一种视频图像序列中运动目标跟踪装置的制造方法
专利名称:一种视频图像序列中运动目标跟踪装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，它涉及一种跟踪系统。图像序列源管理模块接目标跟踪控制模块，目标跟踪控制模块分别与目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块连接，用户操作模块与目标管理模块连接，所述目标跟踪控制模块由图像跟踪器、操控台、监视器、伺服系统、三轴稳定平台和光学系统与摄像机组成，图像跟踪器与操控台连接，图像跟踪器还接监视器，操控台依次接伺服系统、三轴稳定平台、光学系统与摄像机至图像跟踪器。本实用新型利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提高跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性。
【专利说明】
一种视频图像序列中运动目标跟踪装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种跟踪系统，尤其涉及一种视频图像序列中运动目标跟踪装置。
【背景技术】
[0002]视频序列图像目标的跟踪问题是机器视觉研究中的一个重要分支，是高级机器视觉研究的基础，有着广泛的应用，如视频监视、智能交通、军事制导等，模板匹配跟踪算法对刚体目标具有良好的跟踪性能，但是对非刚体目标，鲁棒性较差。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种视频图像序列中运动目标跟踪装置。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，结构设计合理，利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提高跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性，实用性强，易于推广使用。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，包括图像序列源管理模块、目标跟踪控制模块、目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块和用户操作模块，图像序列源管理模块接目标跟踪控制模块，目标跟踪控制模块分别与目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块连接，用户操作模块与目标管理模块连接，所述目标跟踪控制模块由图像跟踪器、操控台、监视器、伺服系统、三轴稳定平台和光学系统与摄像机组成，图像跟踪器与操控台连接，图像跟踪器还接监视器，操控台依次接伺服系统、三轴稳定平台、光学系统与摄像机至图像跟踪器，所述图像跟踪器包括中心处理板和多个图像处理板，光学系统与摄像机接中心处理板，中心处理板与操控台双向连接，中心处理板接监视器，中心处理板通过系统总线与多个图像处理板双向连接，图像跟踪器要完成图像采集及预处理、目标的识别、定位和跟踪，通过中心控制单元接收来自操控台的控制命令，输出跟踪指令给伺服系统，协调和管理各功能单元的工作。
[0006]作为优选，所述的中心处理板由视频信号处理单元、系统时基同步单元和中心控制单元组成，图像处理板采用DSP图像处理单元，系统时基同步单元分别与视频信号处理单元、中心控制单元连接，视频信号处理单元、系统时基同步单元均与多个DSP图像处理单元连接，中心控制单元与DSP图像处理单元双向连接，视频信号处理单元接同步显示器，中心控制单元还分别与操控台、伺服系统双向连接。
[0007]作为优选，所述的DSP图像处理单元由DSP、第一图像存储器、第二图像存储器组成，考虑到系统的实时性以及商效性，第一图像存储器、第二图像存储器均采用双口 RAM，第一图像存储器的一端通过地址发生器接至系统总线，实时接收来自中心处理板的图像数据，第一图像存储器的另一端通过数据总线接DSP，DSP与第二图像存储连接，第二图像存储器用于存储上一场待处理的图像，系统工作时，第一图像存储器在场正程实时接收图像，DSP在场逆程将第一图像存储器中的图像数据快速导入到第二图像存储器中，以备在下一个场正程对其进行处理，DSP图像处理单元通过第二图像存储器中的某段双口 RAM单元同中心处理板实现数据交换。
