專利名稱：基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其監(jiān)控方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種智能分析系統(tǒng)，特別涉及一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，屬于機(jī)器視覺與智能監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
視頻監(jiān)控通常是指在一個(gè)特定的環(huán)境中對(duì)一些物體(如人、車輛等)或者事件進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。傳統(tǒng)的視覺監(jiān)控是攝像機(jī)對(duì)著一個(gè)場(chǎng)景不停的拍攝，視頻信號(hào)傳輸?shù)街骺刂行拇鎯?chǔ)，如果有需要?jiǎng)t采用人工方法對(duì)視頻圖像進(jìn)行分析，這樣不僅要耗費(fèi)大量人力，而且面對(duì)數(shù)不盡的視頻錄像，想要提取些有價(jià)值的信息很困難，長(zhǎng)期保存也是一大難題。隨著高清網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的逐漸盛行，高存儲(chǔ)高帶寬的弊端逐漸成為監(jiān)控系統(tǒng)中最大的短板，發(fā)展智能化監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)采集到的視頻圖像進(jìn)行自動(dòng)地實(shí)時(shí)分析和處理，將分析算法嵌入前端設(shè)備可使視頻圖像的處理在硬件上進(jìn)行，只需要將重要數(shù)據(jù)傳輸?shù)街骺刂行?，這會(huì)大量減少帶寬和存儲(chǔ)的要求，可節(jié)省較大成本。傳統(tǒng)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)于大范圍、多攝像頭的視頻監(jiān)控，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析，需要采用多個(gè)視頻服務(wù)器，成本大大增加。因此研究更加有效的前端智能視頻監(jiān)控的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)現(xiàn)并行的智能視頻監(jiān)控具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。利用嵌入式技術(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤是基于前端智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中的核心技術(shù)。在當(dāng)前比較典型的前端智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，目標(biāo)檢測(cè)、跟蹤、分類、識(shí)別等視頻分析算法嵌在前端設(shè)備中，攝像頭采集的視頻數(shù)據(jù)在監(jiān)控系統(tǒng)的前端直接進(jìn)行分析，分析的結(jié)果可通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心服務(wù)器端。因此研究更加有效的前端智能視頻監(jiān)控的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案，實(shí)現(xiàn)并行的智能視頻監(jiān)控具有重要的研究意義和應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其監(jiān)控方法。該系統(tǒng)克服了在大范圍、多攝像頭的視頻監(jiān)控領(lǐng)域，要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤時(shí)， 按照傳統(tǒng)技術(shù)方案需要采用多個(gè)視頻跟蹤器和光端機(jī)，造成系統(tǒng)的硬件成本大大增加的問題。該系統(tǒng)可自動(dòng)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，自動(dòng)跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)行為，根據(jù)事先定義好的規(guī)則對(duì)特定的事件及時(shí)捕獲，并對(duì)該事件的性質(zhì)作出智能判斷，實(shí)現(xiàn)無人值守的智能監(jiān)控。本發(fā)明采取的技術(shù)方案為一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括多路前端攝像頭，多路前端攝像頭連接嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)通過光傳輸系統(tǒng)與終端控制系統(tǒng)連接，同時(shí)嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)連有視頻監(jiān)視器；所述的嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，包括輸入信息的信號(hào)采集單元，信號(hào)采集單元連接運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元， 信號(hào)經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元分析處理后通過光傳輸控制單元傳至光傳輸系統(tǒng)。
所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元包括YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊、RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊，YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊將視頻YCbCr信號(hào)轉(zhuǎn)換為 RGB信號(hào)，RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊將RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的區(qū)域從復(fù)雜背景中提取出來，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行跟蹤。所述的嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)為智能數(shù)字光端機(jī)，智能數(shù)字光端機(jī)上還設(shè)有本地IXD顯示接口和本地VGA顯示接口。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元分析處理功能由FPGA芯片完成。