關(guān)于目標(biāo)自動(dòng)跟蹤智能系統(tǒng)的探討*

把萍

(安徽三聯(lián)學(xué)院,安徽合肥 230601)

0 引言

智能視頻監(jiān)控終端設(shè)備是基于數(shù)字通信的智能跟蹤系統(tǒng)的核心設(shè)備,通常包括圖像設(shè)備、pan/tilt、信息傳輸設(shè)備、信號(hào)處理器等。全新的智能識(shí)別和自動(dòng)跟蹤技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)全方位監(jiān)控,引領(lǐng)下一代監(jiān)控技術(shù)的發(fā)展趨勢。全天候防護(hù)裝置、pan/tilt機(jī)器、信號(hào)處理器和信息傳輸設(shè)備均與傳統(tǒng)的集成式視頻監(jiān)控設(shè)備zoom相集成。全天候防護(hù)裝置可以達(dá)到IP66的保護(hù)級別,并且在每種天氣的保護(hù)裝置上設(shè)置了自動(dòng)恒溫控制系統(tǒng),以確保系統(tǒng)設(shè)備能夠在惡劣天氣、雨霧天氣和寒冷天氣下自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度。具有專用移動(dòng)/傾斜設(shè)備的相機(jī)可以水平旋轉(zhuǎn)360度和垂直旋轉(zhuǎn)180度。智能視頻監(jiān)控終端設(shè)備以其獨(dú)特的功能可用于各種行業(yè)。工業(yè)生產(chǎn),聰明的城市,聰明的港口,市政服務(wù)和其他重要的地方。

1 目標(biāo)自動(dòng)跟蹤技術(shù)概述與現(xiàn)狀

1.1 目標(biāo)自動(dòng)跟蹤技術(shù)概述

智能監(jiān)控?cái)z像頭是基于IP的智能網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備。利用新一代的電子識(shí)別和移動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù),我們可以實(shí)現(xiàn)全方位監(jiān)控。可能代表新一代安全監(jiān)控產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。彩色-黑白集成攝像頭,具備全天候保護(hù)蓋、滑動(dòng)/側(cè)轉(zhuǎn)、數(shù)字解碼器和多種變焦功能。全天候防護(hù)板符合IP66國際標(biāo)準(zhǔn),具有內(nèi)置的恒溫自動(dòng)裝置?？稍趷毫迎h(huán)境中使用,安裝方法為變形或壁裝。相機(jī)可以無限地水平旋轉(zhuǎn)360°,垂直旋轉(zhuǎn)180°。智能跟蹤相機(jī)的特性使其適用于各種行業(yè)。例如電力系統(tǒng)、電信部門、安全城市、監(jiān)獄、安全領(lǐng)域、工廠和貨幣、機(jī)場、火車站和其他監(jiān)控設(shè)施。

1.2 目標(biāo)自動(dòng)跟蹤技術(shù)現(xiàn)狀

憑借獨(dú)特的智能判斷和自動(dòng)跟蹤功能,當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑情況時(shí),手動(dòng)跟蹤復(fù)雜信息將使員工成為員工輸入或返回的信息。從智能搜索系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上接收到的信息中,員工可以擺脫復(fù)雜的操作,并且可以更快、更方便地將目標(biāo)對象的所有跟蹤和操作圖像傳輸?shù)狡脚_(tái)上。

2 自動(dòng)跟蹤智能化功能

隨著相關(guān)行業(yè)和特殊場景的需求不斷增長,智能視頻監(jiān)控技術(shù)已逐漸成為近年來視頻監(jiān)控領(lǐng)域智能和信息化快速發(fā)展的核心技術(shù)。卷動(dòng)/傾斜、自動(dòng)縮放、影像分析、自動(dòng)導(dǎo)覽、自動(dòng)識(shí)別和追蹤等功能,是具備核心控制模式的視訊系統(tǒng)智慧型追蹤終端裝置的基本功能。