[0008]本实用新型的有益效果是:针对相关跟踪算法的特点做了较好的改进，通过对运动目标跟踪算法的分类研究，探索和总结出一个实用的目标跟踪算法库以适应多种情况的需要，提出了基于分层搜索和模板更新准则的序贯相似性检测算法，实现跟踪系统的图像处理、运动目标的特征、跟踪方法，利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提尚跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性。
[0009]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的系统框图；
[0011 ]图2是本实用新型目标跟踪控制模块的系统框图；
[0012]图3是本实用新型图像跟踪器的原理框图；
[0013]图4是本实用新型DSP图像处理单元的原理框图。
【具体实施方式】
[0014]参照图1-4，本【具体实施方式】采用以下技术方案:一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，包括图像序列源管理模块1、目标跟踪控制模块2、目标管理模块3、跟踪信息显示模块4、跟踪信息保存模块5和用户操作模块6，图像序列源管理模块I接目标跟踪控制模块2，目标跟踪控制模块2分别与目标管理模块3、跟踪信息显示模块4、跟踪信息保存模块5连接，用户操作模块6与目标管理模块3连接，所述目标跟踪控制模块2由图像跟踪器7、操控台8、监视器9、伺服系统10、三轴稳定平台11和光学系统与摄像机12组成，图像跟踪器7与操控台8连接，图像跟踪器7还接监视器9，操控台8依次接伺服系统10、三轴稳定平台11、光学系统与摄像机12至图像跟踪器7，图像跟踪器7包括中心处理板13和多个图像处理板14，光学系统与摄像机12接中心处理板13，中心处理板13与操控台8双向连接，中心处理板13接监视器9，中心处理板13通过系统总线与多个图像处理板14双向连接。
[0015]伺服系统10主要对来自操控台8、图像跟踪器7的指令、状态和误差信号进行综合、校正等处理，形成驱动伺服平台电机转动的控制电压，实现导引头的搜索，跟踪和视轴的稳定，在跟踪的过程中，伺服系统10根据图像跟踪器7给定的目标位置信息，调整光学系统及摄像机12的空间位置，以保证被跟踪的目标始终处于成像传感器的视场中心，实现对目标的实时跟踪。
[0016]值得注意的是，所述的中心处理板13由视频信号处理单元15、系统时基同步单元16和中心控制单元17组成，图像处理板14采用DSP图像处理单元18，系统时基同步单元16分别与视频信号处理单元15、中心控制单元17连接，视频信号处理单元15、系统时基同步单元16均与多个DSP图像处理单元18连接，中心控制单元17与DSP图像处理单元18双向连接，视频信号处理单元15接同步显示器19，中心控制单元17还分别与操控台8、伺服系统10双向连接，图像跟踪器7主要完成图像采集及预处理、目标的识别、定位和跟踪，通过中心控制单元17接收来自操控台8的控制命令，输出跟踪指令给伺服系统10，协调和管理各功能单元的工作，中心处理板13负责产生系统时基、对视频信号进行A/D变换，对数字信号进行D/A变换、序列图像存储、视频叠加、面板信息处理和与其他图像处理板交换数据等工作;DSP图像处理单元18是整个图像跟踪系统的核心部分，主要功能是首先获得中心处理板13的图像数据，并对每场的图像进行处理，计算出场与场之间的目标方位变化，送回中心处理板13，这些方位变化的信息再被送至伺服系统10，以驱动相关部件，实现实时连续的目标跟踪。
[0017]此外，所述的DSP图像处理单元18由DSP20、第一图像存储器21、第二图像存储器22组成，考虑到系统的实时性以及商效性，第一图像存储器21、第二图像存储器22均采用双口RAM，第一图像存储器21的一端通过地址发生器23接至系统总线，实时接收来自中心处理板的图像数据，第一图像存储器21的另一端通过数据总线接DSP20，DSP20与第二图像存储器22连接，第二图像存储器22用于存储上一场待处理的图像，系统工作时，图像处理板上的第一图像存储器21在场正程实时接收图像，DSP20在场逆程将第一图像存储器21中的图像数据快速导入到第二图像存储器22中，以备在下一个场正程对其进行处理，图像处理板通过第二图像存储器22中的某段双口 RAM单元同中心处理板13实现数据交换。
