計算機(jī)智能視頻監(jiān)控之目標(biāo)跟蹤的探索與研究

計算機(jī)智能視頻監(jiān)控之目的跟蹤的探究與研究計算機(jī)智能視頻監(jiān)控之目的跟蹤的探究與研究1概述在人類的活動所涉及的各種信息中，以視覺信息所占是比重最大。人類主要依靠視覺系統(tǒng)來形成記憶。計算機(jī)視覺系統(tǒng)便是模擬人類視覺系統(tǒng)的某些功能，用攝像機(jī)和電腦代替人眼對目的進(jìn)展識別、跟蹤、測量，實現(xiàn)計算機(jī)對三維景物世界的理解。計算機(jī)視覺是計算機(jī)科學(xué)和人工智能的一個分支，目前既是工程領(lǐng)域也是科學(xué)領(lǐng)域里一個極富有挑戰(zhàn)性的研究工程，它的實現(xiàn)，將給相關(guān)重要應(yīng)用領(lǐng)域，如制造業(yè)、醫(yī)療診斷、檢驗以及軍事領(lǐng)域中的智能、自主系統(tǒng)等，帶來質(zhì)的改變。近三十年來，計算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)獲得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)展，它的宏大應(yīng)用前景將使得這種開展勢頭繼續(xù)保持相當(dāng)長的時期。計算機(jī)視覺是通過運(yùn)用各種成像系統(tǒng)代替人的視覺器官實現(xiàn)成像輸入的，再由計算機(jī)來代替大腦完成對視頻圖像的分析和處理。目前有兩種技術(shù)途徑可以實現(xiàn)計算機(jī)的智能視覺效果，一個是仿生學(xué)方法，另一本文由論文聯(lián)盟.Ll.搜集整理個是工程方法。仿生學(xué)是從分析人類視覺入手，通過對人類視覺成因原理的理解，參考人類視覺建立一個計算模型，用計算機(jī)系統(tǒng)將所有的過程和結(jié)果一一重現(xiàn)。由于這種技術(shù)方法目前還有許多難題需要破解，進(jìn)展非常緩慢，因此更多的考慮采用工程方法。工程方法脫離了人類視覺系統(tǒng)的種種條框，從另一個角度尋找各種可行的技術(shù)方法實現(xiàn)計算機(jī)的視覺功能。對于人類來講，視覺系統(tǒng)雖然是獲取信息的途徑中占比最大的，但是，其他獲取信息的通道也是必不可少的。在人類的智能系統(tǒng)中，感知行為是通過各個通道分別獲取信息，然后聚集起來，使人類獲得一個全面的感知。每個通道所獲取的信息對于事物的理解或許是不全面的，但是，將所有的信息通道所獲取的信息進(jìn)展總和后卻是可以得到一個相對完好的認(rèn)識的。以前所研究的比擬初級的人工智能系統(tǒng)就犯了以偏概全的缺點(diǎn)，希望通過獨(dú)立運(yùn)行一個完美的功能子系統(tǒng)就能獲取所有的信息。為了到達(dá)這樣一個目的，不得不去人為施加種種約束條件，或者造一些脫離實際的理想數(shù)據(jù)，結(jié)果可想而知。我們在研究計算機(jī)視覺系統(tǒng)的可行性方法的時候，也要認(rèn)識到計算機(jī)視覺只是人工智能的一局部，它的功能是不可以孤立實現(xiàn)的，必須結(jié)合不同的應(yīng)用背景，與不同的感知通道互相配合，綜合到達(dá)智能視覺監(jiān)控系統(tǒng)的目的。例如，計算機(jī)視覺系統(tǒng)運(yùn)用在通信中，應(yīng)與語言通道想配合；在發(fā)現(xiàn)和跟蹤目的的應(yīng)用中就要注意和激光和超聲波等非視覺技術(shù)配合等。目前，關(guān)于計算機(jī)視覺的理論還不是太完善，但是相關(guān)的應(yīng)用已經(jīng)先行一步，該文對計算機(jī)視覺系統(tǒng)方面的實際運(yùn)用方面進(jìn)展了研究。2計算機(jī)智能視頻安康概述2.1計算機(jī)智能視頻監(jiān)控研究現(xiàn)狀計算機(jī)視頻監(jiān)控是通過計算機(jī)視覺和圖像處理來完成對目的的一系列監(jiān)控目的，比方運(yùn)動檢測、運(yùn)動目的跟蹤、目的分類以及目的行為的描繪與理解等。