CN103402044A - 一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,属于图像处理和自动控制技术领域。第一视频源采集模块和第二视频源采集模块分别用数字热成像相机和数字可见光相机对同一场景进行视频采集,并且将红外视频数字信号和可见光视频数字信号传输给目标识别与跟踪模块;目标识别与跟踪模块运用基于多分辨率的多源视频额融合方法对红外视频帧和可见光视频帧进行融合,然后对融合后的视频帧进行目标识别和目标运动轨迹的跟踪;信号显示模块用于实时的显示目标的运动轨迹。本发明的优点是:***的设计简单,便于实现;体积较小,便于携带;使用DSP+ARM作为处理芯片,运行速度快,可以达到实时性的要求。
Description
技术领域
本发明属于图像处理与自动控制技术领域,涉及图像配准、图像融合、目标识别、目标跟踪技术,具体地说,是一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***。
背景技术
由于传感器成像机理和自身特性等原因,单一的图像传感器一般不能从场景中提取足够多的信息。多源图像融合研究的是如何将不同类型传感器获取的图像数据,采用一定的算法将其优势或互补性信息有机结合起来产生新图像的技术。多源视频融合是在图像融合的基础之上发展起来的,它将不传感器捕获的视频帧结合起来,在相同时间和背景下采用图像融合的方式不断进行融合,并最终将融合后的图像帧以视频的形式保存起来。
基于多源视频融合的目标识别与跟踪研究的是如何在多源视频融合的基础上更加准确的提取出目标的特征信息,从而对目标进行精确识别,为后面目标的跟踪打下基础。整个过程实质上是在融合后的视频帧的基础之上进行的,它根据融合图像背景与细节的特征对目标进行精确地边缘提取,使得匹配结果更准确。而跟踪则是在正确识别的基础之上对目标运动轨迹的一种描述,并最终将目标的运动轨迹显示出来的过程。
基于多源视频融合的目标识别与跟踪***作为一种处理多传感器图像下目标的识别与准确定位的新技术愈来愈受到重视,它的应用范围已遍及医学、遥感、军事、安全监控等各个领域。
目前在多源图像融合技术中最常见的是红外与可见光图像融合。可见光图像是光感图像,目前市面上销售的摄像机多属于此类,在较好的照度下能反映场景的细节信息,但照度不佳时可见光图像的效果较差;红外图像是热感图像,成像为灰度图像,灰度值反映摄像目标与背景的温度差决定。因此,在光线较暗或有少量烟、云、雾环境中,由于可见光图像质量较差,红外图像中目标依然清晰,因此将二者成像结合起来形成红外与可见光融合图像,就可以适应较恶劣的天气情况。显然,我们运用多源视频融合可以在隐藏、伪装和迷惑的情况下更快、更精确的探测出目标。
目前,我们常用的比较便于携带的目标识别与***件都是基于单摄像头的情况,获得的目标信息不够精确。而基于多源视频融合的目标识别与跟踪技术几乎都还处在实验室中基于PC机的环境之下,显然不够方便。那么,提供一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪】***既可以解决掉单一摄像头获取信息不足而造成的误识现象又可以解决掉基于PC机环境下不便于户外使用的缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于多视频融合的目标识别与跟踪***,既可以提高目标识别的准确度,又可以减少视频数据的处理时间,达到实时性的要求。
本发明的具体技术方案是:
本发明提供了一种一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,包括视频源采集模块,所述的视频源采集模块由第一视频源采集模块和第二视频源采集模块组成,并且第一视频源采集模块和第二视频源采集模块的输出端分别于目标识别与跟踪模块的第一数据输入端和第二数据输入端连接,所述目标识别与跟踪模块的输出端与信号显示模块的数据输入端连接。