[0018]本【具体实施方式】独立于特定的跟踪算法，能够适用于各种特定情况下的目标跟踪，为不同的跟踪算法提供相同的基础服务，如获取图像序列、获得跟踪的目标、调用跟踪算法、显示和保存跟踪结果，跟踪系统中，图像序列源管理模块I负责处理各种不同的序列图像来源，如标准压缩的avi文件，或从视频采集卡采集的实时图像等，图像序列源管理模块I把它们抽象成一个对象，在对该对象初始化后，提供读取下一帧的功能;本系统采用人机交互的方式，由操纵杆来选取、锁定跟踪目标，人机交换系统用来选取、修改和释放跟踪目标；由于在各种算法中，目标除了所占有的区域外还有许多很重要的特征，在各个不同的算法中，目标的描述方式不一样，特征也不一样，即目标与算法对应，如在Mean-Shift方法中，每个目标都有特征，这样在系统框架中设置了目标管理模块3，专门负责为特定的算法提供特定的目标描述方式;跟踪进行时，系统首先从某种序列图像源载入一帧，用户手动选择跟踪目标，系统按照用户选定的跟踪算法产生相应的目标特征，然后顺序载入下一帧，直到完成跟踪，这一过程由目标跟踪控制模块2来完成，跟踪过程中，目标位置信息的显示，由跟踪信息显示模块4来完成，如果需要对跟踪图像进行保存，则可选择跟踪信息保存模块5来逐帧保存选定的目标跟踪结果图像，以便结束后分析跟踪结果。
[0019]本【具体实施方式】的主要技术指标:
[0020]①视频输入:C⑶摄像机产生的标准电视信号。
[0021 ]②采样频率:5MHz(将图像数字化成256 X 256像素)；为进行系统扩展还提供1MHz(将图像数字化成512X512像素)。
[0022]③视窗大小:电视视窗:256X256像素;搜索窗:64X64像素;跟踪窗:64 X 64像素;灰度级:8 Bit;波门大小:32X32像素。
[0023]④系统时基、行周期:64us行正程:51.2us;场周期:20 ms场正程:16.384 ms。
[0024]⑤跟踪偏差:每20日s输出一次。
[0025]本【具体实施方式】具有人机交互功能:人机交互操作接口包括面板上的“跟踪模式”、“增”、“减”、“确认”、“伺服/电跟”、“序列存储”和“二值/多值”等按键以及“原始/数字/二值”拨动开关，另外还有带锁定键的操纵杆，显示界面包括波门、方位及俯仰坐标，阈值，跟踪方式以及系统状态，其中波门有搜索窗口和跟踪窗口两种状态，搜索窗口为矩形的四角，跟踪窗口为矩形，方位及俯仰坐标代表波门的位置坐标，坐标系是以视场中心点为原点的直角坐标，阈值部分表示涉及到阈值的跟踪算法计算出的实时闭值(积相关算法不需要阈值，所以阈值位无效)，跟踪方式表示系统正在使用的跟踪方式，系统状态表示系统所处的状态，分为“正在跟踪”、“跟踪失败”和“正在搜索” 3种状态;在显示器屏幕上，可以看到3种性质的图像，分别是原始图像、数字图像和二值图像，这三种图像的选择是通过拨动开关实现的，拨动开关的“原始图像”档用于观察摄像头采集进来的图像，“数字图像”挡用于观察经过A/D转换之后的图像，“二值图像”档用于观察数字图像与阈值比较之后得到的二值图像或者多阈值图像。
[0026]本【具体实施方式】的图像跟踪系统工作运行过程:(I)系统启动，中心处理板13与图像处理板14各自将程序导入OSP程序存储区运行，自检；
[0027](2)系统运行时，中心处理板13产生统一的同步信号输出到其后的各个图像处理板14，视频信号由视频采集器读入中心处理板13，中心处理板13对读入的视频信号进行处理，包括同步输出、数字输出、二值输出、叠加跟踪框以及输出到各图像处理板14;
[0028](3)随着操纵杆的移动，中心处理板13将坐标信号以及相关标志送给所有的图像处理板14，运行所选跟踪算法的跟踪程序的处理板随着操纵杆的移动同时输出阐值到中心处理板13;
[0029](4)各图像处理板14同时各自运行程序，一旦操纵杆锁定键按下，中心处理板13置相应的标志位，各图像处理板14按照各自的跟踪程序同时跟踪，具体跟踪方式由中心处理板13读操控台8按钮信号选择，这里分‘伺服跟踪”和“电视跟踪”两种情况:“伺服跟踪”是指中心处理板13根据图像处理板14给出的偏差信号去控制伺服系统10，使伺服系统10根据偏差带动摄像头转动，从而把被跟踪目标始终保持在视场的中心位置；“电视跟踪”是指没有伺服系统的参与时，摄像头使静止的，对目标的跟踪体现在跟踪窗随目标在视场中移动。
[0030]本【具体实施方式】跟踪系统搜索和跟踪目标的过程:
[0031 ] (I)移动操纵杆，将视场中的目标推入搜索窗，图像跟踪器7将操纵杆搜索窗口的中心点；
[0032](2)图像处理板14读取搜索窗内的图像数据进行处理，并随着搜索窗口以及十字丝中心点的移动，计算出当前波门内每场的阈值，送回中心处理板13;
