翟歲兵

摘 ?要：在嵌入式Linux環(huán)境下使用OpenCV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)解決了不受控制程序中自動(dòng)面部檢測(cè)和跟蹤的問(wèn)題?，F(xiàn)實(shí)場(chǎng)景和實(shí)時(shí)限制的動(dòng)態(tài)特性使我們的任務(wù)變得復(fù)雜。與之前使用廣角相機(jī)和OpenCV混合的工作不同，我們探索了單個(gè)OpenCV相機(jī)可以預(yù)期的限制。在縮小模式下檢測(cè)并跟蹤行人，然后使用調(diào)度程序選擇要放大的人。放大后，我們回到廣域模式，解決人與人、面對(duì)面和面對(duì)面數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)問(wèn)題。在挑戰(zhàn)室內(nèi)不受控制的條件下的廣泛實(shí)驗(yàn)證明了所提出的系統(tǒng)的有效性。

關(guān)鍵詞：嵌入式Linux環(huán)境 ?人臉檢測(cè)跟蹤 ?OpenCV

中圖分類號(hào)：TP391 ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2019）010（b）-0020-02

現(xiàn)如今，攝像機(jī)網(wǎng)絡(luò)廣泛安裝在銀行、體育場(chǎng)館和購(gòu)物中心等公共設(shè)施中。在法醫(yī)分析中，自動(dòng)從監(jiān)控視頻中捕獲高質(zhì)量的人臉圖像至關(guān)重要。然而，從常規(guī)CCTV攝像機(jī)獲得的圖像序列通常捕獲少量的Pts攝像機(jī)，這些攝像機(jī)可以在遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)景中進(jìn)行平移、傾斜和變焦，因?yàn)樗鼈兲峁V域覆蓋或高分辨率的近距離視圖。

在該文介紹了一種全自動(dòng)OpenCV人臉檢測(cè)和跟蹤系統(tǒng)，該方法是第一個(gè)使用單個(gè)OpenCV攝像機(jī)解決高分辨率人臉圖像與人和軌跡的關(guān)聯(lián)。相機(jī)以縮小模式開始，檢測(cè)并跟蹤行人，根據(jù)調(diào)度程序放大下一張臉，以高分辨率捕捉臉部圖像，然后縮小。

1 ?基于嵌入式Linux環(huán)境下OpenCV人臉跟蹤系統(tǒng)

我們提出的系統(tǒng)有兩種模式，即縮小模式和放大模式。我們從OpenCV攝像機(jī)接收?qǐng)D像序列，并在這兩種模式之間切換，以便在遠(yuǎn)場(chǎng)場(chǎng)景中捕捉來(lái)自多個(gè)人的面部。

在縮小模式下，如果觀察對(duì)象的任務(wù)尚未開始，我們會(huì)從常規(guī)CCTV攝像機(jī)中檢測(cè)和跟蹤圖像序列中感興趣的對(duì)象。然后觸發(fā)攝像機(jī)調(diào)度模塊以確定調(diào)度并基于其狀態(tài)信息為每個(gè)對(duì)象分配資源。根據(jù)從攝像機(jī)調(diào)度獲得的有序列表，OpenCV攝像機(jī)通過(guò)加權(quán)循環(huán)方法依次更接近地查看每個(gè)對(duì)象。每當(dāng)我們回到縮小模式時(shí)，我們將當(dāng)前幀與存儲(chǔ)的列表相關(guān)聯(lián)，直到整個(gè)過(guò)程完成。

多目標(biāo)跟蹤模塊的目的是獲取視圖中每個(gè)對(duì)象的狀態(tài)信息。在時(shí)間t的對(duì)象a的狀態(tài)由下式表示：

其中，x（t）和y（t）為圖像平面中對(duì)象的位置。w（t）和h（t）為其邊界框的大小;vx（t）和vy（t）為物體在時(shí)間t的速度;hist（t）為其HSV顏色直方圖。