所述的第一视频源采集模块和第二视频源采集模块分别使用数字热成像相机和数字可见光相机对同一场景的视频进行采集,并且分别将处理后红外视频数字信号与可见光视频数字信号传输给所述的目标识别与跟踪模块;所述的目标识别与跟踪模块,先是用基于多分辨率算法对多源帧视频图像进行配准,在利用基于多分辨率的多源视频融合方法实现对红外与可见光视频的融合,对融合好后的图像进行目标识别,描述出目标的运动轨迹;所述的信号显示模块用于实时显示目标的运动轨迹。
所述第一视频源采集模块由数字热成像相机和第一处理芯片组成;
所述数字热成像相机的输出端与第一处理芯片的输入端相连接,所述的第一处理芯片将经处理后的红外视频数字信号输出到所述的目标识别与跟踪模块。
所述第二视频源采集模块由数字可见光相机和第二处理芯片组成;
所述数字可见光相机的输出端与第二处理芯片的输入端相连接,所述第二处理芯片将经处理后的可见光视频数字信号输出到所述的目标识别与跟踪模块。
所述目标识别与跟踪模块由DSP、第一电源模块、第一电源模块开关、第一Flash存储器、第一功能按键、第二功能按键组成。
所述第一电源模块的输出端通过电源线与所述DSP模块的第一输入端相连接,所述第一电源模块开关通过电缆线与所述第一电源模块相连接,控制所述第一电源模块的开启与关闭,所述第一Flash存储器的输出端与所述DSP的第二输入端相连接,用于向所述DSP提供基于多分辨率多源视频融合和目标识别与跟踪的程序,所述第一功能按键的输出端通过电缆与所述DSP的第三输入端相连接,用于选择多源视频的融合方法,所述第二功能按键的输出端通过电缆与所述DSP的第四输入端相连接,用于选择重点目标,所述DSP将提取得到的目标运动轨迹输出到所述信号显示模块。
所述信号显示模块由ARM、第二电源模块、第二电源模块开关、第二Flash存储器、第三功能按键、第四功能按键、显示驱动电路和LED组成。
所述第二电源模块的输出端通过电源线与所述ARM的第一输入端相连接,所述第二电源模块向所述ARM提供电源,所述第二电源模块开关通过电缆与所述第二电源模块相连接,控制所述第二电源模块的开启与关闭,所述第二Flash存储器与所述ARM的第一输出端相连接,用于存储目标的运动轨迹,所述第三功能按键的输出通过电缆与所述ARM的第二输入端相连接,用于选择信号显示模式,所述第四功能按键的输出端与所述ARM的第三输入端相连接,用于选择是否回放,所述ARM的第二输出端与所述显示驱动电路的输入相连接,所述显示驱动电路与所述LED的输入端相连接。
本发明还提供了一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,用于图像监测、交通监控、安防监控、国防军事、医疗监测等领域。
本发明的工作原理如下:
数字热成像相机将采集到的第一视频源数字信号传输进第一处理芯片,第一处理芯片先对第一视频源每一帧图像进行中值滤波以降低原信号的噪声,再对滤波后的帧视频图像进行至直方图均衡化处理,增强帧视频图像的对比度;与此同时,数字可见光相机将采集到的第二视频源数字信号传输进第二处理芯片,第二处理芯片对第二视频源每一帧图像进行中值滤波以降低原信号的噪声。
分别将经过第一处理芯片和第二处理芯片预处理后的视频传输到目标识别与跟踪模块,根据第一Flash中提供的程序,在DSP中会对帧视频进行配准、融合、目标识别、目标运动轨迹的描述等一系列操作,具体步骤如下:
(1)、分别取一帧预处理后的红外和可见光图像,对图像进行多尺度分解,并在每一尺度上用Harris特征点算法得到图像的特征点;
(2)、对(1)中提取到的特征点进行匹配,得到匹配的特征点对,具体方法如下:
(a)统计Harris特征点提取算法中得到特征尺度数据,把重复出现最多的特征尺度数据作为最佳特征尺度,以最佳特征尺度对原图像进行Canny边缘检测,进行二值化存储;
