【摘要】視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)是對圖像信號目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時自動識別，進(jìn)而對目標(biāo)位置的相關(guān)信息進(jìn)行有效的提取，并且自動跟蹤目標(biāo)運(yùn)動的伺服系統(tǒng)。在對精度與動力進(jìn)行分析與研究的情況下，研發(fā)了跟蹤伺服機(jī)械系統(tǒng)，并且開展了具備分布、集中的特點(diǎn)，同時對微機(jī)測控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的電路軟件與硬件進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)，探索了自適應(yīng)跟蹤算法的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】視頻監(jiān)控系統(tǒng)；自適應(yīng)跟蹤算法；跟蹤伺服系統(tǒng)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)方面的研究也取得了一定的進(jìn)步。成像跟蹤指的就是利用景物圖像的特點(diǎn)對運(yùn)動中的目標(biāo)展開跟蹤的技術(shù)，跟蹤裝置一般是由伺服機(jī)構(gòu)與操作系統(tǒng)共同構(gòu)成的，可以在圖像信號中對跟蹤目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時自動識別，進(jìn)而提取位置信息的一種復(fù)合技術(shù)系統(tǒng)。

一視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動跟蹤所面臨的問題

㈠運(yùn)動目標(biāo)的檢測

在圖像序列中，對于運(yùn)動目標(biāo)的檢測是一項(xiàng)非常關(guān)鍵并且困難的研究課題，在完成運(yùn)動補(bǔ)償、視頻理解以及視頻壓縮編碼的過程中，均需要利用相應(yīng)的運(yùn)動目標(biāo)檢測技術(shù)，在視頻理解中，開展運(yùn)動目標(biāo)的檢測是為后續(xù)的識別、跟蹤以及活動分析奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。運(yùn)動目標(biāo)的檢測指的就是對圖像序列展開相關(guān)的檢測，指出與運(yùn)動物體三維有關(guān)的一些點(diǎn)，濾除一些與運(yùn)動目標(biāo)無關(guān)的信息。正確檢測運(yùn)動目標(biāo)可以極大的提高后續(xù)識別、活動分析以及跟蹤的正確率。通常情況下，均需要視頻監(jiān)控系統(tǒng)展開長時間的運(yùn)行，也就需要系統(tǒng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：一是，可以與背景的變化相適應(yīng)，比如可以適應(yīng)一天時間內(nèi)所有時間的光照變化；二是，能夠與背景物體的變化相適應(yīng)，比如場景物體的移入與移出等場景的變化；三是，可以有效的對背景中一些比較大的變化進(jìn)行分辨，比如顯示器屏幕的閃爍等情況；四是，可以檢測出光照的變化情況，并且可以在盡可能短的時間里適應(yīng)這樣的變化；五是，可以盡可能消除運(yùn)動目標(biāo)陰影的干擾；六是，可以很好的處理多運(yùn)動目標(biāo)的遮擋現(xiàn)象。

㈡運(yùn)動目標(biāo)的選擇

在實(shí)際應(yīng)用的過程中，視場中出現(xiàn)的通常都是多個比較隨機(jī)的運(yùn)動目標(biāo)，并且在檢測得到相關(guān)運(yùn)動目標(biāo)的信息之后，需要對我們感興趣的目標(biāo)進(jìn)行選定，進(jìn)而開展相應(yīng)的放大跟蹤。感興趣目標(biāo)的選取是一個十分困難的問題，也是一個會涉及到分析與識別人們活動的問題，是現(xiàn)階段比較熱點(diǎn)的研究課題。并且針對不同的場合在選取感興趣目標(biāo)的要求也是不同的，沒有相對統(tǒng)一固定的標(biāo)準(zhǔn)，只能結(jié)合實(shí)際情況展開具體分析。

㈢運(yùn)動目標(biāo)的跟蹤

在選定感興趣的目標(biāo)之后，要對其實(shí)現(xiàn)自動跟蹤是非常困難的事情，其主要體現(xiàn)在以下幾個方面：一是，在視頻跟蹤中被跟蹤目標(biāo)的本身就是導(dǎo)致跟蹤非常困難的首要因素。在平面內(nèi)或者是平面外，目標(biāo)都有發(fā)生旋轉(zhuǎn)或者平移運(yùn)動的可能。除此之外，目標(biāo)的剛體也會影響跟蹤的效果。在跟蹤的過程中，目標(biāo)可能不會一直維持相同的幾何圖形。二是，給跟蹤任務(wù)帶來困難的還有目標(biāo)運(yùn)動的不確定性，也就是隨機(jī)性。在安防生產(chǎn)過程中，需要監(jiān)視的目標(biāo)是非常復(fù)雜的，并且時刻發(fā)生變化的，其運(yùn)動的速度、方向等具有很大的隨機(jī)性，對其運(yùn)動狀態(tài)的預(yù)報(bào)也是一個比較復(fù)雜的問題。三是，目標(biāo)所在環(huán)境的復(fù)雜程度也是影響視頻跟蹤的主要因素。一方面是光照環(huán)境因素的影響，假如進(jìn)光量發(fā)生變化或者出現(xiàn)陰影，就會對圖像處理的算法產(chǎn)生一定的影響。另外一個方面就是遮擋環(huán)境因素的影響，當(dāng)被跟蹤的目標(biāo)運(yùn)動到一個物體之后的時候，就會產(chǎn)生相應(yīng)的遮擋情況。四是，攝像機(jī)也是影響視頻跟蹤的主要因素。就如同目標(biāo)一樣，攝像機(jī)也是能夠運(yùn)動的，在改變攝像機(jī)位置的同時也改變了圖像以及目標(biāo)的位置。并且攝像機(jī)本身具有的光學(xué)參數(shù)也是會發(fā)生一定改變的。