2.1 智能化終端設(shè)備

智能終端視頻系統(tǒng)跟蹤設(shè)備分為兩部分:硬件設(shè)備和軟件處理模塊。將信號(hào)處理器集成并部署到智能視頻監(jiān)控終端設(shè)備中,以執(zhí)行高效的信息處理、智能檢測監(jiān)控目標(biāo)、收集信息以檢測平臺(tái)、執(zhí)行智能分析軟件模塊等。

2.2 智能分析軟件技術(shù)

視頻系統(tǒng)智能監(jiān)控終端設(shè)備分析的智能功能,用芯片壓制智能分析軟件,通過芯片和終端設(shè)備之間的主要通信實(shí)現(xiàn)最終控制。智能分析軟件技術(shù)集成了信息收集、信息收集和分析、移動(dòng)控制等多種功能。向智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的最終設(shè)備發(fā)送控制命令,并使用特定算法分析視頻[1]。

3 軟件設(shè)計(jì)

目前所用視頻系統(tǒng),具體來說是智能追蹤系統(tǒng),根據(jù)使用效果我們可分為兩個(gè)部分,即頂層監(jiān)控軟件、執(zhí)行層監(jiān)控軟件,主要是這兩個(gè)部分組成。

3.1 頂層監(jiān)控軟件

高端監(jiān)控軟件是智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本平臺(tái),主要由圖像處理模塊、請求接收模塊、通信存儲(chǔ)設(shè)備和操作客戶組成。圖像處理模塊包括數(shù)據(jù)處理和比較。數(shù)據(jù)處理是服務(wù)軟件信息跟蹤與導(dǎo)層跟蹤軟件交互能力之間的紐帶。輸入請求模塊收集必須手動(dòng)、自動(dòng)完成的任務(wù),并以數(shù)字方式分析所收集的任務(wù)。通信設(shè)備和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(如視頻傳輸壓縮和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理)在服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和引導(dǎo)核心芯片之間傳輸和存儲(chǔ)。視頻壓縮用于根據(jù)H.264要求從特定算法中分解視頻輸入圖像并進(jìn)行壓縮。壓縮視頻圖像通過通信處理模塊轉(zhuǎn)發(fā)到圖像處理模塊。數(shù)據(jù)處理是一個(gè)客戶端操作平臺(tái),可智能監(jiān)控系統(tǒng)和用戶之間的信息交互,并集成不同的跟蹤功能模塊,使用戶能夠選擇每個(gè)功能模塊的參數(shù)、呼叫和顯示結(jié)果[2]。

3.2 執(zhí)行層功能

強(qiáng)大的跟蹤軟件包括信息交互軟件模塊、驅(qū)動(dòng)控制軟件模塊、圖像處理軟件、計(jì)算機(jī)操作的詳細(xì)分析、軟件模塊的分解。信息交互軟件模塊負(fù)責(zé)處理現(xiàn)有系統(tǒng)和信息訪問、收集請求、提供結(jié)果和控制終端設(shè)備的驅(qū)動(dòng)程序控制軟件模塊,并監(jiān)控設(shè)備的整體狀態(tài)。圖像處理軟件負(fù)責(zé)根據(jù)詳細(xì)的分析和要求分析圖像實(shí)時(shí)獲取的信息,計(jì)算相關(guān)信息的發(fā)送的軟件。 高級分析和計(jì)算機(jī)軟件使智能識(shí)別功能能夠描述需求信息,返回信息,并與其他模塊(整個(gè)終端設(shè)備的主要模塊)進(jìn)行協(xié)作。高性能水平處于完全可追溯性的中心。智能視頻監(jiān)控對移動(dòng)的物體進(jìn)行監(jiān)控,獲取位置、移動(dòng)軌道和其他信息。該系統(tǒng)的主要移動(dòng)對象提取過程如圖1所示。

