专利名称：基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及智能视频监控领域，尤其是一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法及系统。
背景技术：
随着国民经济的发展和经济全球化进程的加快，安防产业迅速发展，每一个城市都有上万只摄像头，这些摄像头在城市的安防中起着举足轻重的作用，一旦发生警情，如何快速的从视频储存资源中准确地搜索相关信息，并使得视频监控设备准确地跟踪疑犯，成为公安人员比较棘手的问题。随着计算机视觉和数字图像处理技术在目标跟踪中的应用， 智能视频监控技术(IVT Intelligent Video Technology)也就应运而生。IVT就是用计算机代替大脑、摄像头代替眼睛，由计算机智能分析摄像头获取的图像序列，理解监控场景中的内容。与传统视频监控系统相比，IVT有明显的优势，不仅能减少监控人员的数量、降低成本，而且能快速准确的进行资源调度。多球机联动目标跟踪系统是一项非常具有实用价值的智能视频监控技术，其主要难点是如何处理运动目标从临界区域进入对应球机的监控视野后的检测和跟踪、确保对大场景内的运动目标进行联动跟踪，以及始终保持被跟踪目标位于球机视野的中央区域。一种解决方法是采用背景稳定技术，通过背景建模后的运动目标检测与匹配或者光流等算法对目标进行反向运动补偿，从而实现对同一个目标的持续跟踪，由于涉及到图像背景稳定环节，运算较为复杂，达不到实时性的要求；另一种解决方法是得到目标的当前位置之后， 利用特征点(如角点等)匹配方法将目标的前后帧进行拼接运算，在拼接图像中，计算前后帧之间的位移量，从而来控制摄像机的运动，由于这种方法涉及到图像拼接，复杂度较大， 同时针对不同的场景，拼接匹配的精度也不相同。
发明内容
本发明的首要目的在于提供一种鲁棒性强、能够实时跟踪运动目标、扩大监控范围的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤
(1)获取球机监控场景内的初始图像序列，利用背景减法对初始图像序列进行分析处理，得到运动目标的初始位置和大小；
(2)利用改进的Meanshift算法跟踪检测到的运动目标；
(3 )采用模糊控制方法控制球机转动，使运动目标大致保持在球机的中心范围； (4)当运动目标进入多个球机的公共监控区域时，多个球机进入检测待跟踪状态，若运动目标离开公共监控区域并进入某个球机视野时，启动相应球机，返回步骤(1)对运动目标进行跟踪。本发明的另一目的在于提供一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪系统，包括
球机目标检测模块，获取固定监控场景的初始图像序列，根据初始图像序列结合背景减法检测到运动目标，得到运动目标的初始位置和目标的颜色分布模型，并将运动目标信息发送至球机目标跟踪模块；
球机目标跟踪模块，获取运动目标信息，利用改进的Meanshift算法实时跟踪运动目
标；
球机模糊控制模块，计算运动目标在前后帧或多帧中的运动矢量，根据模糊控制方法， 得出球机转动的方位模糊控制量，对球机进行模糊控制。由上述技术方案可知，由于单球机的跟踪范围有限，而且现有球机对目标检测、跟踪的实时性与鲁棒性并没有达到实际应用的需求，本发明通过架设多个球机，并且让相邻两球机之间有公共监控区域，通过对运动目标的检测、实时跟踪和模糊控制，实现多球机的联动目标跟踪，从而保证了监控区域的安全，本发明大大提高了鲁棒性，扩大了监控范围。
图1是本发明的工作流程图2是本发明中单球机的主动跟踪流程图； 图3是运动目标区域分块示意图； 图4是球机的布置场景示意图； 图5是本发明的功能模块示意图。
具体实施例方式一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)获取球机监控场景内的初始图像序列，利用背景减法对初始图像序列进行分析处理，得到运动目标的初始位置和大小；(2)利用改进的Meanshift算法跟踪检测到的运动目标；(3)采用模糊控制方法控制球机转动，使运动目标大致保持在球机的中心范围； (4)当运动目标进入多个球机的公共监控区域时，多个球机进入检测待跟踪状态，若运动目标离开公共监控区域并进入某个球机视野时，启动相应球机，返回步骤(1)对运动目标进行跟踪，如图1、2所示。如图5所示，本系统包括三个模块球机目标检测模块，获取固定监控场景的初始图像序列，根据初始图像序列结合背景减法检测到运动目标，得到运动目标的初始位置和目标的颜色分布模型，并将运动目标信息发送至球机目标跟踪模块；球机目标跟踪模块，获取运动目标信息，利用改进的Meanshift算法实时跟踪运动目标；球机模糊控制模块，计算运动目标在前后帧或多帧中的运动矢量，根据模糊控制方法，得出球机转动的方位模糊控制量，对球机进行模糊控制。
如图4所示，所架设的多个球机的两相邻球机之间有公共监控区域，当运动目标 Okn从区域Ji运动到公共区域4时，球机P2启动并初始化背景准备检测物体，为后续的跟踪提供条件。一旦运动目标从公共区域J2进入到区域J3时，球机尸2继续采用改进的 Meanshift算法和模糊控制方法实时跟踪运动目标Oijl。同理当运动目标0切1从区域4 进入公共区域34 ,再运动到区域中,球机P3作出同样的反应。以下结合图1、2、3、4、5对本发明作进一步的说明。上电初始化，球机各项参数固定，球机目标检测模块获取球机监控场景内的初始