將這些監(jiān)控目的進(jìn)一步劃分，其中運(yùn)動目的的類與跟蹤、運(yùn)動檢測是近年來視頻監(jiān)控領(lǐng)域里研究較多的工程，也是屬于視覺處理中低級和中級的局部；而高級局部是行為的描繪和理解，這也是業(yè)內(nèi)近年來較多受到關(guān)注的研究熱點(diǎn)，它代表了監(jiān)控行業(yè)將來的開展方向，也是信息產(chǎn)業(yè)的將來開展趨勢。由于它宏大的應(yīng)用前景，產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界和各級管理部門都對它給予了高度重視，其中蘊(yùn)藏著的宏大商機(jī)和所帶來的經(jīng)濟(jì)效益更為人們津津樂道。人們可以運(yùn)用計算機(jī)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對拍錄到的圖像序列進(jìn)展自動分析，它特有的計算機(jī)視覺和視頻分析技術(shù)可以自動完成這個過程，不需要人為進(jìn)展過多干預(yù)。這樣，就可以在很大程度上解決他們正在做什么、他們將會做什么的問題，而后，人們通過進(jìn)一步的決策推理過程對我們可以采取什么問題的疑問給出答案。目前，社會上發(fā)起的平安城市等大型工程已經(jīng)給智能視覺系統(tǒng)的應(yīng)用提供了可供借鑒的方向，同時，還可以擴(kuò)展到人流量統(tǒng)計、監(jiān)控偷油行為、入侵行為等，這些需要用到智能識別系統(tǒng)的工程都使得人們逐漸對計算機(jī)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)重視起來。2.2計算機(jī)智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)與運(yùn)動目的檢測技術(shù)目的的運(yùn)動檢測是一項相當(dāng)困難的工作，這是因為背景圖像中往往還存在一些動態(tài)變化的影響，如影子、光照、遮擋、混亂干擾以及天氣等。這些因素的干擾使得人們很難將運(yùn)動變化的區(qū)域從背景圖像中提取出來。直接影響了對目的的分類、跟蹤和行為理解等后期處理。目前，常用了運(yùn)動目的檢測技術(shù)有背景減除、時間差分、Rsenblu等。2.3計算機(jī)智能視頻監(jiān)控與運(yùn)動目的跟蹤技術(shù)2.3.1運(yùn)動分割動態(tài)環(huán)境中捕捉到的運(yùn)動目的圖像大多受到各種不確定因素的影響，如影子、物體之間或者與環(huán)境之間的遮擋、攝像機(jī)的運(yùn)動、光照條件的變化等，這些都給準(zhǔn)確有效的運(yùn)動分割帶來困難。但是，快速準(zhǔn)確的運(yùn)動分割是一個相當(dāng)重要的環(huán)節(jié)。就拿影子的干擾來說，假設(shè)是影子與與檢測目的別離，容易引起誤會，將影子誤認(rèn)為是場景中的目的；假設(shè)是影子與目的相連，那么會扭曲了目的的形狀，使得基于形狀的目的識別方法不再可靠。目前主要采用的是背景減除法，這種方法的適用范圍有限。人們目前還沒有找到對于任何復(fù)雜環(huán)境中的動態(tài)變化均有適應(yīng)性的處理模型。研究者們試著運(yùn)用時空統(tǒng)計的方法構(gòu)建自適應(yīng)的背景模型，也許對于那些不受限于環(huán)境的運(yùn)動分割而言是個好方法。2.3.2目的跟蹤的分類2.3.2.1根據(jù)目的跟蹤與目的檢測的時間關(guān)系可分為三類一是先檢測后跟蹤，而是先跟蹤后檢測，三是邊檢測邊跟蹤。2.3.2.2根據(jù)目的跟蹤的所采取的策略來分，有3Ｄ和2Ｄ兩種3D的方法是在一個由基于坐標(biāo)系構(gòu)筑的三維立體世界內(nèi)進(jìn)目的進(jìn)展跟蹤，2D那么是在一個二維平面內(nèi)對目的進(jìn)展鎖定跟蹤。