焦鏡頭和高轉(zhuǎn)速云臺(tái)，可以快速、準(zhǔn)確的自動(dòng)捕捉到可疑目標(biāo)。通過(guò)設(shè)置預(yù)置位，智能PTZ自動(dòng)跟蹤監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)預(yù)置位掃描、自動(dòng)巡航等功能。但這種只是盲目的掃描巡航，未能實(shí)時(shí)捕獲目標(biāo)的狀態(tài)，因此并未實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)跟蹤。因此需提出一種云臺(tái)自動(dòng)跟蹤控制技術(shù)，當(dāng)云臺(tái)具備目標(biāo)自動(dòng)跟蹤功能時(shí)，可根據(jù)目標(biāo)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)信息控制云臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，為監(jiān)控人員提供更有價(jià)值的監(jiān)控信息。
基于PTZ的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)主要分為兩大部分一是根據(jù)視頻圖像獲取目標(biāo)信息， 即目標(biāo)檢測(cè)，另一部分就是匹配目標(biāo)，即目標(biāo)跟蹤，并利用跟蹤信息控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。目前， 許多盡管有很多成熟的目標(biāo)檢測(cè)和跟蹤的算法，但能夠直接用于運(yùn)動(dòng)的球機(jī)很少。由于攝像頭的轉(zhuǎn)動(dòng)，傳統(tǒng)的背景建模法已經(jīng)不能使用，基于檢測(cè)結(jié)果的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤也不能使用。 系統(tǒng)中的另一個(gè)重要問(wèn)題就是PTZ的控制，不同的伺服控制系統(tǒng)對(duì)控制命令的響應(yīng)速度和準(zhǔn)確度存在差別，一旦控制設(shè)備對(duì)控制命令的響應(yīng)沒(méi)有達(dá)到需求就可能導(dǎo)致目標(biāo)在圖像中丟失，圖像分析算法就將失去作用，這樣也必然導(dǎo)致跟蹤的失敗。因而基于PTZ的自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的性能與目標(biāo)檢測(cè)、目標(biāo)跟蹤、PTZ控制緊密相連。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，以實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)自動(dòng)鎖定運(yùn) 動(dòng)目標(biāo)并進(jìn)行視覺(jué)導(dǎo)向的自動(dòng)跟蹤。
為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明先在預(yù)置位進(jìn)行手動(dòng)框選運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或利用視覺(jué)一致性算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)，利用經(jīng)典粒子濾波進(jìn)行目標(biāo)位置的匹配跟蹤，最后根據(jù)目標(biāo)的位置和大小發(fā)送控制命令對(duì)攝像機(jī)的位置和焦距進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)跟蹤失敗后，自動(dòng)跳回到預(yù)置位，進(jìn)行下一輪的檢測(cè)。
所述粒子濾波，用于尋找一組在狀態(tài)空間中傳播的隨機(jī)樣本對(duì)概率密度函數(shù)進(jìn)行近似，以樣本均值代替積分運(yùn)算，從而獲得狀態(tài)最小方差估計(jì)的過(guò)程。在本方法中，用于跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
本發(fā)明還提供一種PTZ控制的策略，包括根據(jù)目標(biāo)的跟蹤位置，計(jì)算目標(biāo)離圖像中心點(diǎn)的距離，若距離大于設(shè)定的閾值，則發(fā)PTZ移動(dòng)及偏移的命令；當(dāng)目標(biāo)的大小占整幅圖像的比例小于設(shè)定的閾值，則發(fā)出焦距控制命令。所有的命令都是只讓攝像頭運(yùn)動(dòng)一小段，即實(shí)現(xiàn)的是間歇性的控制。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單的介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發(fā)明實(shí)施例一中PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明實(shí)施例一中基于粒子濾波跟蹤流程示意圖3為本發(fā)明實(shí)施例一中云臺(tái)控制流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
實(shí)施例一，參見(jiàn)圖1，圖2，圖3。
上述系統(tǒng)的工作過(guò)程參見(jiàn)圖1，具體包括以下步驟
步驟一、選取待跟蹤的目標(biāo)，可以采用手動(dòng)模式，也可以采用自動(dòng)模式。
步驟二、利用基于經(jīng)典粒子濾波的方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)進(jìn)行跟蹤，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置。