[0033](3)根据图像处理板送回的阐值，可以选择观看即时的当前视场的数字图像或者二值图像，此时若操作者按下锁定键，图像跟踪器7转入自动龈踪处理，判断中心处理板13给出的跟踪模式，从而选择相应的跟踪算法进行自动跟踪，并在同步显示器19的图像上叠加相应的标志:跟踪方式标志“I”或“2”以及跟踪状态标志“T” ；
[0034](4)图像处理板14根据锁定信号读相应的图像数据处理，对锁定的目标实施跟踪，此时输出目标质心(或是匹配点)坐标给中心处理板13，中心处理板13移动跟踪框跟随目标并置跟踪的目标新坐标；
[0035](5)跟踪系统在对目标进行跟踪的过程中，若要修改目标，则人工按下锁定/释放键，跟踪器返回搜索状态，显示器上显示搜索标志“S”；
[0036](6)人工操作操纵杆，驱动摄像头，将目标推入256 X 256搜索窗，目标由CCD摄像头经A/D转换成为256级灰度图像，目标锁定后，由顺序地址发生器23在场逆程开始产生地址，并将灰度图像存入图像存储区，由正程开始，图像跟踪板读波门数据，按照中心处理板13设定的跟踪模式或自适应模式在正程内完成一次匹配，得到目标的新坐标，完成一个跟踪周期，输出的偏差通过决策分析，确定是正常跟踪还是失配，如果失配，则开始进行记忆跟踪，置偏差为O，在记忆跟踪200ms内若仍未找到目标，则认为目标真正丢失，释放目标，进行重新锁定。
[0037]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:包括图像序列源管理模块(I)、目标跟踪控制模块(2)、目标管理模块(3)、跟踪信息显示模块(4)、跟踪信息保存模块(5)和用户操作模块(6)，图像序列源管理模块(I)接目标跟踪控制模块(2)，目标跟踪控制模块(2)分别与目标管理模块(3)、跟踪信息显示模块(4)、跟踪信息保存模块(5)连接，用户操作模块(6)与目标管理模块(3)连接，所述目标跟踪控制模块(2)由图像跟踪器(7)、操控台(8)、监视器(9)、伺服系统(10)、三轴稳定平台(11)和光学系统与摄像机(12)组成，图像跟踪器(7)与操控台(8)连接，图像跟踪器(7)还接监视器(9)，操控台(8)依次接伺服系统(10)、三轴稳定平台(11)、光学系统与摄像机(12)至图像跟踪器(7)。2.如权利要求1所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的图像跟踪器(7)包括中心处理板(13)和多个图像处理板(14)，光学系统与摄像机(12)接中心处理板(13)，中心处理板(13)与操控台(8)双向连接，中心处理板(13)接监视器(9)，中心处理板(13)通过系统总线与多个图像处理板(14)双向连接。3.如权利要求2所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的中心处理板(13)由视频信号处理单元(15)、系统时基同步单元(16)和中心控制单元(17)组成，图像处理板(14)采用DSP图像处理单元(18)，系统时基同步单元(16)分别与视频信号处理单元(15)、中心控制单元(17)连接，视频信号处理单元(15)、系统时基同步单元(16)均与多个DSP图像处理单元(18)连接，中心控制单元(17)与DSP图像处理单元(18)双向连接，视频信号处理单元(15)接同步显示器(19)，中心控制单元(17)还分别与操控台(8)、伺服系统(10)双向连接。4.如权利要求3所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的DSP图像处理单元(18)由DSP(20)、第一图像存储器(21)、第二图像存储器(22)组成，第一图像存储器(21)、第二图像存储器(22)均采用双口 RAM，第一图像存储器(21)的一端通过地址发生器(23)接至系统总线，第一图像存储器(21)的另一端通过数据总线接DSP(20)，DSP(20)与第二图像存储器(22)连接。
【文档编号】G06T7/00GK205693789SQ201521012334
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2015年12月9日 公开号201521012334.7, CN 201521012334, CN 205693789 U, CN 205693789U, CN-U-205693789, CN201521012334, CN201521012334.7, CN205693789 U, CN205693789U