2D的方法所需處理的數(shù)據(jù)較少，跟蹤操作速度較快，但是，對于遮擋問題無能為力。2.3.3跟蹤方法細(xì)分2.3.3.1基于特征的跟蹤方法不管是剛體運(yùn)動還是非剛體運(yùn)動，在一序列圖像中，相鄰的兩幀圖像中，由于采樣時間間隔非常短，在視覺上差異微小，可以認(rèn)為是這些個體特征在形式上具有平滑性。2.3.3.2基于主動輪廓的跟蹤方法用參數(shù)表示輪廓線，運(yùn)用目的的邊緣特征提供運(yùn)動方式、物體形狀之外的其他目的信息。2.3.3.3基于運(yùn)動估計的跟蹤方法運(yùn)用運(yùn)動估計技術(shù)對目的進(jìn)展分割和跟蹤是一種常用的做法。2.4圖像標(biāo)定由目的在圖像坐標(biāo)系下的坐標(biāo)來求得在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，稱之為圖像標(biāo)定。通常是根據(jù)攝像機(jī)的內(nèi)外參數(shù)來實現(xiàn)的，簡稱為攝像機(jī)標(biāo)定。這種方法中，需要注意的是攝像機(jī)所得到的圖像投影容易受到幾何形變的影響，這樣在建模的時候，導(dǎo)致精度不夠。像平面與所拍攝的物平面上的兩條平行線，在圖像上就可能是兩條相交的直線。一個勻速運(yùn)動人，想要在圖像坐標(biāo)系下計算出其速度。但是，在近間隔拍攝時，測得的速度快，遠(yuǎn)間隔拍攝的時候，測出的速度慢。在進(jìn)展目的跟蹤之前，對目的進(jìn)展良好的圖像標(biāo)定，可以使目的的動態(tài)特性建模效果更加準(zhǔn)確。2.5計算機(jī)智能視頻監(jiān)控技術(shù)難點(diǎn)數(shù)字化、智能化是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的將來開展趨勢。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)系統(tǒng)智能化還需面對許多問題，這些問題大多源于計算機(jī)視覺技術(shù)方面。2.5.1從實際情況來看視頻監(jiān)控系統(tǒng)需要面對一個非常復(fù)雜且不斷變化的應(yīng)用環(huán)境，這給計算機(jī)視覺技術(shù)的應(yīng)用帶來了更高的要求，要求可以自動、連續(xù)地工作，才能將目的從復(fù)雜環(huán)境下的別離、構(gòu)造出來，從而進(jìn)一步完成其他分析工作。2.5.2其次，運(yùn)動目的本身具有多樣性的特征如何使這些目的擺脫客觀環(huán)境的限制，將目的的變化區(qū)域從背景圖像中提取出來，從而目的進(jìn)展運(yùn)動分析、分類，尤其是對非剛性目的運(yùn)動進(jìn)展跟蹤、行為理解還是相當(dāng)困難的，這也是智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域里近年來研究的重點(diǎn)。2.5.3假設(shè)是監(jiān)控的范圍擴(kuò)大，就需要大量的攝像機(jī)進(jìn)展協(xié)同工作但是，實現(xiàn)多臺攝像機(jī)對運(yùn)動目的連續(xù)、一致的視覺分析還非容易之事。2.5.4目前該領(lǐng)域內(nèi)還產(chǎn)生了建立視頻數(shù)據(jù)庫的想法系統(tǒng)通過這樣的方法實現(xiàn)海量視頻信息的存儲、檢索和查詢，這方面也是近年來研究的熱點(diǎn)，目前還處于起步階段。間隔視頻監(jiān)控系統(tǒng)的智能化目的還有相當(dāng)長的路要走。2.6計算機(jī)智能視頻監(jiān)控應(yīng)用前景展望2.6.1人數(shù)統(tǒng)計在許多人流量大的地方都有人流量統(tǒng)計的需求，如火車站、廣場等。