(b)分别在上面获取的红外与可见光边缘二值化图像上,以特征点的坐标为中心,最佳特征尺度对应的数值为长度,构建检测区域,对检测区域利用最小截平方Hausdorff距离为测度进行精确匹配,并得到精确匹配的特征点对
(3)、根据(2)中得到的精确匹配的特征点对,使用放射变换模型求取配准参数;
(4)、根据(3)中的配准参数对待配准图像进行配准;
(5)、使用基于小波变换的图像融合和基于NTSC的图像融合等方法对红外图像和可见光图像进行融合,以方便用户根据自己的需要通过功能按键来决定使用什么类型的融合方法;
(6)、提取融合后图像中的目标信息与目标模板进行匹配,并对正确目标进行编号;
(7)、描述出每一目标的运动轨迹。
经过目标识别与跟踪模块,基本上整个***的中心步骤完成,后面就是把每个目标的运动轨迹以数据的形式传输到信号显示模块,用户根据自己的需要通过功能按键来显示自己想看到目标的运动轨迹和显示模式。
本发明与现有技术相比有以下优点:
(1)、使用基于多尺度的图像配准方案可以避免多源图像由于尺度不同而引起的特征点的误检现象;
(2)、使用基于多源视频融合的目标识别与跟踪,可以获得更加全面的目标信息,有效的克服外界环境造成的目标信息的缺失;
(3)、使用DSP来实现整个图像的配准、融合、目标识别、目标运动轨迹的跟踪,可以有效的加快整个***的数据计算时间,满足目标的实时跟踪的目的。
附图说明
图1为本发明的原理方框图;
图2为第一、第二视频源采集模块的结构示意图;
图3为目标识别与跟踪模块的结构示意图;
图4为信号显示模块的结构示意图;
图像标记:1为第一视频源采集模块,2为第二视频源采集模块,3为目标识别与跟踪模块,4为信号显示模块,5为数字热成像相机,6为第一处理芯片,7为数字可见光相机,8为第二处理芯片,9为DSP,10为第一电源模块,11为第一电源模块开关,12第一Flash存储器,13第一功能按键,14为第二功能按键,15为ARM,16为第二电源模块,17为第二电源模块开关,18为第二Flash存储器,19为第三功能按键,20为第四功能按键,21为显示驱动电路,22为LED.
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施实例做进一步的详述:
为了是本发明的目的、技术方案及优点更加清晰明了,以下结合附图及实施实例,对本发明进行进一步的详细说明。显然,此处所描述的具体实施实例仅仅用于解释本发明,并不用于限定本发明。
如图1所示,本发明提供了一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,包括第一视频源采集模块1,第二视频源采集模块2,目标识别与跟踪模块3、信号显示模块4。第一视频源采集模块1和第二视频源采集模块2的输出端分别于目标识别与跟踪模块3的第一数据输入端和第二数据输入端,目标识别与跟踪模块3的输出端与信号显示模块4的数据输入端连接;
第一视频源采集模块1和第二视频源采集模块2分别使用数字热成像相机和数字可见光相机对同一场景的视频进行采集,并且分别将处理后红外视频数字信号与可见光视频数字信号传输给目标识别与跟踪模块3;目标识别与跟踪模块3基于多分辨率的多源视频融合方法实现对红外与可见光视频的融合,对融合好后的图像进行目标识别,描述出目标的运动轨迹;信号显示模块4用于实时显示目标的运动轨迹。
如图2所示,第一视频源采集模块1由数字热成像相机5、第一处理芯片6组成,数字热成像相机5的输出端与第一处理芯片6的输入端相连接,第一处理芯片6运用中值滤波和直方图均衡程序对红外帧视频进行去噪和提升对比度操作,第一处理芯片将经处理后的红外视频数字信号输出到目标识别与跟踪模块3。