攝像機(jī)調(diào)度模塊。在從跟蹤中獲得每個(gè)對(duì)象的狀態(tài)信息之后，然后觸發(fā)相機(jī)調(diào)度模塊以確定調(diào)度并分配資源以觀察視圖中的每個(gè)對(duì)象。由于視野中的人數(shù)多于攝像機(jī)的數(shù)量，因此不希望攝像機(jī)在他/她整個(gè)停留在場(chǎng)景期間花費(fèi)所有資源僅觀察一個(gè)人而忽略所有其他人。這里，考慮加權(quán)循環(huán)方法。攝像機(jī)依次觀察每個(gè)對(duì)象，并將剩余的時(shí)間用于放大模式和縮小模式之間。

在放大模式下執(zhí)行面部檢測(cè)和關(guān)聯(lián)。

2 ?實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中使用現(xiàn)成的索尼OpenCV網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)SNC-RZ50N。該相機(jī)提供大范圍的平移角度（-170°→+170°）、傾斜角度（-90°→+25°）和大變焦比（26倍光學(xué)）。接收640×480圖像的最大幀速率為30fps。我們?cè)谑覂?nèi)不受控制的場(chǎng)景中進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)30m的實(shí)驗(yàn)。我們已將系統(tǒng)安裝在非合作科目走過(guò)的走廊中。挑戰(zhàn)在于每個(gè)受試者的觀察期很短，通常為5s，這意味著放大操作必須快速進(jìn)行。

在連續(xù)運(yùn)行5h的過(guò)程中，我們的系統(tǒng)可以檢測(cè)并跟蹤47人。在跟蹤的47人中，有21人正朝著包含臉部圖像的相機(jī)移動(dòng)。我們的系統(tǒng)成功捕獲了21個(gè)人的19個(gè)不同面孔。19個(gè)面與相應(yīng)的軌跡相關(guān)聯(lián)。選擇要放大的對(duì)象和面對(duì)關(guān)聯(lián)的過(guò)程：我們跟蹤多個(gè)人，人們的數(shù)字表示根據(jù)調(diào)度程序放大的順序。選擇放大的人用藍(lán)色矩形突出顯示。被跟蹤的人和相關(guān)的面部用相同的顏色標(biāo)記。

在關(guān)聯(lián)模塊中，最佳分配由OpenCV算法解決。如果兩個(gè)檢測(cè)響應(yīng)之間的距離大于閾值，我們拒絕該分配。當(dāng)在放大模式中檢測(cè)到面部時(shí)，執(zhí)行面對(duì)面關(guān)聯(lián)。每當(dāng)相機(jī)縮放到廣域模式時(shí)執(zhí)行人對(duì)人關(guān)聯(lián)，而如果檢測(cè)到的臉部沒(méi)有與縮小模式中的任何人相關(guān)聯(lián)，則執(zhí)行面對(duì)面關(guān)聯(lián)。

采用多目標(biāo)跟蹤中的度量，對(duì)象純度和ID切換來(lái)驗(yàn)證關(guān)聯(lián)模塊的有效性。對(duì)象純度（OP）定義為檢測(cè)到的面部/人與模塊正確關(guān)聯(lián)的幀與包含面部/人的幀的總數(shù)的比率。ID開關(guān)（IDS）記錄面部/人員更改其ID的總次數(shù)。值越高，OP的性能越好;值越低，IDS的性能越好。其結(jié)果總結(jié)見(jiàn)表1。

3 ?結(jié)語(yǔ)

我們提出了一種新穎的實(shí)時(shí)系統(tǒng)，使用OpenCV攝像頭獲取高分辨率人臉。面部與相應(yīng)的人和軌跡相關(guān)聯(lián)。我們已經(jīng)在各種真實(shí)的室內(nèi)和室外場(chǎng)景中驗(yàn)證了我們的方法。使用OpenCV攝像機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)物體檢測(cè)，跟蹤和關(guān)聯(lián)遠(yuǎn)未解決。我們絕不會(huì)聲稱在這里完全解決了它。還有許多工作要做。我們未來(lái)的工作將集中在改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)并將當(dāng)前系統(tǒng)擴(kuò)展到多個(gè)攝像機(jī)。

參考文獻(xiàn)

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