CN103024344A - 一种基于粒子滤波的ptz自动跟踪目标的方法 - Google Patents

一种基于粒子滤波的ptz自动跟踪目标的方法 Download PDF

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赵刚
张少文
冯琰一
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Abstract

本发明公开了一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，包括以下步骤：运动目标检测，目标跟踪，云台控制，可实现摄像机自动锁定运动目标并进行视觉导向的自动跟踪，弥补固定摄像机监控视野狭窄的缺点。首先在预置位进行手动框选运动目标或利用视觉一致性算法进行运动目标的自动检测，利用经典粒子滤波进行目标位置的匹配跟踪，最后根据目标的位置和大小发送控制命令对摄像机的位置和焦距进行调整。当跟踪失败后，自动跳回到预置位，进行下一轮的检测。本发明设计合理，实现了摄像机对目标的自动跟踪功能，保证了目标始终处于镜头的中间位置，为监控人员带来了便利。

Description

一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法
技术领域
本发明涉及计算机视觉领域，特别是涉及一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法。
背景技术
PTZ摄像机具有速度快精度高，监控范围大的优点，是当今监控领域中最为普遍使用的监控前端设备之一。智能PTZ自动跟踪监控***具有目标分析功能，并配有高分辨率摄像机、大倍率光学变焦镜头和高转速云台，可以快速、准确的自动捕捉到可疑目标。通过设置预置位，智能PTZ自动跟踪监控***可以实现预置位扫描、自动巡航等功能。但这种只是盲目的扫描巡航，未能实时捕获目标的状态，因此并未实现真正的自动跟踪。因此需提出一种云台自动跟踪控制技术，当云台具备目标自动跟踪功能时，可根据目标的实际运动信息控制云台的运动，为监控人员提供更有价值的监控信息。
基于PTZ的自动跟踪***主要分为两大部分：一是根据视频图像获取目标信息，即目标检测，另一部分就是匹配目标，即目标跟踪，并利用跟踪信息控制摄像机转动。目前，许多尽管有很多成熟的目标检测和跟踪的算法，但能够直接用于运动的球机很少。由于摄像头的转动，传统的背景建模法已经不能使用，基于检测结果的运动目标跟踪也不能使用。***中的另一个重要问题就是PTZ的控制，不同的伺服控制***对控制命令的响应速度和准确度存在差别，一旦控制设备对控制命令的响应没有达到需求就可能导致目标在图像中丢失，图像分析算法就将失去作用，这样也必然导致跟踪的失败。因而基于PTZ的自动跟踪***的性能与目标检测、目标跟踪、PTZ控制紧密相连。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提出一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，以实现摄像机自动锁定运动目标并进行视觉导向的自动跟踪。
为实现上述发明目的，本发明先在预置位进行手动框选运动目标或利用视觉一致性算法进行运动目标的自动检测，利用经典粒子滤波进行目标位置的匹配跟踪，最后根据目标的位置和大小发送控制命令对摄像机的位置和焦距进行调整，当跟踪失败后，自动跳回到预置位，进行下一轮的检测。
所述粒子滤波，用于：寻找一组在状态空间中传播的随机样本对概率密度函数进行近似，以样本均值代替积分运算，从而获得状态最小方差估计的过程。在本方法中，用于跟踪运动目标。
本发明还提供一种PTZ控制的策略，包括：根据目标的跟踪位置，计算目标离图像中心点的距离，若距离大于设定的阈值，则发PTZ移动及偏移的命令；当目标的大小占整幅图像的比例小于设定的阈值，则发出焦距控制命令。所有的命令都是只让摄像头运动一小段，即实现的是间歇性的控制。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一中PTZ自动跟踪目标结构示意图；
图2为本发明实施例一中基于粒子滤波跟踪流程示意图；
图3为本发明实施例一中云台控制流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，参见图1，图2，图3。
上述***的工作过程参见图1，具体包括以下步骤：
步骤一、选取待跟踪的目标，可以采用手动模式，也可以采用自动模式。
步骤二、利用基于经典粒子滤波的方法对运动目标进行跟踪，得到运动目标的位置。
步骤三、判断运动目标与图像中心点的距离，对云台进行控制。当目标消失或跟踪失败时，跳到预置点，进行下一次的检测。
所述基于经典粒子滤波的跟踪方法，具体包括以下步骤：
步骤1、初始化：取k＝0，按p(x0)抽取N个样本点
Figure BSA00000578498400031
i＝1，…，N
步骤5、重采样：根据各自归一化权值
Figure BSA00000578498400033
的大小复制/舍弃样本
Figure BSA00000578498400034
得到N个近似服从
Figure BSA00000578498400035
分布的样本令
步骤6、输出结果：算法的输出是粒子集用它可以近似表示
Figure BSA00000578498400039
步骤7、K＝K+1，重复2步至6步。
以上所述仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：根据监控场合的需要，选取合适的预置位，在预置位上手动框选待跟踪目标，或利用基于视觉一致性的运动目标检测算法，自动检测出运动目标；
第二步：利用经典的粒子滤波方法进行运动目标位置的匹配跟踪；
第三步：对目标的位置和大小进行分析，若目标的位置超出设定的区域，则发出摄像机运动的命令；若目标大小小于设定的阈值，则发出调整焦距的命令；
第四步：若目标超出摄像机的捕捉范围或跟踪失败，则跳到预置位，并返回第一步，否则返回第二步进行下一次的跟踪。
2.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，其特征在于，第一步所述的手动框选运动目标属于手动模式，利用基于视觉一致性的运动目标检测算法属于自动模式，当检测出多个运动目标时，选择面积最大的作为待跟踪目标。
3.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，其特征在于，第二步所述的经典粒子滤波是一种基于动态***前向模型利用奖惩机制估计状态值的一种方法，可用于非线性***。
4.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，其特征在于，第三步所述的摄像头平移和偏转控制命令，是由目标的位置到镜头中心点的距离决定的，焦距控制命令是由目标的大小占整幅图像的比例决定的。
5.根据权利要求1所述的一种基于粒子滤波的PTZ自动跟踪目标的方法，其特征在于，第四步所述的，若目标超出摄像机的捕捉范围或跟踪失败，则跳到预置位，是为了防止跟踪的失败造成摄像机处于不能正常工作的状态。
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