图像序列，根据初始图像序列，采用背景减法检测到运动目标，得到运动目标的初始位置和
颜色分布模型。采用背景减法检测运动目标的公式如下
权利要求
1.一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，该方法包括下列顺序的步骤(1)获取球机监控场景内的初始图像序列，利用背景减法对初始图像序列进行分析处理，得到运动目标的初始位置和大小；(2)利用改进的Meanshift算法跟踪检测到的运动目标；(3 )采用模糊控制方法控制球机转动，使运动目标大致保持在球机的中心范围；(4)当运动目标进入多个球机的公共监控区域时，多个球机进入检测待跟踪状态，若运动目标离开公共监控区域并进入某个球机视野时，启动相应球机，返回步骤(1)对运动目标进行跟踪。
2.根据权利要求1所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于上电初始化，球机各项参数固定，球机目标检测模块获取球机监控场景内的初始图像序列，根据初始图像序列，采用背景减法检测到运动目标，得到运动目标的初始位置和颜色分布模型；获得运动目标的初始位置和颜色分布模型后，球机目标跟踪模块利用改进的Meanshift算法实时跟踪运动目标；球机模糊控制模块计算运动目标在前后帧或多帧中的运动矢量，根据模糊控制方法，得出球机转动的方位模糊控制量，对球机进行模糊控制。
3.根据权利要求2所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于采用背景减法检测运动目标的公式如下
4.根据权利要求2所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于采用改进的Meanshift算法跟踪运动目标的公式如下设有特征集σ, 和1(0分别为目标和背景中特征值为的像素总个数，定义其概率为禾口
5.根据权利要求2所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于以目标的中心位置与图像中心位置的距离矢量作为模糊控制的模糊距离矢量， 根据模糊控制矢量与计算机模糊控制规则的关系，得出球机转动的方位模糊控制量，从而实现球机的跟踪控制，算法如下设图像中心点C的坐标为(Λ必)，目标重心坐标为则跟踪位置矢量为；=C^-Xji+}，设视野中心范围的半径为λ，当Fl^表示目标在球机视野中心范围内，否则，表示目标即将离开视野中心范围，球机根据位置矢量的角度控制球机的转动。
6.根据权利要求2所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于在运动目标出现部分遮挡时，将运动目标所处区域划分为若干个重叠的子块，分别利用改进的Meanshift算法对各个子块进行迭代跟踪，找出匹配度较高的子块，并以该子块位置作为运动目标的最终定位。
7.根据权利要求3所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，其特征在于对经背景减法获得的前景图像进行预处理，首先对前景图像进行形态学腐蚀，去除前景图像中的噪声点；然后对前景图像进行形态学膨胀，消除前景图像中的一些孔洞，增强前景图像中运动目标的连通性。
8.一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪系统，包括球机目标检测模块，获取固定监控场景的初始图像序列，根据初始图像序列结合背景减法检测到运动目标，得到运动目标的初始位置和目标的颜色分布模型，并将运动目标信息发送至球机目标跟踪模块；球机目标跟踪模块，获取运动目标信息，利用改进的Meanshift算法实时跟踪运动目标；球机模糊控制模块，计算运动目标在前后帧或多帧中的运动矢量，根据模糊控制方法， 得出球机转动的方位模糊控制量，对球机进行模糊控制。
9.根据权利要求8所述的基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪系统，其特征在于所架设的多个球机的两相邻球机之间有公共监控区域。
全文摘要
本发明涉及一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪方法，该方法包括获取球机监控场景内的初始图像序列，进行分析处理，得到运动目标；跟踪检测到的运动目标；采用模糊控制方法控制球机转动，使运动目标大致保持在球机的中心范围；当运动目标进入多个球机的公共监控区域时，多个球机进入检测待跟踪状态，若运动目标离开公共监控区域并进入某个球机视野时，启动相应球机，返回第一步对运动目标进行跟踪。本发明还公开了一种基于改进的Meanshift算法的多球机联动目标跟踪系统。本发明通过对运动目标的检测、实时跟踪和模糊控制，实现多球机的联动目标跟踪，大大提高了鲁棒性，扩大了监控范围。
文档编号G06T7/20GK102497505SQ201110403590
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者周金旺, 张崴, 张珂, 戴冲, 曾杰, 李彤 申请人:合肥博微安全电子科技有限公司