第二视频源采集模块2由数字可见光相机7、第二处理芯片8组成,数字可见光相机7的输出端与第二处理芯片8的输入端相连接,第二处理芯片8运用中值滤波程序对可见光帧视频进行去噪操作,第二处理芯片将经处理后的可见光视频数字信号输出到目标识别与跟踪模块3。
如图3所示,目标识别与跟踪模块3由DSP9、第一电源模块10、第一电源模块开关11、第一Flash存储器12、第一功能按键13、第二功能按键14组成;
第一电源模块10的输出端通过电源线与DSP9模块的第一输入端相连接,第一电源模块开关11通过电缆线与第一电源模块10相连接,控制第一电源模块10的开启与关闭,第一Flash存储器12的输出端与DSP9的第二输入端相连接,用于向DSP9提供基于多分辨率多源视频融合和目标识别与跟踪的程序,第一功能按键13的输出端通过电缆与DSP9的第三输入端相连接,用于选择多源视频的融合方法,第二功能按键14的输出端通过电缆与DSP9的第四输入端相连接,用于选择重点目标,DSP9将提取得到的目标运动轨迹输出到信号显示模块4。
(1)、分别取一帧预处理后的红外和可见光图像,对图像进行多尺度分解,并在每一尺度上用Harris特征点算法得到图像的特征点;
(2)、对(1)中提取到的特征点进行匹配,得到匹配的特征点对,具体方法如下:
(a)统计Harris特征点提取算法中得到特征尺度数据,把重复出现最多的特征尺度数据作为最佳特征尺度,以最佳特征尺度对原图像进行Canny边缘检测,进行二值化存储;
(b)分别在上面获取的红外与可见光边缘二值化图像上,以特征点的坐标为中心,最佳特征尺度对应的数值为长度,构建检测区域,对检测区域利用最小截平方Hausdorff距离为测度进行精确匹配,并得到精确匹配的特征点对
(3)、根据(2)中得到的精确匹配的特征点对,使用放射变换模型求取配准参数;
(4)、根据(3)中的配准参数对待配准图像进行配准;
(5)、使用基于小波变换的图像融合和基于NTSC的图像融合等方法对红外图像和可见光图像进行融合,以方便用户根据自己的需要通过功能按键来决定使用什么类型的融合方法;
(6)、提取融合后图像中的目标信息与目标模板进行匹配,并对正确目标进行编号;
(7)、描述出每一目标的运动轨迹。
经过目标识别与跟踪模块,基本上整个***的中心步骤完成,后面就是把每个目标的运动轨迹以数据的形式传输到信号显示模块,用户根据自己的需要通过功能按键来显示自己想看到目标的运动轨迹和显示模式。
如图4所示,信号显示模块4由ARM15、第二电源模块16、第二电源模块开关17、第二Flash存储器18、第三功能按键19、第四功能按键20、显示驱动电路21和LED22组成。
第二电源模块16的输出端通过电源线与ARM15的第一输入端相连接,第二电源模块16向ARM17提供电源,第二电源模块开关17通过电缆与第二电源模块16相连接,控制第二电源模块16的开启与关闭,第二Flash存储器18与ARM15的第一输出端相连接,用于存储目标的运动轨迹,第三功能按键19的输出通过电缆与ARM15的第二输入端相连接,这样就可以用来选择信号显示模式,第四功能按键20的输出端与ARM15的第三输入相连接,用于用户根据自己的需要对跟踪目标的运动轨迹进行回放,ARM15的第二输出端与显示驱动电路21的输入相连接,显示驱动电路21与LED22的输入端相连接。当我们需要显示目标的运动轨迹时,就可以打开电源开关,选择好显示模式。就可以在LED上显示出目标的运动轨迹,当为多目标时,还可以通过按键来选感兴趣的目标。
本发明在实施实例中所选用的主器件可以为如下型号:
数字热成像相机——可以选用德国Optris(Infrared Thermometers)公司生产的PI400高速红外摄像仪;
数字可见光相机——可以选用深圳华用有限公司HV系列高性能工业相机;
DSP——可以选用TI公司生产的TMS320C64xx;
ARM——可以选用三星公司ARM9系列的S3C2440AL-40;
Flash——可以选用三星公司的K9F1208.
