嵌入式人體步態(tài)自動(dòng)識別系統

0 引言
早期的醫學(xué)研究指出：人的步態(tài)中有24種不同的成分，如果把這24種成分都考慮到，則步態(tài)是為個(gè)體所特有的。有關(guān)研究人員近些年來(lái)通過(guò)對人的步態(tài)分析，已經(jīng)得出了在步態(tài)視頻序列中含有人的身份信息，因此進(jìn)行步態(tài)識別也是一種非常重要的生物識別技術(shù)。步態(tài)識別是近年來(lái)越來(lái)越多的研究者所關(guān)注的一種較新的生物認證技術(shù)，它是通過(guò)人的走路方式來(lái)識別人的身份?；诓綉B(tài)的身份認證識別技術(shù)相對于其它生物識別技術(shù)有如下優(yōu)點(diǎn)：遠距離識別、識別對象的被動(dòng)性、不易被隱藏、不易被察覺(jué)、應用領(lǐng)域廣闊等，步態(tài)識別技術(shù)最近已經(jīng)備受關(guān)注，并且已經(jīng)取得了一些初步成果。如美國國防部研究項目署(DARPA)2000年的重大項目一HID(human identification at adistance)計劃，其目的就是開(kāi)發(fā)多模態(tài)視覺(jué)監控技術(shù)以實(shí)現遠距離情況下人物的檢測、分類(lèi)和識別。中科院自動(dòng)化研究所模式識別國家重點(diǎn)實(shí)驗室近年也開(kāi)始了對步態(tài)識別的研究，而且創(chuàng )建了NLPR步態(tài)數據庫。
雖然步態(tài)識別是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，但是近年來(lái)已經(jīng)涌現出了一些嘗試性的工作。最早提出步態(tài)識別算法的是Niyogi與Adelson等人。Cunado和Nixon等人提出了一種基于模型的特征提取分析方法，VHT(velocity hough transform)。Kale等人將行人的外輪廓寬度作為圖像特征，提出了一種依賴(lài)于角度的識別方法。而Johnson和Bobick提出了一種不依賴(lài)于角度的步態(tài)識別算法。Sarkar等人提出了步態(tài)識別的基線(xiàn)算法。Lee等人提出了一種基于步態(tài)外形的表達方法，其具體做法是先將人體的各個(gè)部分映射到幾個(gè)橢圓組成的模型上，然后用其質(zhì)心位置和離心率作為步態(tài)特征來(lái)進(jìn)行步態(tài)識別。Wang等人提出了一種簡(jiǎn)單有效的、基于人體運動(dòng)輪廓的識別算法。值得注意的是，步態(tài)識別的研究尚處于初級階段，表現在：a．實(shí)驗都是在特定的環(huán)境下進(jìn)行的，比如相對簡(jiǎn)單固定的背景，人相對于攝像機側面行走，攝像機固定不動(dòng)等；b．算法的評估都是在小樣本數據庫上進(jìn)行的，而且數據庫也不規范。
迄今為止，針對步態(tài)識別所進(jìn)行的研究幾乎全部是基于PC機的，而在許多情況下，卻需要非PC機環(huán)境，所以研究基于嵌入式平臺的步態(tài)識別系統，具有一定的工程意義。本系統的功能是對采集到的步態(tài)視頻序列進(jìn)行圖像處理，得到視頻序列中的人體步態(tài)信息，再由步態(tài)算法根據所得到的步態(tài)信息進(jìn)行步態(tài)識別。

1 系統結構
本嵌入式自動(dòng)步態(tài)識別系統主要包括CCD攝像機、圖像采集卡、嵌入式系統、顯示屏等。其中最為核心的是嵌入式系統部分，它包括Renesas 32位嵌入式芯片SH7709S、存儲器、外圍電路、鍵盤(pán)、鼠標等。主要完成視頻序列信號的預處理、處理、步態(tài)識別、顯示輸出等功能。該系統的結構示意圖如圖1所示。

2 步態(tài)識別的基本原理
2．1 雙目立體視覺(jué)
雙目立體視覺(jué)是今年來(lái)在圖像測量領(lǐng)域發(fā)展起來(lái)的一種新技術(shù)，與單目視覺(jué)相比，雙目視覺(jué)有以下優(yōu)點(diǎn)：可以獲得單目視覺(jué)中所沒(méi)有的視差或者深度信息；當場(chǎng)景中有遮擋發(fā)生時(shí)，雙目立體視覺(jué)可以很好地處理遮擋。因為步態(tài)識別的場(chǎng)景難免存在遮擋，為了更好地從各個(gè)方向獲得步態(tài)視頻序列，從而能夠為進(jìn)行正確的步態(tài)識別作出鋪墊，所以采用雙目立體視覺(jué)來(lái)獲取人體步態(tài)視頻序列。
在本實(shí)驗中，兩個(gè)CCD攝像機分別固定在一個(gè)三角架的兩邊，組成雙目立體視覺(jué)。