一种高速公路运动目标跟踪方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能交通监控技术，特别是涉及一种高速公路智能交通监控系统中的 运动目标跟踪方法与系统。
【背景技术】
[0002] 随着经济的发展，交通运输技术的进步，对视频监控的需求也随之快速增长，人工 监视已远远满足不了交通监控的需求，智能化视频监控技术的需求变得十分迫切。
[0003] 近年来，计算机硬件性能的长足发展，使嵌入式设备具备了更快的处理速度、更大 的存储能力，是嵌入式智能视频监控系统的前端眼睛和大脑，为降低整个系统的复杂度、提 升系统的传输能力和分析能力起了关键的作用。目标跟踪广泛应用在视频监控中，是后期 行为分析、目标识别、分类的基础，准确、稳定的对感兴趣目标进行实时跟踪，是智能视频监 控领域的一个具有挑战性的课题，尤其是在复杂场景中，对多目标进行稳定实时的跟踪，存 在遮挡、相互融合等复杂情形，使其更加具有挑战性。高速公路上，路线长，车辆行驶速度较 快，瞬息万变，异常行为事件的发生对高速公路的畅通行驶有着极大的影响，甚至可能导致 严重的交通事故、财产损失和人身伤害，因此，智能地跟踪高速公路上的运动目标，检测出 异常事件，对预防事故的发生有着极为重要的意义。
【发明内容】
[0004] 本发明首先要解决的技术问题是提供一种高速公路运动目标跟踪方法，通过自适 应匹配的方法对运动目标进行匹配实现运动目标跟踪功能。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种高速公路运动目标跟踪方 法，该方法将跟踪装置沿车辆行驶方向安装在高速公路的通道上方，并包括以下步骤：
[0006] 1)标记感兴趣区域和车辆行驶方向；
[0007] 2)获取当前帧运动目标；
[0008] 3)获取前一帧正在跟踪的目标队列，与当前帧进行搜索匹配，如果存在匹配，则计 算与运动目标的相似度，找到一个最相似的加入正在跟踪的目标队列并更新（如何更新）；
[0009] 4)获取前一帧待跟踪目标队列，在当前帧进行搜索匹配，如果存在匹配，则计算与 剩下的运动目标的相似度，找到一个最相似的加入待跟踪的目标队列，同时更新待跟踪计 数，如果计数大于一定值，则将其放到正在跟踪队列；如果不存在匹配，则将其移出待跟踪 队列；
[0010] 5)获取前一帧丢失跟踪的目标队列，在当前帧进行搜索匹配，如果存在匹配，则计 算与剩下的运动目标的相似度，找到一个最相似的移入正在跟踪队列，如果不存在匹配，则 更新丢失帧数，当丢失达到一定帧数时，将其移出丢失跟踪队列；
[0011] 6)将剩下的运动目标放入待跟踪队列，并初始化，用于下一帧跟踪。
[0012] 在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术 方案：
[0013] 所述步骤3)中的前一帧正在跟踪目标队列是指稳定跟踪达到或超过tl帧，并且 上一帧还在继续跟踪的目标；每个在跟踪目标队列中的运动目标包含的信息包括：在前一 帧的位置、速度和大小，在前一帧中所处位置的归一化直方图。
[0014] 所述步骤4)中的前一帧待跟踪目标队列是指稳定跟踪小于tl帧，并且上一帧还 在继续跟踪的目标；每个在待跟踪目标队列中的运动目标包含的信息包括：在前一帧的位 置、速度和大小，在前一帧中所处位置的归一化直方图。
[0015] 所述步骤5)中的前一帧丢失跟踪目标队列是指稳定跟踪达到或超过tl帧，最近 连续丢失跟踪小于t2帧；每个在丢失跟踪目标队列中的运动目标包含的信息包括：在前一 帧的位置、速度和大小，在前一帧中所处位置的归一化直方图。
[0016] 所述步骤3)、4)、5)中的在当前帧进行搜索匹配是指，结合目标行驶方向和跟踪 装置悬挂方式确定目标大小和速度的变化趋势，如果目标行驶方向靠近跟踪装置，则认为 目标大小和速度均有逐渐变大的趋势，如果目标行驶方向远离跟踪装置，则认为目标大小 和速度均有逐渐变小的趋势，根据目标在前一帧的位置、速度和大小等信息，结合变化趋 势，在当前帧对应的位置范围内进行搜索，利用归一化直方图进行匹配，如果直方图相似度 大于阈值t3,并且大小和速度符合变化趋势，则认为存在匹配目标。
[0017] 所述步骤4)中的匹配具体是指：比较匹配目标与当前帧运动目标的位置与直方 图匹配，选取最匹配的运动目标调整匹配目标的位置、大小和直方图，如果运动目标的大小 大于匹配目标大小的1. 5倍，则将运动目标分裂成两块，一块作为匹配上的目标放入相应 队列，另一块作为新的运动目标；否则直接放入相应队列。
[0018] 所述步骤5)中的匹配具体是指：如果正在跟踪目标在当前帧不存在匹配，则移入 丢失跟踪队列，并将丢失跟踪计数计为1 ;如果丢失跟踪的目标在当前帧存在匹配，则移入 正在跟踪队列；如果丢失跟踪的目标在当前帧不存在匹配，则丢失跟踪计数加1，当丢失跟 踪计数大于阈值t4,则移出队列；如果待跟踪目标在当前帧存在匹配，则待跟踪计数加1， 当待跟踪计数大于阈值t5,则移入正在跟踪队列；如果待跟踪目标在当前帧不存在匹配， 则移出队列。
[0019] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种高速公路运动目标跟踪系统，该系 统能够实现上述方法，所述系统装置包括用于设置图像中的感兴趣区域和车辆行驶方向的 规则设置单元，用于采集监控图像的图像采集单元，用于获取当前帧运动目标，调整在当前 帧搜索匹配到的跟踪目标位置、大小、归一化直方图等信息的运动目标检测单元，用于处理 正在跟踪的目标队列的跟踪队列处理单元，用于处理丢失跟踪的目标队列的丢失跟踪队列 处理单元，用于处理待跟踪的目标队列的待跟踪队列处理单元以及用于处理新出现的运动 目标并初始化的新目标处理单元；所述规则设置单元与所述图像采集单元连接，所述图像 采集单元连接至所述运动目标检测单元，所述运动目标检测单元分别与所述跟踪队列处理 单元、丢失跟踪队列处理单元以及待跟踪队列处理单元连接，所述跟踪队列处理单元、丢失 跟踪队列处理单元以及待跟踪队列处理单元的输出端连接至新目标处理单元。
[0020] 在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用以下进一步的技术 方案：
[0021] 所述跟踪队列处理单元、丢失跟踪队列处理单元以及待跟踪队列处理单元各自包 括搜索匹配模块、目标调整模块和队列更新模块，所述搜索匹配模块用于在当前帧搜索匹 配跟踪目标的匹配目标；所述目标调整模块使用检测到的运动目标调整匹配目标的位置、 速度、大小、归一化直方图等信息；所述队列更新模块用于根据搜索匹配模块和目标调整模 块的结果对当前跟踪队列进行处理，包括更新队列中的目标、对目标进行队列调整和初始 化。
[0022] 本发明的有益效果是：本发明提出的一种高速公路运动目标跟踪方法与凶是一个 一体化的解决方案，具体有如下创新：1、根据高速公路上车辆行驶的特性，在一块感兴趣区 域只设置车辆的单向行驶方向，结合摄像头架设角度与车道的关系，通过人为设置车辆的 正向行驶方向，能够有效得到车辆在行驶过程中的特征变化趋势，从而在目标搜索匹配阶 段减少目标搜索的区域、减少搜索所需的模板，在较大程度上提高了跟踪的准确性和效率。 2、将跟踪目标分成三类：正在跟踪、待跟踪和丢失跟踪；新目标只有经过一定帧数的连续 跟踪才能进入跟踪队列，从而减少了误跟踪物体；目标只有消失一定帧数之后，才会被移出 跟踪队列，较好的解决了目标遮挡的问题。3、利用检测到的运动目标对匹配目标进行反馈， 当运动目标的大小大于匹配目标的1. 5倍时，分裂运动目标，一部分放入相应跟踪队列，另 一部分最为新的运动目标，从而能够较好的解决目标在运动过程中相互遮挡和融合的问 题。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的目标跟踪方法的流程图。
[0024] 图2是本发明的目标跟踪系统的结构图。
【具体实施方式】
[0025] 实施例1，一种高速公路运动目标跟踪方法，参照附图1。
[0026] 本发明首先要将带有跟踪功能的摄像头（即跟踪装置）挂在高速公路上方的横杆 上，如果监控单向通道，则挂在单向通道中央，平行于高速公路，标记单向通道的区域范围， 并标记车辆行驶方向；如果监控双向通道，则挂在双向通道的中央，平行于高速公路，分别 标记双向通道的区域范围和车辆行驶方向。
[0027] 在标记步骤完成后，通过基于混合高斯背景建模的运动目标检测方法获取当前帧 运动目标。
[0028] 获取前一帧正在跟踪的目标队列，假设相邻两帧之间的间隔时间为单位1，计算得 到前一帧目标的速度为：
[0030] 其中，w为前一帧的即时速度，（xt i，yt i)，（Xt 2, yt 2)分别是最近两帧所处 的位置。
[0031] 计算得到前一帧目标的大小，即目标区域的总像素数。
[0032] 在当前帧进行搜索匹配：在高速公路上，车辆的运动速度变化不大，因此，在单向 通道上，运动目标的像素速度和目标大小的变化趋势一致。计算最近两帧运动目标大小变 化趋势SCjP速度变化趋势VC t:
[0035] 其中S为目标大小即目标包含的像素数。
[0036] 因此，按照过往的目标大小和速度变化趋势来预测当前帧的搜索位置LSt以及搜 索模板的大小：
[0039] 将预测位置作为搜索中心，当前位置到预测位置的距离作为半径，进行搜索。搜索 模板的范围为（0. 5*st，I. 5*St)，模板的变化尺度为1. 1，利用归一化直方图进行匹配，找 到最匹配的目标proTar