【发明人】熊昕, 熊茂华
【申请人】广州番禺职业技术学院
【专利摘要】本实用新型公开了一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，它涉及一种跟踪系统。图像序列源管理模块接目标跟踪控制模块，目标跟踪控制模块分别与目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块连接，用户操作模块与目标管理模块连接，所述目标跟踪控制模块由图像跟踪器、操控台、监视器、伺服系统、三轴稳定平台和光学系统与摄像机组成，图像跟踪器与操控台连接，图像跟踪器还接监视器，操控台依次接伺服系统、三轴稳定平台、光学系统与摄像机至图像跟踪器。本实用新型利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提高跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性。
【专利说明】
一种视频图像序列中运动目标跟踪装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种跟踪系统，尤其涉及一种视频图像序列中运动目标跟踪装置。
【背景技术】
[0002]视频序列图像目标的跟踪问题是机器视觉研究中的一个重要分支，是高级机器视觉研究的基础，有着广泛的应用，如视频监视、智能交通、军事制导等，模板匹配跟踪算法对刚体目标具有良好的跟踪性能，但是对非刚体目标，鲁棒性较差。
[0003]因此，本领域的技术人员致力于开发一种视频图像序列中运动目标跟踪装置。
【实用新型内容】
[0004]有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，结构设计合理，利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提高跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性，实用性强，易于推广使用。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，包括图像序列源管理模块、目标跟踪控制模块、目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块和用户操作模块，图像序列源管理模块接目标跟踪控制模块，目标跟踪控制模块分别与目标管理模块、跟踪信息显示模块、跟踪信息保存模块连接，用户操作模块与目标管理模块连接，所述目标跟踪控制模块由图像跟踪器、操控台、监视器、伺服系统、三轴稳定平台和光学系统与摄像机组成，图像跟踪器与操控台连接，图像跟踪器还接监视器，操控台依次接伺服系统、三轴稳定平台、光学系统与摄像机至图像跟踪器，所述图像跟踪器包括中心处理板和多个图像处理板，光学系统与摄像机接中心处理板，中心处理板与操控台双向连接，中心处理板接监视器，中心处理板通过系统总线与多个图像处理板双向连接，图像跟踪器要完成图像采集及预处理、目标的识别、定位和跟踪，通过中心控制单元接收来自操控台的控制命令，输出跟踪指令给伺服系统，协调和管理各功能单元的工作。
[0006]作为优选，所述的中心处理板由视频信号处理单元、系统时基同步单元和中心控制单元组成，图像处理板采用DSP图像处理单元，系统时基同步单元分别与视频信号处理单元、中心控制单元连接，视频信号处理单元、系统时基同步单元均与多个DSP图像处理单元连接，中心控制单元与DSP图像处理单元双向连接，视频信号处理单元接同步显示器，中心控制单元还分别与操控台、伺服系统双向连接。
[0007]作为优选，所述的DSP图像处理单元由DSP、第一图像存储器、第二图像存储器组成，考虑到系统的实时性以及商效性，第一图像存储器、第二图像存储器均采用双口 RAM，第一图像存储器的一端通过地址发生器接至系统总线，实时接收来自中心处理板的图像数据，第一图像存储器的另一端通过数据总线接DSP，DSP与第二图像存储连接，第二图像存储器用于存储上一场待处理的图像，系统工作时，第一图像存储器在场正程实时接收图像，DSP在场逆程将第一图像存储器中的图像数据快速导入到第二图像存储器中，以备在下一个场正程对其进行处理，DSP图像处理单元通过第二图像存储器中的某段双口 RAM单元同中心处理板实现数据交换。