這時候目的以人頭為根本計算單位，對人頭的檢測和跟蹤是主要技術(shù)要求。實際上這種檢測輪廓非常重要。2.6.2車流量統(tǒng)計在許多路口，交通部門對車流量也需要有個大概統(tǒng)計，許多地方的車流量可以通過其他檢測手段檢測，視頻圖像是最快和較為準(zhǔn)確的一種方式。2.6.3遺留物檢測自911事件發(fā)生以來，全球?qū)τ诠财桨驳囊庾R日益重視，各國紛紛采取多種措施防范恐懼主義襲擊，例如加強(qiáng)出入口管制、隨身行李檢查、增加警備人員數(shù)目、追蹤可疑人士的行徑等。其中，監(jiān)控系統(tǒng)扮演了非常重要的角色，特別是在車站、機(jī)嘗大型商場等人口密集的地區(qū)，一旦發(fā)生炸彈引爆等惡意襲擊事件，后果不堪設(shè)想。為了及早防范，監(jiān)控系統(tǒng)需要采用具備遺留物偵測的智能分析系統(tǒng)，對可疑滯留物品實行及時通報和處理。另外，遺留物偵測也可以用來解決自動提款機(jī)〔AT〕的平安問題。部份不法份子會在AT加設(shè)卡片閱讀機(jī)或貼上誤導(dǎo)性信息，到達(dá)騙取錢財?shù)哪康?，設(shè)置遺留物偵測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)這些非法架設(shè)的物品。遺留物偵測還可以用于偵測遺規(guī)泊車的情形，結(jié)合車牌辨識系統(tǒng)更可到達(dá)全自動的智能化執(zhí)法。一旦發(fā)現(xiàn)制止停車區(qū)域有車輛停留，便會觸發(fā)遺留物警報訊號，并啟動車牌辨識器記錄違規(guī)停泊車輛的車牌號碼，大大降低交通執(zhí)法人員的工作量和運(yùn)作本錢。2.6.4遺失物檢測在博物館或公共展覽廳貴重物品失竊的情形時有發(fā)生，單純依靠錄像做事后處理的消極性做法往往不能解決問題，假如在物品遭竊的瞬間就能馬上發(fā)現(xiàn)對于防范事件有相當(dāng)重要的作用。遺失物偵測的作用是可以偵測到畫面上物品被移走或是偷走的情形，及時發(fā)出警報，同時也能自動分辨出對象屬于遺留物還是遺失物。但這類檢測對同色物體的分辨分析運(yùn)算才能有很高的要求，同時對硬件的配套布置也有很嚴(yán)格的要求。當(dāng)攝影機(jī)被挪動或是畫面被遮蔽時會造成場景變化，偵測器便可以根據(jù)這種情況判斷攝影機(jī)異常并發(fā)出警報。這種應(yīng)用更加廣泛。通產(chǎn)的挪動檢測都屬于此范疇。在實際應(yīng)用場景中，日光對監(jiān)控的影響較大，一般要防止逆光。3完畢語綜上所述，目的跟蹤有非常廣泛的應(yīng)用市場需求，我國還處于起步階段，研發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的、穩(wěn)定可靠、技術(shù)先進(jìn)、節(jié)約本錢等特點(diǎn)的智能監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效填補(bǔ)國內(nèi)空白。隨著技術(shù)的成熟，硬件的推陳出新，應(yīng)用產(chǎn)品的大幅降價，使得應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，將來這方面會有更好的前景，使之成為一個能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)集體開展的一個新型產(chǎn)業(yè)。3.1對經(jīng)濟(jì)開展的作用良好的市場前景會促進(jìn)企業(yè)在該產(chǎn)業(yè)的科技力量投入，有力促進(jìn)了智能監(jiān)控技術(shù)革新，使得企業(yè)進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)開展的快車道，同時帶動了電子產(chǎn)業(yè)及相關(guān)企業(yè)的技術(shù)革新及經(jīng)