步驟三、判斷運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與圖像中心點(diǎn)的距離，對(duì)云臺(tái)進(jìn)行控制。當(dāng)目標(biāo)消失或跟蹤失敗時(shí)，跳到預(yù)置點(diǎn)，進(jìn)行下一次的檢測(cè)。
所述基于經(jīng)典粒子濾波的跟蹤方法，具體包括以下步驟
步驟1、初始化取k = O,按p(xQ)抽取N個(gè)樣本點(diǎn)·i = I, ...,N
權(quán)利要求
1.一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，其特征在于，包括以下步驟 第一步根據(jù)監(jiān)控場(chǎng)合的需要，選取合適的預(yù)置位，在預(yù)置位上手動(dòng)框選待跟蹤目標(biāo)，或利用基于視覺(jué)一致性的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法，自動(dòng)檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)；第二步利用經(jīng)典的粒子濾波方法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)位置的匹配跟蹤；第三步對(duì)目標(biāo)的位置和大小進(jìn)行分析，若目標(biāo)的位置超出設(shè)定的區(qū)域，則發(fā)出攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)的命令；若目標(biāo)大小小于設(shè)定的閾值，則發(fā)出調(diào)整焦距的命令；第四步若目標(biāo)超出攝像機(jī)的捕捉范圍或跟蹤失敗，則跳到預(yù)置位，并返回第一步，否則返回第二步進(jìn)行下一次的跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，其特征在于， 第一步所述的手動(dòng)框選運(yùn)動(dòng)目標(biāo)屬于手動(dòng)模式，利用基于視覺(jué)一致性的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法屬于自動(dòng)模式，當(dāng)檢測(cè)出多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，選擇面積最大的作為待跟蹤目標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，其特征在于， 第二步所述的經(jīng)典粒子濾波是一種基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)前向模型利用獎(jiǎng)懲機(jī)制估計(jì)狀態(tài)值的一種方法，可用于非線(xiàn)性系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，其特征在于， 第三步所述的攝像頭平移和偏轉(zhuǎn)控制命令，是由目標(biāo)的位置到鏡頭中心點(diǎn)的距離決定的， 焦距控制命令是由目標(biāo)的大小占整幅圖像的比例決定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，其特征在于， 第四步所述的，若目標(biāo)超出攝像機(jī)的捕捉范圍或跟蹤失敗，則跳到預(yù)置位，是為了防止跟蹤的失敗造成攝像機(jī)處于不能正常工作的狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于粒子濾波的PTZ自動(dòng)跟蹤目標(biāo)的方法，包括以下步驟運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，目標(biāo)跟蹤，云臺(tái)控制，可實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)自動(dòng)鎖定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并進(jìn)行視覺(jué)導(dǎo)向的自動(dòng)跟蹤，彌補(bǔ)固定攝像機(jī)監(jiān)控視野狹窄的缺點(diǎn)。首先在預(yù)置位進(jìn)行手動(dòng)框選運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或利用視覺(jué)一致性算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)檢測(cè)，利用經(jīng)典粒子濾波進(jìn)行目標(biāo)位置的匹配跟蹤，最后根據(jù)目標(biāo)的位置和大小發(fā)送控制命令對(duì)攝像機(jī)的位置和焦距進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)跟蹤失敗后，自動(dòng)跳回到預(yù)置位，進(jìn)行下一輪的檢測(cè)。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，實(shí)現(xiàn)了攝像機(jī)對(duì)目標(biāo)的自動(dòng)跟蹤功能，保證了目標(biāo)始終處于鏡頭的中間位置，為監(jiān)控人員帶來(lái)了便利。
文檔編號(hào)H04N5/14GK103024344SQ20111028249
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月20日
發(fā)明者趙剛, 張少文, 馮琰一 申請(qǐng)人:佳都新太科技股份有限公司