以上所述仅为本发明的较佳实施实例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所做的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,其特征在于:所述的视频采集模块由第一视频源采集模块(1)和第二视频源采集模块(2)组成,并且第一视频源采集模块(1)和第二视频源采集模块(2)的输出端分别于目标识别与跟踪模块(3)的第一数据输入端和第二数据输入端连接,所述目标识别与跟踪模块(3)的输出端与信号显示模块(4)的数据输入端连接;
所述的第一视频源采集模块(1)和第二视频源采集模块(2)分别使用数字热成像相机和数字可见光相机对同一场景的视频进行采集,并且分别将处理后红外视频数字信号与可见光视频数字信号传输给所述的目标识别与跟踪模块(3);所述的目标识别与跟踪模块(3)基于多分辨率的多源视频融合方法实现对红外与可见光视频的融合,对融合好后的图像进行目标识别,描述出目标的运动轨迹;所述的信号显示模块(4)用于实时显示目标的运动轨迹。
2.根据权利要求书1所述的基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,其特征在于:所述第一视频源采集模块(1)由数字热成像相机(5)、第一处理芯片(6)组成;
所述数字热成像相机(5)的输出端与第一处理芯片(6)的输入端相连接,所述的第一处理芯片将经处理后的红外视频数字信号输出到所述的目标识别与跟踪模块(3);
所述第二视频源采集模块(2)由数字可见光相机(7)、第二处理芯片(8)组成;
所述数字可见光相机(7)的输出端与第二处理芯片(8)的输入端相连接,所述第二处理芯片将经处理后的可见光视频数字信号输出到所述的目标识别与跟踪模块(3)。
3.根据权利要求1所述的基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,其特征在于:所述目标识别与跟踪模块(3)由DSP(9)、第一电源模块(10)、第一电源模块开关(11)、第一Flash存储器(12)、第一功能按键(13)、第二功能按键(14)组成;
所述第一电源模块(10)的输出端通过电源线与所述DSP模块(9)的第一输入端相连接,所述第一电源模块开关(11)通过电缆线与所述第一电源模块(10)相连接,控制所述第一电源模块(10)的开启与关闭,所述第一Flash存储器(12)的输出端与所述DSP(9)的第二输入端相连接,用于向所述DSP(9)提供基于多分辨率多源视频融合和目标识别与跟踪的程序,所述第一功能按键(13)的输出端通过电缆与所述DSP(9)的第三输入端相连接,用于选择多源视频的融合方法,所述第二功能按键(14)的输出端通过电缆与所述DSP(9)的第四输入端相连接,用于选择重点目标,所述DSP(9)将提取得到的目标运动轨迹输出到所述信号显示模块(4)。
4.根据权利要求1所述的基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,其特征在于:所述信号显示模块(4)由ARM(15)、第二电源模块(16)、第二电源模块开关(17)、第Flash存储器(18)、第三功能按键(19)、第四功能按键(20)、显示驱动电路(21)和LED(22)组成。
所述第二电源模块(16)的输出端通过电源线与所述ARM(15)的第一输入端相连接,所述第二电源模块(16)向所述ARM(15)提供电源,所述第二电源模块开关(17)通过电缆与所述第二电源模块(16)相连接,控制所述第二电源模块(15)的开启与关闭,所述第Flash存储器(18)与所述ARM的第一输出端相连接,用于存储目标的运动轨迹,所述第三功能按键(19)的输出通过电缆与所述ARM(15)的第二输入端相连接,用于选择信号显示模式, 所述第四功能按键(20)的输出端与所述ARM(15)的第三输入端相连接,用于选择是否回放,所述ARM(15)的第二输出端与所述显示驱动电路(21)的输入相连接,所述显示驱动电路(21)与所述LED(22)的输入端相连接。
5.一种按照权利要求1所述的基于多源视频融合的目标识别与跟踪***,用于图像监测、交通监控、安防监控、国防军事、医疗监测等领域。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20131120 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |