基于多目標識別跟蹤技術(shù)的視頻監控應用

多目標識別與跟蹤技術(shù)的實(shí)現

單球機跟蹤技術(shù)

慧聰安防網(wǎng)訊 多目標識別與跟蹤技術(shù)的實(shí)現，是以單球機智能跟蹤技術(shù)系統作為基礎的，因此市場(chǎng)上可見(jiàn)到的具有多目標識別與跟蹤產(chǎn)品的廠(chǎng)商，往往都會(huì )有對應的智能跟蹤球機產(chǎn)品系列。單球機智能跟蹤的技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)，主要是智能算法、球機控制技術(shù)這兩部分。

智能算法的關(guān)鍵是對包含運動(dòng)目標的圖像序列進(jìn)行分析處理，其核心技術(shù)就是對場(chǎng)景中活動(dòng)目標的檢測、跟蹤、識別，以及進(jìn)一步的行為分析及事件檢測。目標跟蹤的目的就是通過(guò)對視頻數據的處理與分析，將圖像序列中不同幀內同一運動(dòng)目標關(guān)聯(lián)起來(lái)，從而計算出目標的運動(dòng)參數，如位置、速度、加速度以及運動(dòng)軌跡等。

基于多目標識別與跟蹤技術(shù)的視頻監控應用文/江浩現有的運動(dòng)目標檢測方法可以歸納為四種：背景減除法、時(shí)間差分法、光流法和運動(dòng)能量法。這些算法在現有的各類(lèi)智能視頻分析產(chǎn)品中已經(jīng)有廣泛的應用，表現形態(tài)為絆線(xiàn)入侵、區域入侵、電子圍欄、徘徊檢測、物品遺留、物品搬移等多種行為檢測功能。

如要實(shí)現對目標的跟蹤，需要應用一些數學(xué)工具，在連續的圖像幀間創(chuàng )建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關(guān)特征的對應匹配關(guān)系。目前，就跟蹤人身對象而言，有跟蹤如手、臉、頭、腿等身體部分，以及跟蹤整個(gè)人體;就跟蹤視角而言，有對應單攝像機的單一視角、對應多攝像機的多視角和全方位視角;另外也可以通過(guò)跟蹤空間(二維或三維)、跟蹤目標類(lèi)別(人、汽車(chē)等)、攝像機狀態(tài)(運動(dòng)或固定)等方面進(jìn)行分類(lèi)。

球機控制技術(shù)，主要是指對云臺的運動(dòng)角速度、鏡頭變倍的倍率與速度等機械運動(dòng)部件的控制，需要與智能跟蹤算法相結合，以實(shí)現跟蹤平滑、倍率適當、目標比例合適等良好的視覺(jué)效果。

多目標跟蹤技術(shù)

多目標識別與跟蹤技術(shù)是以單球機智能跟蹤作為基礎，能夠同時(shí)實(shí)現對大范圍內多個(gè)活動(dòng)目標的智能識別與跟蹤，并對其中單個(gè)目標進(jìn)行智能跟蹤的技術(shù)。

多目標識別與跟蹤技術(shù)在應用中，通常使用一臺固定攝像機，對廣域范圍內目標進(jìn)行的智能行為分析，并將同時(shí)監控的多個(gè)目標按照既定的策略進(jìn)行排序，并按照先后順序，指揮智能跟蹤球機逐個(gè)跟蹤監控目標。與單目標跟蹤相比，多目標跟蹤技術(shù)的關(guān)鍵點(diǎn)是數據關(guān)聯(lián)問(wèn)題，即建立一個(gè)統一的坐標系，使得固定攝像機可以將目標的坐標信息傳遞給跟蹤球機，實(shí)現聯(lián)動(dòng)跟蹤。

多目標跟蹤的過(guò)程可以劃分為以下幾部分：

數據關(guān)聯(lián)：在觀(guān)測數據和目標之間建立起對應關(guān)系

常見(jiàn)的方法有最近鄰算法、聯(lián)合概率數據關(guān)聯(lián)濾波器、多假設跟蹤算法。

狀態(tài)估計：每個(gè)目標根據其對應的觀(guān)測進(jìn)行狀態(tài)估計

多目標識別與跟蹤技術(shù)的產(chǎn)品形態(tài)

通常采用基于貝葉斯理論的方法，將多目標跟蹤問(wèn)題轉化成對多個(gè)單目標的跟蹤過(guò)程，并建立相應的狀態(tài)空間模型。為每個(gè)目標分配一個(gè)單目標跟蹤器，相互獨立地跟蹤每個(gè)目標，通過(guò)設計一些特殊的方法來(lái)處理目標之間的交互和遮擋問(wèn)題。