[0008]本实用新型的有益效果是:针对相关跟踪算法的特点做了较好的改进，通过对运动目标跟踪算法的分类研究，探索和总结出一个实用的目标跟踪算法库以适应多种情况的需要，提出了基于分层搜索和模板更新准则的序贯相似性检测算法，实现跟踪系统的图像处理、运动目标的特征、跟踪方法，利用分层搜索来减少搜索次数，利用加权策略来更新模板，提尚跟踪的实对性、稳定性和鲁棒性。
[0009]以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型的系统框图；
[0011 ]图2是本实用新型目标跟踪控制模块的系统框图；
[0012]图3是本实用新型图像跟踪器的原理框图；
[0013]图4是本实用新型DSP图像处理单元的原理框图。
【具体实施方式】
[0014]参照图1-4，本【具体实施方式】采用以下技术方案:一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，包括图像序列源管理模块1、目标跟踪控制模块2、目标管理模块3、跟踪信息显示模块4、跟踪信息保存模块5和用户操作模块6，图像序列源管理模块I接目标跟踪控制模块2，目标跟踪控制模块2分别与目标管理模块3、跟踪信息显示模块4、跟踪信息保存模块5连接，用户操作模块6与目标管理模块3连接，所述目标跟踪控制模块2由图像跟踪器7、操控台8、监视器9、伺服系统10、三轴稳定平台11和光学系统与摄像机12组成，图像跟踪器7与操控台8连接，图像跟踪器7还接监视器9，操控台8依次接伺服系统10、三轴稳定平台11、光学系统与摄像机12至图像跟踪器7，图像跟踪器7包括中心处理板13和多个图像处理板14，光学系统与摄像机12接中心处理板13，中心处理板13与操控台8双向连接，中心处理板13接监视器9，中心处理板13通过系统总线与多个图像处理板14双向连接。
[0015]伺服系统10主要对来自操控台8、图像跟踪器7的指令、状态和误差信号进行综合、校正等处理，形成驱动伺服平台电机转动的控制电压，实现导引头的搜索，跟踪和视轴的稳定，在跟踪的过程中，伺服系统10根据图像跟踪器7给定的目标位置信息，调整光学系统及摄像机12的空间位置，以保证被跟踪的目标始终处于成像传感器的视场中心，实现对目标的实时跟踪。
[0016]值得注意的是，所述的中心处理板13由视频信号处理单元15、系统时基同步单元16和中心控制单元17组成，图像处理板14采用DSP图像处理单元18，系统时基同步单元16分别与视频信号处理单元15、中心控制单元17连接，视频信号处理单元15、系统时基同步单元16均与多个DSP图像处理单元18连接，中心控制单元17与DSP图像处理单元18双向连接，视频信号处理单元15接同步显示器19，中心控制单元17还分别与操控台8、伺服系统10双向连接，图像跟踪器7主要完成图像采集及预处理、目标的识别、定位和跟踪，通过中心控制单元17接收来自操控台8的控制命令，输出跟踪指令给伺服系统10，协调和管理各功能单元的工作，中心处理板13负责产生系统时基、对视频信号进行A/D变换，对数字信号进行D/A变换、序列图像存储、视频叠加、面板信息处理和与其他图像处理板交换数据等工作;DSP图像处理单元18是整个图像跟踪系统的核心部分，主要功能是首先获得中心处理板13的图像数据，并对每场的图像进行处理，计算出场与场之间的目标方位变化，送回中心处理板13，这些方位变化的信息再被送至伺服系统10，以驱动相关部件，实现实时连续的目标跟踪。
[0017]此外，所述的DSP图像处理单元18由DSP20、第一图像存储器21、第二图像存储器22组成，考虑到系统的实时性以及商效性，第一图像存储器21、第二图像存储器22均采用双口RAM，第一图像存储器21的一端通过地址发生器23接至系统总线，实时接收来自中心处理板的图像数据，第一图像存储器21的另一端通过数据总线接DSP20，DSP20与第二图像存储器22连接，第二图像存储器22用于存储上一场待处理的图像，系统工作时，图像处理板上的第一图像存储器21在场正程实时接收图像，DSP20在场逆程将第一图像存储器21中的图像数据快速导入到第二图像存储器22中，以备在下一个场正程对其进行处理，图像处理板通过第二图像存储器22中的某段双口 RAM单元同中心处理板13实现数据交换。
