關(guān)于校園多攝像頭協(xié)同工作的運動目標(biāo)跟蹤應(yīng)用研究

摘? 要：通信技術(shù)的不斷進步，使得高速數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)傳輸成為可能。該系統(tǒng)將圖像處理技術(shù)、5G移動通信技術(shù)和跑步類APP相結(jié)合，通過高清攝像機跟拍運動場景，將運動信息實時傳輸至數(shù)據(jù)處理后臺，后臺通過AI平臺選擇相應(yīng)算法模塊對數(shù)據(jù)信息進行分析和處理，用戶可以通過APP選擇感興趣的模塊進行體驗，同時還可以為用戶提供科學(xué)化的運動方案。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)跟蹤;信息分析和處理;智能算法

中圖分類號：TP391.41? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）01-0079-03

Abstract：With the development of communication technology，the data transmission of high-speed data acquisition becomes possible. This system combines image processing technology，5G mobile communication technology and running APP，and transmits sports information to real-time transmission through high-definition cameras data processing background. The background selects the corresponding algorithm module for analysis and processing through the AI platform. The user can choose the module of interest to experience through the APP，and at the same time，it can provide users with a scientific exercise program.

Keywords：target tracking;information analysis and processing;intelligent algorithms

0? 引? 言

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和人類需求的多樣化，先進的現(xiàn)代化科技產(chǎn)品在生活中的重要作用越來越突顯。即將開展應(yīng)用的5G技術(shù)，將促進社會產(chǎn)生重大的變革。特別是5G技術(shù)和圖像采集技術(shù)結(jié)合的應(yīng)用，高清攝像頭的圖像采集在交通、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等各個行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用，受限于數(shù)據(jù)傳輸速率，在移動通信特別是移動終端的應(yīng)用比較缺乏，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的搭建和推廣，圖像采集和圖像傳輸在移動終端方面的應(yīng)用將得到進一步的提升和擴大。

在這種背景下，將5G技術(shù)融入生活，實現(xiàn)5G應(yīng)用創(chuàng)新已經(jīng)成為當(dāng)下的研究熱點。本課題研究的運動類APP，實現(xiàn)硬件應(yīng)用創(chuàng)新應(yīng)用，將高清圖像采集技術(shù)融入運動過程中，同時利用5G網(wǎng)絡(luò)高速率、低時延、多連接的特性，實現(xiàn)運動類APP的硬件支撐條件的改造，實現(xiàn)更準(zhǔn)確、更科學(xué)的運動指導(dǎo)。

1? 研究現(xiàn)狀

目前在市場上存在多種運動類APP，跑步類APP可以根據(jù)用戶的體質(zhì)、性別、年齡、個性等差異性條件提供科學(xué)化的運動方案，幫助用戶在線進行運動記錄、目標(biāo)設(shè)置和監(jiān)測，提供運動圈子，加速大眾健身的科學(xué)進程，滿足健身人群日益增長的多元化需求。它們通過手機終端自身攜帶的定位芯片或者通過佩戴相應(yīng)的手環(huán)、手表等方式，將定位芯片內(nèi)置在手環(huán)、手表內(nèi)部，實現(xiàn)運動目標(biāo)的跟蹤，通過調(diào)查研究，目前在市場上應(yīng)用較多的運動類APP主要通過以下幾種方式獲取用戶運動數(shù)據(jù)。

第一、通過手機內(nèi)置的全球定位芯片，測量定位芯片的相關(guān)參數(shù)，比如運動速度或者加速度等，實現(xiàn)目標(biāo)的運動情況分析，來確定運動人員的數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)用戶跟蹤，同時為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。

第二、通過手機終端和基站之間的關(guān)系，利用蜂窩移動通信系統(tǒng)中移動終端登記信息來確定用戶位置，隨著用戶移動軌跡的變化，用戶和基站之間信息傳遞時間發(fā)生變化，依次來估算用戶位置，實現(xiàn)用戶跟蹤和運動情況估算，然后為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。

第三、通過智能手環(huán)或智能手表等內(nèi)置的傳感器芯片，實現(xiàn)用戶脈搏、運動軌跡、運動速度等數(shù)據(jù)的監(jiān)測，將分析之后的數(shù)據(jù)在移動終端或者其他終端上顯示，并為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。

第一種和第二種方式需要運動目標(biāo)在移動過程中將終端置于身上，而且在移動過程中存在測量數(shù)據(jù)誤差大，用戶測量數(shù)據(jù)基本一致，體驗內(nèi)容同質(zhì)化等不足，第三種方式雖能獲取較為全面的數(shù)據(jù)，但是也存在要求移動過程佩戴測量設(shè)備，而且附加的測量設(shè)備會帶來成本等問題。

2? 系統(tǒng)實現(xiàn)方案

本系統(tǒng)結(jié)合虛擬現(xiàn)實增強技術(shù)、5G技術(shù)的應(yīng)用、大數(shù)據(jù)算法的成熟、人工智能產(chǎn)品的推廣等具有普及性應(yīng)用特點的先進技術(shù)，從用戶角度出發(fā)，在用戶應(yīng)用終端上不增加外圍設(shè)備的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)硬件創(chuàng)新，滿足人們高質(zhì)量、多層次的運動數(shù)據(jù)需求，實現(xiàn)運動類APP應(yīng)用的硬件創(chuàng)新。

2.1? 系統(tǒng)原理

本系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示，用戶首先通過相應(yīng)APP進行注冊、登記，在運動過程中，通過對隨身攜帶的手機進行定位確定用戶位置，同時將用戶的運動位置上傳到系統(tǒng)信息管理中心，在用戶運動過程中，判斷運動目標(biāo)所處區(qū)域，若目標(biāo)進入攝像頭監(jiān)視區(qū)域，系統(tǒng)中心告知相應(yīng)攝像頭，對運動目標(biāo)進行跟蹤，同時將運動目標(biāo)拍攝信息上傳到系統(tǒng)中心。

