多目標識別與跟蹤技術的實現(xiàn)

單球機跟蹤技術

慧聰安防網(wǎng)訊 多目標識別與跟蹤技術的實現(xiàn)，是以單球機智能跟蹤技術系統(tǒng)作為基礎的，因此市場上可見到的具有多目標識別與跟蹤產(chǎn)品的廠商，往往都會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關鍵點，主要是智能算法、球機控制技術這兩部分。

智能算法的關鍵是對包含運動目標的圖像序列進行分析處理，其核心技術就是對場景中活動目標的檢測、跟蹤、識別，以及進一步的行為分析及事件檢測。目標跟蹤的目的就是通過對視頻數(shù)據(jù)的處理與分析，將圖像序列中不同幀內(nèi)同一運動目標關聯(lián)起來，從而計算出目標的運動參數(shù)，如位置、速度、加速度以及運動軌跡等。

基于多目標識別與跟蹤技術的視頻監(jiān)控應用文/江浩現(xiàn)有的運動目標檢測方法可以歸納為四種：背景減除法、時間差分法、光流法和運動能量法。這些算法在現(xiàn)有的各類智能視頻分析產(chǎn)品中已經(jīng)有廣泛的應用，表現(xiàn)形態(tài)為絆線入侵、區(qū)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。

如要實現(xiàn)對目標的跟蹤，需要應用一些數(shù)學工具，在連續(xù)的圖像幀間創(chuàng)建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關特征的對應匹配關系。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;另外也可以通過跟蹤空間(二維或三維)、跟蹤目標類別(人、汽車等)、攝像機狀態(tài)(運動或固定)等方面進行分類。

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

多目標跟蹤技術

多目標識別與跟蹤技術是以單球機智能跟蹤作為基礎，能夠同時實現(xiàn)對大范圍內(nèi)多個活動目標的智能識別與跟蹤，并對其中單個目標進行智能跟蹤的技術。

多目標識別與跟蹤技術在應用中，通常使用一臺固定攝像機，對廣域范圍內(nèi)目標進行的智能行為分析，并將同時監(jiān)控的多個目標按照既定的策略進行排序，并按照先后順序，指揮智能跟蹤球機逐個跟蹤監(jiān)控目標。與單目標跟蹤相比，多目標跟蹤技術的關鍵點是數(shù)據(jù)關聯(lián)問題，即建立一個統(tǒng)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，實現(xiàn)聯(lián)動跟蹤。

多目標跟蹤的過程可以劃分為以下幾部分：

數(shù)據(jù)關聯(lián)：在觀測數(shù)據(jù)和目標之間建立起對應關系

常見的方法有最近鄰算法、聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關聯(lián)濾波器、多假設跟蹤算法。

狀態(tài)估計：每個目標根據(jù)其對應的觀測進行狀態(tài)估計

多目標識別與跟蹤技術的產(chǎn)品形態(tài)

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

坐標傳遞：在主攝像機和球機間建立統(tǒng)一的坐標系

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

另外，多目標跟蹤技術在實際的應用中，還需要重點優(yōu)化和改進以下方面：提升算法的效率，以實現(xiàn)同時能夠跟蹤盡量多的目標;需要改進算法的抗干擾性能，以減輕光線變化、影子、目標間遮擋等常見的干擾因素;需要能夠?qū)γ總€目標排定警戒優(yōu)先級，以使球機在跟蹤時能夠及時切換到威脅等級更高的目標。

多目標識別與跟蹤技術的產(chǎn)品形態(tài)

多目標識別與跟蹤產(chǎn)品目前在市場上可見的產(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，是指通過獨特的模具設計，在球機上方嵌入一個廣角攝像機，通過內(nèi)部的連線，實現(xiàn)一個可以完全獨立安裝和使用的一體化多目標跟蹤系統(tǒng)。由于槍機的位置固定在球機內(nèi)不可移動，因此在算法上更加容易實現(xiàn)，在場景匹配和目標坐標傳遞方面有良好的精度。

獨立型產(chǎn)品是目前市場上比較常見的產(chǎn)品形態(tài)。通常是在NVS、DVR中提供該項功能，或是設計一款專用的視頻處理分析器，通過現(xiàn)場接線連接槍機和球機，通過平臺軟件的配置，實現(xiàn)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，可以兼容不同廠商的各類攝像機，包括標清、高清、模擬型、網(wǎng)絡型的槍機、球機，不僅適用于新建的監(jiān)控系統(tǒng)，也適用于現(xiàn)有監(jiān)控系統(tǒng)的升級改造，在方案設計和系統(tǒng)建設中具有高度的靈活性，未來可能會得到更大的發(fā)展。

多目標識別與跟蹤技術的發(fā)展與改進

多目標識別與跟蹤作為一項新興的技術，從出現(xiàn)至今，始終在根據(jù)市場的需求不斷的改進和提升。我們可以嘗試從大安防的角度，分析該技術未來可能的主要發(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，決定了當前畫面是否能始終跟蹤危險等級最高的目標，避免多目標時球機只按照簡單的輪換順序進行跟蹤，從而有效提升產(chǎn)品的應用價值。提高該能力的有效方法，一是在場景中設立多條警戒線、區(qū)域的識別規(guī)則，二是可以考慮引入目標行為特征的分析技術，將手中提包、某種衣著顏色、急速奔跑等目標特征作為判斷優(yōu)先級的依據(jù)。

更有效的對抗環(huán)境中的各種干擾因素

多目標監(jiān)控系統(tǒng)更多的會應用于機場、廣場、道路等室外開闊地域，經(jīng)常會面對著局部強光、黑夜、大風、大雨、霧霾、地面積水等不良的監(jiān)控環(huán)境，需要智能算法不斷的進行針對性的調(diào)整與改進，以確保在各種真實環(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，通過多視角跟蹤多目標，來克服遮擋，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(jiān)控系統(tǒng)中，對于機場、廣場等目標眾多，監(jiān)控地域廣大的場景，如果能夠?qū)崿F(xiàn)單槍機+多臺球機的組合，將會有效的提升在復雜環(huán)境中對多個高安保等級目標的同時監(jiān)控能力，這將對當前產(chǎn)品的技術層級是很大的提升。

另外，球機之間的聯(lián)動跟蹤、接力跟蹤，也是行業(yè)中關注的一項熱點技術。配合電子地圖的使用，能夠容易的實現(xiàn)對園區(qū)等場景的無縫式跟蹤，并實現(xiàn)目標軌跡描繪、犯罪行為預警等高等級的安保需求。

結(jié)束語

多目標識別與跟蹤技術在監(jiān)控市場中還屬于新興的技術類型，但已經(jīng)呈現(xiàn)出良好的市場發(fā)展勢頭和廣闊的市場前景。相信隨著技術研究的不斷深入，會有越來越多的廠商和產(chǎn)品加入到這一領域，共同推進這一市場的蓬勃發(fā)展。