㈣系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控

對整個系統(tǒng)而言，從采集圖像數(shù)據(jù)到處理再到相關(guān)的機(jī)電控制，是一個非常消耗時間的過程，要想很好的完成系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控是十分困難的，其主要體現(xiàn)在以下兩個方面：一是，圖像的數(shù)據(jù)比較復(fù)雜并且龐大，運(yùn)動目標(biāo)的檢測、選擇以及跟蹤需要針對多個圖像展開掃描處理，進(jìn)而獲取相應(yīng)的跟蹤監(jiān)控信息，同時需要非常大的計(jì)算量，因此，對系統(tǒng)軟件與硬件的提升已經(jīng)成為完善系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控的主要研究課題。二是，對于隨機(jī)目標(biāo)的跟蹤，需要攝像機(jī)可以準(zhǔn)確、快速的到達(dá)指定位置，這就提高了對電動機(jī)操作的要求，其主要包括可以完成快速的啟動、逆轉(zhuǎn)、停止，并且可以對速度進(jìn)行準(zhǔn)確而快速的調(diào)整。

二設(shè)計(jì)的跟蹤伺服機(jī)械系統(tǒng)

根據(jù)一般目標(biāo)運(yùn)動的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了跟蹤伺服機(jī)械系統(tǒng)，該系統(tǒng)的成像設(shè)備就是電荷耦合器件傳感器攝像頭，能夠進(jìn)行水平與俯仰的掃描操作；轉(zhuǎn)臺可以在1秒鐘之內(nèi)，對360度視場進(jìn)行掃描；結(jié)合目標(biāo)當(dāng)前的位置，該系統(tǒng)可以在盡可能短的時間內(nèi)完成目標(biāo)的捕捉。因?yàn)樵撓到y(tǒng)的運(yùn)動特點(diǎn)主要就是為了確保被跟蹤目標(biāo)一直處在跟蹤范圍內(nèi)，進(jìn)而對點(diǎn)位控制的系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)進(jìn)行相關(guān)的確定。該系統(tǒng)的主體就是跟蹤轉(zhuǎn)臺，包括兩個回轉(zhuǎn)主軸，垂直軸就是貫穿于轉(zhuǎn)臺的底座與上部，水平軸就是承載攝像機(jī)的俯仰轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使轉(zhuǎn)臺達(dá)到全方位的轉(zhuǎn)動。該系統(tǒng)一定要具備在速度變化的條件下具有相應(yīng)的速度響應(yīng)功能。作用在傳動系統(tǒng)的總負(fù)載力矩通常是由動力矩、摩擦力矩以及靜力矩共同構(gòu)成的。根據(jù)傳動的實(shí)際需求，兩軸均是采取一級齒輪副傳動，其傳動比為5.2，結(jié)合電機(jī)矩頻特點(diǎn)，分別采取70BF003與36BF003步進(jìn)電機(jī)。

三系統(tǒng)電路軟件與硬件的設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)的電路硬件主要包括伺服控制處理器、跟蹤處理器、各種反饋傳感器接口、功率驅(qū)動器以及單元通訊接口，如圖1所示。

該系統(tǒng)將微處理當(dāng)成是系統(tǒng)電路的核心，并且將其在結(jié)構(gòu)與功能上分成三個層次，具有一定的集中、分布特點(diǎn)，同時相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)也具有一定的集中、分布特點(diǎn)。

四自適應(yīng)跟蹤算法

跟蹤處理器主要包括了跟蹤狀態(tài)、跟蹤模式、濾波預(yù)測等方面計(jì)算，主要表現(xiàn)在算法與跟蹤模型上，可以利用相關(guān)的微處理器以及邏輯電路予以實(shí)現(xiàn)。其實(shí)跟蹤處理器輸出的相關(guān)信號量與誤差信號量是相對而言的。為了能夠獲取目標(biāo)狀態(tài)的參數(shù)值，一定要使用相關(guān)的濾波器開展濾波操作，也就是對單機(jī)動目標(biāo)的跟蹤，稱之為自適應(yīng)濾波。還要建立目標(biāo)動態(tài)的模型，在設(shè)計(jì)系統(tǒng)的時候一般采用的就是一種完全解耦的濾波器，也就是加速度濾波器以及速度濾波器。對于目標(biāo)機(jī)動性的相關(guān)檢測主要就是通過對速度濾波器進(jìn)行實(shí)時檢測跟蹤誤差來完成的。跟蹤算法與目標(biāo)形心位置的測量能夠精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)機(jī)動目標(biāo)的跟蹤操作，并且可以根據(jù)機(jī)動目標(biāo)的實(shí)際情況自行切換選用的模型，同時各個模型之間也都是可以共同操作的。

結(jié)束語

總而言之，結(jié)合視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)了跟蹤伺服機(jī)械系統(tǒng)，并且對跟蹤處理系統(tǒng)展開了一定分析，并且設(shè)計(jì)了微機(jī)測控系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)的軟件與硬件，進(jìn)而對自適應(yīng)跟蹤算法進(jìn)行了一定的闡述，充分說明了該系統(tǒng)可以發(fā)揮的作用，以及可以應(yīng)用的方面。所以，加強(qiáng)對視頻監(jiān)控跟蹤系統(tǒng)展開進(jìn)一步的分析與研究是一個非常值得相關(guān)人士深入探討的問題。

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