所述的終端控制系統(tǒng)包括接收光端機(jī)，視頻監(jiān)視顯示器，中心服務(wù)器，接收光端機(jī)接收來自前端嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)發(fā)送的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，中心服務(wù)器根據(jù)收到的跟蹤果數(shù)據(jù)和預(yù)定的規(guī)則完成啟動(dòng)報(bào)警的判斷與抉擇，或者由此產(chǎn)生反饋控制信號(hào)再傳輸?shù)角度胧街悄芤曨l分析系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)，用來控制云臺(tái)使攝像頭跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。上述基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控方法，步驟為前端攝像頭采集到得視頻信號(hào)送到嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)的信號(hào)采集單元對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號(hào)送到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，光傳輸控制單元將結(jié)果數(shù)據(jù)通過光傳輸系統(tǒng)送到終端控制系統(tǒng)，終端控制系統(tǒng)根據(jù)事先設(shè)定好的規(guī)則判斷是否告警，同時(shí)視頻信號(hào)發(fā)送到本地的視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻。所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)采用幀間差分算法，先將視頻彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像， 將當(dāng)前時(shí)刻視頻幀和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域的位置。所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤用粒子濾波器算法，具體為在二維目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)中，k
時(shí)刻的系統(tǒng)狀態(tài)向量為= [xk,ykvXi,vJT，其中&和yk分別表示k時(shí)刻目標(biāo)在水平和豎直方向的位移，分別為目標(biāo)在水平和豎直方向的速度。k時(shí)刻的觀測(cè)向量為 = I^JitFytiIr;系統(tǒng)噪聲和觀測(cè)噪聲均為零均值的高斯白噪聲。根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)方程、 觀測(cè)方程采用SIRF算法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)跟蹤，其流程如圖5所示先通過初始化產(chǎn)生初始粒子集 {xft ；再經(jīng)過采樣獲得當(dāng)前時(shí)刻(k時(shí)刻)的粒子集合ixiH，并計(jì)算各粒子的歸一化權(quán)重； 然后通過重采樣對(duì)當(dāng)前粒子集進(jìn)行更新，作為下一時(shí)刻的初始粒子，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的粒子集和權(quán)重估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)、=ΙΛ,αλ，<1τ，即當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度和位移的估計(jì)值。本發(fā)明系統(tǒng)的整體功能是通過嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)接收來自多路前端攝像頭的視頻信息，分析檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)并跟蹤，將結(jié)果數(shù)據(jù)通過本地顯示終端進(jìn)行實(shí)時(shí)播報(bào)，并通過光傳輸系統(tǒng)將結(jié)果數(shù)據(jù)發(fā)送到中心服務(wù)器。中心服務(wù)器根據(jù)跟蹤的結(jié)果數(shù)據(jù)和預(yù)定的規(guī)則完成啟動(dòng)報(bào)警。本發(fā)明研究適合于復(fù)雜場(chǎng)景的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤算法，提高算法的魯棒性和速度。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)采用幀間差分算法，先將視頻彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，將當(dāng)前時(shí)刻視頻幀和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域的位置，將運(yùn)動(dòng)區(qū)域去除噪聲干擾，進(jìn)而濾除掉由于光線變化，樹葉搖動(dòng)，物體陰影的因素引起的非真實(shí)運(yùn)動(dòng)體目標(biāo)，然后通過關(guān)鍵信息二次提取算法得到詳細(xì)的目標(biāo)圖像信息。在實(shí)際中，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)場(chǎng)景往往是復(fù)雜多變的，例如，光線亮度的變化、場(chǎng)景中的雜波、物體的陰影和物體的遮擋等，在現(xiàn)有的跟蹤算法中， 粒子濾波法在復(fù)雜環(huán)境中具有優(yōu)越的跟蹤性能，但其算法結(jié)構(gòu)復(fù)雜、運(yùn)算量大、對(duì)硬件資源要求高，限制了它在實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的應(yīng)用。針對(duì)這一問題，通過改進(jìn)的粒子濾波器算法對(duì)可疑目標(biāo)鎖定并進(jìn)行不間斷地跟蹤，分析運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，給出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的垂直與水平位移距離，設(shè)計(jì)出一種運(yùn)算速度快、性能可靠、占用硬件資源少的粒子濾波器，以提高跟蹤算法的實(shí)時(shí)性。本發(fā)明的有益效果是搭建了一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，利用FPGA和SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了集實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤和光傳輸控制為一體的光傳輸運(yùn)動(dòng)跟蹤設(shè)備即前端智能數(shù)字光端機(jī)。相對(duì)于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本低，可靠性高，具有較低的漏報(bào)誤報(bào)率，及時(shí)告警，實(shí)現(xiàn)無人值守全天候的智能監(jiān)控。


圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)硬件構(gòu)成示意圖；圖2為本發(fā)明的前端智能數(shù)字光端機(jī)模塊原理框圖；圖3為本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)跟蹤分析系統(tǒng)模塊原理圖；圖4為本發(fā)明的的幀間差分算法流程圖；圖5為本發(fā)明的粒子濾波器算法流程圖；其中1.前端攝像頭，2.智能數(shù)字光端機(jī)，3.光傳輸系統(tǒng)(光纖網(wǎng)絡(luò))，4.接收光端機(jī)，5.中心服務(wù)器，6.視頻監(jiān)視器。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，包括多路前端攝像頭1，多路前端攝像頭1連接嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)(智能數(shù)字光端機(jī)2、，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)通過光傳輸系統(tǒng)3與終端控制系統(tǒng)連接，同時(shí)嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)通過其本地VGA顯示接口連有視頻監(jiān)視器6 ；所述的嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，包括輸入信息的信號(hào)采集單元，信號(hào)采集單元連接運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元，信號(hào)經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元分析處理后通過光傳輸控制單元傳至光傳輸系統(tǒng)3。(1)多路前端攝像頭，用于獲取所需復(fù)雜場(chǎng)景視頻信息；(2)嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，即智能數(shù)字光端機(jī)，用于接收多路前端攝像頭的視頻信號(hào)，對(duì)多路視頻信號(hào)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤，檢測(cè)與跟蹤結(jié)果通過的光傳輸控制模塊以光信號(hào)的形式傳送到中心服務(wù)器。智能數(shù)字光端機(jī)還設(shè)有本地VGA顯示接口，用于在本地實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻影像，同時(shí)還配置有本地IXD顯示控制接口，用于實(shí)時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的有關(guān)參數(shù)。本部分將傳統(tǒng)光端機(jī)與智能視頻分析結(jié)合在一起；(3)光傳輸系統(tǒng)，即光纖網(wǎng)絡(luò)，連接嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)和終端接收光端機(jī)， 在兩者之間傳送光信號(hào)；(4)終端控制系統(tǒng)，根據(jù)需要包括接收光端機(jī)，視頻監(jiān)視顯示器，中心服務(wù)器。接收光端機(jī)為傳統(tǒng)光端機(jī)，接收來自前端智能數(shù)字光端機(jī)發(fā)送的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)。中心服務(wù)器根據(jù)收到的跟蹤果數(shù)據(jù)和預(yù)定的規(guī)則完成啟動(dòng)報(bào)警的判斷與抉擇，也可以由此產(chǎn)生反饋控制信號(hào)再傳輸?shù)礁櫹到y(tǒng)前端，用來控制云臺(tái)使攝像頭跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。如圖2所示，前端攝像頭采集到得視頻信號(hào)送到智能數(shù)字光端機(jī)，智能數(shù)字光端機(jī)的視頻采集模塊對(duì)模擬的視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字視頻信號(hào)送到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，該模塊可至少采集4路模擬視頻信號(hào)。光傳輸控制單元將結(jié)果數(shù)據(jù)通過光纖網(wǎng)絡(luò)送到中心服務(wù)器，中心服務(wù)器根據(jù)事先設(shè)定好的規(guī)則判斷是否告警。智能數(shù)字光端機(jī)配置有本地視頻VGA顯示接口，可將視頻信號(hào)發(fā)送到本地視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻。智能數(shù)字光端機(jī)配置有本地LCD顯示接口，可在本地LCD顯示器中實(shí)時(shí)顯示運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的有關(guān)參數(shù)。如圖3所示，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元，即智能數(shù)字光端機(jī)核心部分的原理框圖， 該系統(tǒng)分為YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊，RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊。YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊將視頻YCbCr信號(hào)轉(zhuǎn)換為RGB信號(hào)。RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊將RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像以便做后續(xù)處理。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊采用幀間差分算法將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的區(qū)域從復(fù)雜背景中提取出來。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊采用改進(jìn)的粒子濾波器算法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行跟蹤。