坐標傳遞：在主攝像機和球機間建立統一的坐標系

在多目標監控場(chǎng)景中，提取目標的位置和運動(dòng)軌跡信息，發(fā)送給從攝像機，從攝像機根據目標的位置和運動(dòng)軌跡信息跟蹤鎖定目標。

另外，多目標跟蹤技術(shù)在實(shí)際的應用中，還需要重點(diǎn)優(yōu)化和改進(jìn)以下方面：提升算法的效率，以實(shí)現同時(shí)能夠跟蹤盡量多的目標;需要改進(jìn)算法的抗干擾性能，以減輕光線(xiàn)變化、影子、目標間遮擋等常見(jiàn)的干擾因素;需要能夠對每個(gè)目標排定警戒優(yōu)先級，以使球機在跟蹤時(shí)能夠及時(shí)切換到威脅等級更高的目標。

多目標識別與跟蹤技術(shù)的產(chǎn)品形態(tài)

多目標識別與跟蹤產(chǎn)品目前在市場(chǎng)上可見(jiàn)的產(chǎn)品并不多，主要分為兩種形態(tài)：槍球機一體式和獨立型產(chǎn)品(包括NVS、DVR、智能盒等)。

槍球機一體式產(chǎn)品，是指通過(guò)獨特的模具設計，在球機上方嵌入一個(gè)廣角攝像機，通過(guò)內部的連線(xiàn)，實(shí)現一個(gè)可以完全獨立安裝和使用的一體化多目標跟蹤系統。由于槍機的位置固定在球機內不可移動(dòng)，因此在算法上更加容易實(shí)現，在場(chǎng)景匹配和目標坐標傳遞方面有良好的精度。

獨立型產(chǎn)品是目前市場(chǎng)上比較常見(jiàn)的產(chǎn)品形態(tài)。通常是在NVS、DVR中提供該項功能，或是設計一款專(zhuān)用的視頻處理分析器，通過(guò)現場(chǎng)接線(xiàn)連接槍機和球機，通過(guò)平臺軟件的配置，實(shí)現主從式多目標跟蹤功能。獨立型產(chǎn)品的優(yōu)勢是應用方式靈活，可以兼容不同廠(chǎng)商的各類(lèi)攝像機，包括標清、高清、模擬型、網(wǎng)絡(luò )型的槍機、球機，不僅適用于新建的監控系統，也適用于現有監控系統的升級改造，在方案設計和系統建設中具有高度的靈活性，未來(lái)可能會(huì )得到更大的發(fā)展。

多目標識別與跟蹤技術(shù)的發(fā)展與改進(jìn)

多目標識別與跟蹤作為一項新興的技術(shù)，從出現至今，始終在根據市場(chǎng)的需求不斷的改進(jìn)和提升。我們可以嘗試從大安防的角度，分析該技術(shù)未來(lái)可能的主要發(fā)展方向。

更加智能化的目標優(yōu)先級排序能力

對目標的優(yōu)先級排序能力，決定了當前畫(huà)面是否能始終跟蹤危險等級最高的目標，避免多目標時(shí)球機只按照簡(jiǎn)單的輪換順序進(jìn)行跟蹤，從而有效提升產(chǎn)品的應用價(jià)值。提高該能力的有效方法，一是在場(chǎng)景中設立多條警戒線(xiàn)、區域的識別規則，二是可以考慮引入目標行為特征的分析技術(shù)，將手中提包、某種衣著(zhù)顏色、急速奔跑等目標特征作為判斷優(yōu)先級的依據。

更有效的對抗環(huán)境中的各種干擾因素

多目標監控系統更多的會(huì )應用于機場(chǎng)、廣場(chǎng)、道路等室外開(kāi)闊地域，經(jīng)常會(huì )面對著(zhù)局部強光、黑夜、大風(fēng)、大雨、霧霾、地面積水等不良的監控環(huán)境，需要智能算法不斷的進(jìn)行針對性的調整與改進(jìn)，以確保在各種真實(shí)環(huán)境下都能夠有效的跟蹤。

另外，多目標的相互遮擋，多目標運動(dòng)狀態(tài)的差異和變化，也是影響跟蹤性能的主要因素。是否可以引入雙目識別技術(shù)，通過(guò)多視角跟蹤多目標，來(lái)克服遮擋，這也是一種可能的解決途徑。

單槍機+多球機、球機+球機的組合應用

單臺固定攝像機與單臺球機的組合，是目前標準的應用方式。

而在大型監控系統中，對于機場(chǎng)、廣場(chǎng)等目標眾多，監控地域廣大的場(chǎng)景，如果能夠實(shí)現單槍機+多臺球機的組合，將會(huì )有效的提升在復雜環(huán)境中對多個(gè)高安保等級目標的同時(shí)監控能力，這將對當前產(chǎn)品的技術(shù)層級是很大的提升。