系統(tǒng)后臺調(diào)用相應(yīng)處理模塊，對圖像中的人物進行檢測、分割、識別等一系列操作，實現(xiàn)用戶的實時位置跟蹤和用戶行為分析。當(dāng)用戶即將進入下一個攝像頭工作區(qū)域時，調(diào)用另一個攝像頭采集的相關(guān)數(shù)據(jù)。因為在運動過程中，實現(xiàn)的是不同攝像頭采集圖像的調(diào)用，所以要對攝像頭管轄區(qū)進行映射劃分，避免攝像頭覆蓋重疊時調(diào)用數(shù)據(jù)混淆，借助安裝在不同區(qū)域的攝像頭，整個過程對人員進行連續(xù)無縫的跟蹤。同時將采集的數(shù)據(jù)同云計算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)相結(jié)合，將運動目標(biāo)歷史數(shù)據(jù)進行云存儲，對運動目標(biāo)一定時間范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)進行分析，將分析結(jié)果反饋給用戶，實現(xiàn)更為全面、精確的數(shù)據(jù)追蹤和更科學(xué)的健身指導(dǎo)。

2.2? 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程如圖2所示。

結(jié)合當(dāng)下定位技術(shù)，對運動目標(biāo)實現(xiàn)跟蹤，通過移動終端定位，檢測到運動目標(biāo)進入攝像頭檢測區(qū)域時，可以告知運動目標(biāo)，將對其運動行為進行詳細(xì)分析，讓其選擇感興趣部分，在運動過程中，利用攝像頭之間的相互配合，保證對運動人員的無縫跟蹤，同時將采集的數(shù)據(jù)通過移動網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)中心，在數(shù)據(jù)中心對目標(biāo)進行分割、提取，對運動過程中產(chǎn)生的行為進行分析，根據(jù)用戶選擇的模塊調(diào)用相應(yīng)的算法，最后將分析結(jié)果下發(fā)給APP用戶，針對用戶運動過程中一些不科學(xué)的運動行為提出建議，并將不科學(xué)的典型圖片下發(fā)給用戶，同時提供運動中可以參考的模板和推送相應(yīng)的線上教程等。

2.3? 信息共享平臺

為保證歷史運動數(shù)據(jù)可追溯，本系統(tǒng)利用云平臺上存儲的用戶數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)分析的依據(jù)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

該平臺利用云服務(wù)實現(xiàn)用戶和用戶之間的數(shù)據(jù)共享，同時給用戶提供個性化的服務(wù)，借助該平臺可以實現(xiàn)用戶位置共享、提供社會服務(wù)，而且可以根據(jù)用戶運動情況和瀏覽情況推銷企業(yè)產(chǎn)品。

除此之外，通過云平臺和數(shù)據(jù)分析可以提供“約跑”功能，在一定程度上實現(xiàn)了“跑步交友”，即通過查找附近的人，或是相同運動軌跡的人的方式，與更多的愛好跑步的人建立聯(lián)系，共同運動。當(dāng)下，以“跑步+互聯(lián)網(wǎng)”形式出現(xiàn)的各類社交軟件的出現(xiàn)，其功能不僅僅局限于一些線下的跑步，可拓展其他方面的應(yīng)用。

2.4? 系統(tǒng)特點

該系統(tǒng)應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用5G低時延、高速率的特點，同時結(jié)合高清圖像采集技術(shù)，利用成熟的目標(biāo)檢測算法、目標(biāo)分割算法和目標(biāo)識別算法，實現(xiàn)對目標(biāo)全方位的跟蹤分析。因此該系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)具有有效性，具備專業(yè)規(guī)范的指導(dǎo)訓(xùn)練，而且該系統(tǒng)適用于較多運動場景，基于該硬件條件可開發(fā)其他類的運動信息處理模塊，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3? 結(jié)? 論

本系統(tǒng)通過多攝像頭協(xié)同工作，對特定區(qū)域的運動目標(biāo)進行更全面的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，為運動目標(biāo)提供更加科學(xué)化的運動行為建議。將用戶跑步數(shù)據(jù)通過智能設(shè)備回傳給用戶，指導(dǎo)用戶改善健身方案，設(shè)置飲食建議、運動計劃、塑形瑜伽、體態(tài)糾正等課程。同時也可以增加比拼步數(shù)、體側(cè)及日常相關(guān)比賽的數(shù)據(jù)分析，也可對運動區(qū)域異常行為進行監(jiān)視，還可以推送對身體運動損害比較大的訓(xùn)練信息提醒。

同時該系統(tǒng)還以拍攝的方式記錄和全程監(jiān)督用戶的訓(xùn)練，在APP上提供一個可靠的平臺，即能夠保證用戶與專業(yè)教練員交流和探討的平臺，用戶將存儲在云端的訓(xùn)練記錄和視頻轉(zhuǎn)發(fā)給專業(yè)教練員，與教練員進行簡單的探討和分析后，提一些改進方法和技巧，加深用戶對專項運動的理解，提高專項運動效果。該系統(tǒng)也可架設(shè)在校園運動場，學(xué)校每學(xué)期的400米、800米、1000米等體測成績可以通過此平臺實現(xiàn)自動化統(tǒng)計和輸出。

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作者簡介：白亮亮（1990-），男，漢族，甘肅天水人，講師，碩士研究生，研究方向：信息采集與處理。