如圖4所示，智能數(shù)字光端機(jī)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法幀間差分算法的流程圖。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)是從序列圖像信號(hào)中通過運(yùn)動(dòng)檢測(cè)將目標(biāo)從背景圖像中提取出來， 并求得目標(biāo)的位置和速度信息。其流程如圖所示首先將當(dāng)前時(shí)刻視頻幀和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，并將得到差分圖像進(jìn)行二值化分割出目標(biāo)區(qū)域；然后對(duì)二值化圖像進(jìn)行數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)濾波處理后，再進(jìn)行區(qū)域連通性分析和標(biāo)記，提取目標(biāo)區(qū)域的位置；最后，根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的位置和上一時(shí)刻位置計(jì)算目標(biāo)當(dāng)前時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)速度。如果目標(biāo)區(qū)域不存在利用當(dāng)前幀圖像跟新背景圖像。該算法采用FPGA硬件電路實(shí)現(xiàn)。如圖5所示，智能數(shù)字光端機(jī)中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法粒子濾波器算法的流程圖。粒子濾波算法實(shí)質(zhì)上是遞歸貝葉斯濾波的蒙特卡羅模擬實(shí)現(xiàn)。序貫重要性采樣算法(SIS，Sequential Importance Sampling)是粒子濾波的基礎(chǔ)。在序貫重要性采樣算法中，一個(gè)普遍存在的問題是退化現(xiàn)象，可能經(jīng)過幾次迭代后，只有一個(gè)粒子權(quán)值很大，其余的粒子只有微小權(quán)值，可以忽略不計(jì)，使得算法的結(jié)果不能充分表達(dá)出所期望的后驗(yàn)概率密度函數(shù)。重采樣是另一種消除退化現(xiàn)象的有效方法。重采樣的目的就是丟棄權(quán)重小的粒子，復(fù)制權(quán)重大的粒子。重采樣雖然能夠減少退化現(xiàn)象，但是也帶來了另一個(gè)負(fù)面作用粒子耗盡現(xiàn)象，又稱作采樣枯竭問題。即具有較大權(quán)值的粒子被多次選取，采樣結(jié)果中包含了許多重復(fù)的粒子，從而降低了粒子的多樣性。對(duì)SIS算法加入重采樣后成為SIRF (Sampling Importance Resampling Filter)算法。圖4中即為該算法的流程圖。其實(shí)施方法如下(1)初始化從先驗(yàn)概率密度函數(shù)ρ (X。)中采樣產(chǎn)生初始粒子集{^。，N為粒子數(shù)目，所有粒子的初始權(quán)值都為1/N ；(2)粒子采樣根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)移方程式采樣得到k時(shí)刻粒子(k時(shí)刻獲得的新狀態(tài))， 加入到初始粒子集合中，得到當(dāng)前時(shí)刻粒子集合；(3)權(quán)值計(jì)算根據(jù)k時(shí)刻的觀測(cè)值、觀測(cè)方程、重要性函數(shù)以及上一時(shí)刻的權(quán)值計(jì)算k時(shí)刻的粒子集所對(duì)應(yīng)的權(quán)值，再將粒子權(quán)值歸一化處理，得到歸一化后的權(quán)值；(4)重采樣根據(jù)一定的重采樣準(zhǔn)則對(duì)當(dāng)前(k時(shí)刻)粒子集進(jìn)行重采樣，產(chǎn)生一組新的粒子集，把這組新的粒子集作為下一時(shí)刻(k+Ι時(shí)刻)的初始粒子集；(5)得到狀態(tài)估計(jì)根據(jù)k時(shí)刻的粒子集和權(quán)重得到k時(shí)刻的狀態(tài)估計(jì)值；(6)令k = k+Ι，重復(fù)步驟⑵ (5)，得到下一時(shí)刻(k+Ι時(shí)刻)的狀態(tài)估計(jì)值。該算法采用基于FPGA嵌入IP軟核的SOPC技術(shù)實(shí)現(xiàn)固化到智能數(shù)字光端機(jī)的硬件中。運(yùn)動(dòng)跟蹤和數(shù)據(jù)傳輸是視頻運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的核心功能，為滿足快速實(shí)時(shí)要求，利用FPGA器件、SOPC技術(shù)及外圍硬件電路設(shè)計(jì)一種能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)多路視頻的運(yùn)動(dòng)跟蹤和光傳輸控制的設(shè)備。其中包含運(yùn)動(dòng)跟蹤算法模塊、光傳輸控制模塊和光發(fā)射模塊。跟蹤算法模塊對(duì)采集到的多路視頻進(jìn)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)與跟蹤；光傳輸控制模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)跟蹤模塊輸出的結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換，光發(fā)射模塊將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)輸出。本方法設(shè)計(jì)的一臺(tái)視頻運(yùn)動(dòng)跟蹤傳輸器可實(shí)現(xiàn)對(duì)多路視頻的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)跟蹤與傳輸，因而對(duì)于大范圍、多監(jiān)控點(diǎn)的分布式復(fù)雜場(chǎng)景的視頻監(jiān)控，這種實(shí)現(xiàn)方案突出的優(yōu)點(diǎn)就是成本低、實(shí)時(shí)性高。
權(quán)利要求
1.一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征是，包括多路前端攝像頭，多路前端攝像頭連接嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)通過光傳輸系統(tǒng)與終端控制系統(tǒng)連接，同時(shí)嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)通過其本地VGA顯示接口連有視頻監(jiān)視器；所述的嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，包括輸入信息的信號(hào)采集單元，信號(hào)采集單元連接運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元，信號(hào)經(jīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元分析處理后通過光傳輸控制單元傳至光傳輸系統(tǒng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征是，所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元包括YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊、RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊，YCbCr-RGB轉(zhuǎn)換模塊將視頻YCbCr信號(hào)轉(zhuǎn)換為RGB信號(hào)，RGB-灰度圖像轉(zhuǎn)換模塊將RGB圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模塊將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的區(qū)域從復(fù)雜背景中提取出來，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤模塊對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行跟蹤。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征是，所述的嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)為智能數(shù)字光端機(jī)，智能數(shù)字光端機(jī)上還設(shè)有本地 LCD顯示接口和本地VGA顯示接口。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)，其特征是，所述的終端控制系統(tǒng)包括接收光端機(jī)，視頻監(jiān)視顯示器，中心服務(wù)器，接收光端機(jī)接收來自前端嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)發(fā)送的光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，中心服務(wù)器根據(jù)收到的跟蹤果數(shù)據(jù)和預(yù)定的規(guī)則完成啟動(dòng)報(bào)警的判斷與抉擇，或者由此產(chǎn)生反饋控制信號(hào)再傳輸?shù)角度胧街悄芤曨l分析系統(tǒng)的跟蹤系統(tǒng)，用來控制云臺(tái)使攝像頭跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
5.權(quán)利要求1所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控方法， 其特征是，步驟為前端攝像頭采集到得視頻信號(hào)送到嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)的信號(hào)采集單元對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把轉(zhuǎn)換后的數(shù)字視頻信號(hào)送到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，光傳輸控制單元將結(jié)果數(shù)據(jù)通過光傳輸系統(tǒng)送到終端控制系統(tǒng)，終端控制系統(tǒng)根據(jù)事先設(shè)定好的規(guī)則判斷是否告警，同時(shí)視頻信號(hào)發(fā)送到本地的視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征是，所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)采用幀間差分算法，先將視頻彩色圖像轉(zhuǎn)換為灰度圖像，將當(dāng)前時(shí)刻視頻幀和背景圖像進(jìn)行差分運(yùn)算，提取出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)區(qū)域的位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的監(jiān)控方法，其特征是，所述的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤用粒子濾波器算法，具體為先通過初始化產(chǎn)生初始粒子集i^H ；再經(jīng)過采樣獲得當(dāng)前時(shí)刻的粒子集合Jr^t1，并計(jì)算各粒子的歸一化權(quán)重；然后通過重采樣對(duì)當(dāng)前粒子集進(jìn)行更新，作為下一時(shí)刻的初始粒子，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻的粒子集和權(quán)重估計(jì)當(dāng)前時(shí)刻的狀態(tài)、= IhoJt，即當(dāng)前時(shí)刻運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度和位移的估計(jì)值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于嵌入式、光傳輸?shù)膹?fù)雜場(chǎng)景目標(biāo)運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)及其監(jiān)控方法，前端攝像頭采集到得視頻信號(hào)送到嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)，嵌入式智能視頻分析系統(tǒng)的信號(hào)采集單元對(duì)模擬的視頻信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后把數(shù)字視頻信號(hào)送到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤單元進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與跟蹤，光傳輸控制單元將結(jié)果數(shù)據(jù)通過光傳輸系統(tǒng)送到終端控制系統(tǒng)，終端控制系統(tǒng)根據(jù)事先設(shè)定好的規(guī)則判斷是否告警，同時(shí)視頻信號(hào)發(fā)送到本地的視頻監(jiān)視器實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控視頻。本發(fā)明相對(duì)于傳統(tǒng)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本低，可靠性高，具有較低的漏報(bào)誤報(bào)率，及時(shí)告警，實(shí)現(xiàn)無人值守全天候的智能監(jiān)控。
文檔編號(hào)H04N7/18GK102291574SQ20111025442
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月31日
發(fā)明者吳昌磊, 李慶華, 王曉芳, 王磊, 甄易 申請(qǐng)人:山東輕工業(yè)學(xué)院