[0018]本【具体实施方式】独立于特定的跟踪算法，能够适用于各种特定情况下的目标跟踪，为不同的跟踪算法提供相同的基础服务，如获取图像序列、获得跟踪的目标、调用跟踪算法、显示和保存跟踪结果，跟踪系统中，图像序列源管理模块I负责处理各种不同的序列图像来源，如标准压缩的avi文件，或从视频采集卡采集的实时图像等，图像序列源管理模块I把它们抽象成一个对象，在对该对象初始化后，提供读取下一帧的功能;本系统采用人机交互的方式，由操纵杆来选取、锁定跟踪目标，人机交换系统用来选取、修改和释放跟踪目标；由于在各种算法中，目标除了所占有的区域外还有许多很重要的特征，在各个不同的算法中，目标的描述方式不一样，特征也不一样，即目标与算法对应，如在Mean-Shift方法中，每个目标都有特征，这样在系统框架中设置了目标管理模块3，专门负责为特定的算法提供特定的目标描述方式;跟踪进行时，系统首先从某种序列图像源载入一帧，用户手动选择跟踪目标，系统按照用户选定的跟踪算法产生相应的目标特征，然后顺序载入下一帧，直到完成跟踪，这一过程由目标跟踪控制模块2来完成，跟踪过程中，目标位置信息的显示，由跟踪信息显示模块4来完成，如果需要对跟踪图像进行保存，则可选择跟踪信息保存模块5来逐帧保存选定的目标跟踪结果图像，以便结束后分析跟踪结果。
[0019]本【具体实施方式】的主要技术指标:
[0020]①视频输入:C⑶摄像机产生的标准电视信号。
[0021 ]②采样频率:5MHz(将图像数字化成256 X 256像素)；为进行系统扩展还提供1MHz(将图像数字化成512X512像素)。
[0022]③视窗大小:电视视窗:256X256像素;搜索窗:64X64像素;跟踪窗:64 X 64像素;灰度级:8 Bit;波门大小:32X32像素。
[0023]④系统时基、行周期:64us行正程:51.2us;场周期:20 ms场正程:16.384 ms。
[0024]⑤跟踪偏差:每20日s输出一次。
[0025]本【具体实施方式】具有人机交互功能:人机交互操作接口包括面板上的“跟踪模式”、“增”、“减”、“确认”、“伺服/电跟”、“序列存储”和“二值/多值”等按键以及“原始/数字/二值”拨动开关，另外还有带锁定键的操纵杆，显示界面包括波门、方位及俯仰坐标，阈值，跟踪方式以及系统状态，其中波门有搜索窗口和跟踪窗口两种状态，搜索窗口为矩形的四角，跟踪窗口为矩形，方位及俯仰坐标代表波门的位置坐标，坐标系是以视场中心点为原点的直角坐标，阈值部分表示涉及到阈值的跟踪算法计算出的实时闭值(积相关算法不需要阈值，所以阈值位无效)，跟踪方式表示系统正在使用的跟踪方式，系统状态表示系统所处的状态，分为“正在跟踪”、“跟踪失败”和“正在搜索” 3种状态;在显示器屏幕上，可以看到3种性质的图像，分别是原始图像、数字图像和二值图像，这三种图像的选择是通过拨动开关实现的，拨动开关的“原始图像”档用于观察摄像头采集进来的图像，“数字图像”挡用于观察经过A/D转换之后的图像，“二值图像”档用于观察数字图像与阈值比较之后得到的二值图像或者多阈值图像。
[0026]本【具体实施方式】的图像跟踪系统工作运行过程:(I)系统启动，中心处理板13与图像处理板14各自将程序导入OSP程序存储区运行，自检；
[0027](2)系统运行时，中心处理板13产生统一的同步信号输出到其后的各个图像处理板14，视频信号由视频采集器读入中心处理板13，中心处理板13对读入的视频信号进行处理，包括同步输出、数字输出、二值输出、叠加跟踪框以及输出到各图像处理板14;
[0028](3)随着操纵杆的移动，中心处理板13将坐标信号以及相关标志送给所有的图像处理板14，运行所选跟踪算法的跟踪程序的处理板随着操纵杆的移动同时输出阐值到中心处理板13;
[0029](4)各图像处理板14同时各自运行程序，一旦操纵杆锁定键按下，中心处理板13置相应的标志位，各图像处理板14按照各自的跟踪程序同时跟踪，具体跟踪方式由中心处理板13读操控台8按钮信号选择，这里分‘伺服跟踪”和“电视跟踪”两种情况:“伺服跟踪”是指中心处理板13根据图像处理板14给出的偏差信号去控制伺服系统10，使伺服系统10根据偏差带动摄像头转动，从而把被跟踪目标始终保持在视场的中心位置；“电视跟踪”是指没有伺服系统的参与时，摄像头使静止的，对目标的跟踪体现在跟踪窗随目标在视场中移动。
[0030]本【具体实施方式】跟踪系统搜索和跟踪目标的过程:
[0031 ] (I)移动操纵杆，将视场中的目标推入搜索窗，图像跟踪器7将操纵杆搜索窗口的中心点；
[0032](2)图像处理板14读取搜索窗内的图像数据进行处理，并随着搜索窗口以及十字丝中心点的移动，计算出当前波门内每场的阈值，送回中心处理板13;
[0033](3)根据图像处理板送回的阐值，可以选择观看即时的当前视场的数字图像或者二值图像，此时若操作者按下锁定键，图像跟踪器7转入自动龈踪处理，判断中心处理板13给出的跟踪模式，从而选择相应的跟踪算法进行自动跟踪，并在同步显示器19的图像上叠加相应的标志:跟踪方式标志“I”或“2”以及跟踪状态标志“T” ；
[0034](4)图像处理板14根据锁定信号读相应的图像数据处理，对锁定的目标实施跟踪，此时输出目标质心(或是匹配点)坐标给中心处理板13，中心处理板13移动跟踪框跟随目标并置跟踪的目标新坐标；
[0035](5)跟踪系统在对目标进行跟踪的过程中，若要修改目标，则人工按下锁定/释放键，跟踪器返回搜索状态，显示器上显示搜索标志“S”；
[0036](6)人工操作操纵杆，驱动摄像头，将目标推入256 X 256搜索窗，目标由CCD摄像头经A/D转换成为256级灰度图像，目标锁定后，由顺序地址发生器23在场逆程开始产生地址，并将灰度图像存入图像存储区，由正程开始，图像跟踪板读波门数据，按照中心处理板13设定的跟踪模式或自适应模式在正程内完成一次匹配，得到目标的新坐标，完成一个跟踪周期，输出的偏差通过决策分析，确定是正常跟踪还是失配，如果失配，则开始进行记忆跟踪，置偏差为O，在记忆跟踪200ms内若仍未找到目标，则认为目标真正丢失，释放目标，进行重新锁定。
[0037]以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
【主权项】
1.一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:包括图像序列源管理模块(I)、目标跟踪控制模块(2)、目标管理模块(3)、跟踪信息显示模块(4)、跟踪信息保存模块(5)和用户操作模块(6)，图像序列源管理模块(I)接目标跟踪控制模块(2)，目标跟踪控制模块(2)分别与目标管理模块(3)、跟踪信息显示模块(4)、跟踪信息保存模块(5)连接，用户操作模块(6)与目标管理模块(3)连接，所述目标跟踪控制模块(2)由图像跟踪器(7)、操控台(8)、监视器(9)、伺服系统(10)、三轴稳定平台(11)和光学系统与摄像机(12)组成，图像跟踪器(7)与操控台(8)连接，图像跟踪器(7)还接监视器(9)，操控台(8)依次接伺服系统(10)、三轴稳定平台(11)、光学系统与摄像机(12)至图像跟踪器(7)。2.如权利要求1所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的图像跟踪器(7)包括中心处理板(13)和多个图像处理板(14)，光学系统与摄像机(12)接中心处理板(13)，中心处理板(13)与操控台(8)双向连接，中心处理板(13)接监视器(9)，中心处理板(13)通过系统总线与多个图像处理板(14)双向连接。3.如权利要求2所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的中心处理板(13)由视频信号处理单元(15)、系统时基同步单元(16)和中心控制单元(17)组成，图像处理板(14)采用DSP图像处理单元(18)，系统时基同步单元(16)分别与视频信号处理单元(15)、中心控制单元(17)连接，视频信号处理单元(15)、系统时基同步单元(16)均与多个DSP图像处理单元(18)连接，中心控制单元(17)与DSP图像处理单元(18)双向连接，视频信号处理单元(15)接同步显示器(19)，中心控制单元(17)还分别与操控台(8)、伺服系统(10)双向连接。4.如权利要求3所述的一种视频图像序列中运动目标跟踪装置，其特征在于:所述的DSP图像处理单元(18)由DSP(20)、第一图像存储器(21)、第二图像存储器(22)组成，第一图像存储器(21)、第二图像存储器(22)均采用双口 RAM，第一图像存储器(21)的一端通过地址发生器(23)接至系统总线，第一图像存储器(21)的另一端通过数据总线接DSP(20)，DSP(20)与第二图像存储器(22)连接。
【文档编号】G06T7/00GK205693789SQ201521012334
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2015年12月9日 公开号201521012334.7, CN 201521012334, CN 205693789 U, CN 205693789U, CN-U-205693789, CN201521012334, CN201521012334.7, CN205693789 U, CN205693789U
【发明人】熊昕, 熊茂华
【申请人】广州番禺职业技术学院
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