圖1 對象提取流程Fig.1 Object extraction process

4 智能跟蹤技術(shù)的工作原理

智能跟蹤技術(shù)分析了基于智能感知捕獲圖像和詳細(xì)比較轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的重要信息。通過比較前后,圖像的不同位置信息得出一系列結(jié)果,可以自動(dòng)確定目標(biāo)移動(dòng)狀態(tài),如果目標(biāo)持有人移動(dòng)監(jiān)控目標(biāo)30視頻設(shè)備,則捕獲的相關(guān)信息并返回平臺(tái)監(jiān)控平臺(tái),有效滿足系統(tǒng)在適當(dāng)范圍內(nèi)繼續(xù)自動(dòng)監(jiān)控其他邊緣設(shè)備的能力,以及圖像和視頻信息的監(jiān)控如何充分實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)控技術(shù)如何有效滿足智能城市和智能生產(chǎn)要求監(jiān)控設(shè)備30智能,各種移動(dòng)對象圖像問題描述算法和圖像匹配 換句話說,它增加了有效的圖像識(shí)別信息,鎖定目標(biāo)軌道,并自動(dòng)監(jiān)控對象的移動(dòng)與指定目標(biāo)終端設(shè)備相比,可以鎖定特定對象的目標(biāo)跟蹤當(dāng)另一個(gè)對象進(jìn)入跟蹤區(qū)域時(shí),終端處理鎖定的目標(biāo)數(shù)據(jù)。并持續(xù)跟蹤鎖定的目標(biāo)。當(dāng)高流量廣場上監(jiān)控的目標(biāo)被識(shí)別需求分解圖像的有效信息鎖定時(shí),這可防止不正確的跟蹤[3],過程如圖2所示。

圖2 對象跟蹤識(shí)別流程示意Fig.2 Schematic diagram of object tracking and recognition process

5 相關(guān)副系統(tǒng)太陽能設(shè)備的構(gòu)成與工作原理

太陽能子系統(tǒng)是一種基于單片機(jī)控制的雙軸太陽能自動(dòng)跟蹤系統(tǒng),該系統(tǒng)主要包括照明和冷凝裝置(透鏡組)、日光位置傳感器、分光鏡執(zhí)行器、信號(hào)反饋系統(tǒng)、控制電路等[4]。

5.1 調(diào)整執(zhí)行機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)執(zhí)行器是太陽自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)的載體。陽光位置傳感器安裝在照明和冷凝裝置的中心,該裝置安裝在由銷軸、支架、齒輪底座、軸承和步進(jìn)電機(jī)組成的調(diào)節(jié)執(zhí)行器支架上,調(diào)節(jié)執(zhí)行器中的垂直步進(jìn)電機(jī)可以調(diào)節(jié)照明和冷凝裝置的垂直角度,而水平步進(jìn)電機(jī)則可以通過齒輪和支架調(diào)節(jié)照明和冷凝裝置的水平角度。

5.2 信號(hào)反饋系統(tǒng)

信號(hào)反饋系統(tǒng)主要由太陽光位置傳感器和一些信號(hào)處理單元組成,日光位置傳感器主要由安裝在上、下、左、右兩對光電傳感器組成,照明和電容器裝置表面的中心,其中心法線方向垂直于裝置表面且與裝置表面的距離等于其焦距的透鏡,然后安裝該裝置當(dāng)鏡頭中心的法線與太陽對齊時(shí),穿過鏡頭的光線的中心點(diǎn)被設(shè)置為點(diǎn)中心。光電傳感器對安裝在光點(diǎn)中心周圍,分別連接兩個(gè)差分放大器,然后將兩個(gè)差分放大器連接到與調(diào)節(jié)執(zhí)行器相連的信號(hào)處理系統(tǒng)。當(dāng)透鏡集中在那里時(shí),光電傳感器輸出相應(yīng)電信號(hào)的相對變化強(qiáng)度,并將差分放大器放大的電信號(hào)的變化強(qiáng)度發(fā)送到轉(zhuǎn)換增益更強(qiáng)和該脈沖信號(hào)被傳送到調(diào)節(jié)透鏡正常角度的執(zhí)行器中,以調(diào)整水平和垂直方向,從而使水平和垂直光電傳感器的輸出信號(hào)之間的中心焦點(diǎn)位置保持平衡,從而使光點(diǎn)消失。我們通常會(huì)調(diào)整鏡頭中心的角度,讓光源的聚光永遠(yuǎn)照射在太陽上,當(dāng)普通透鏡的中心精度指向太陽的方向時(shí),通過透鏡的光集中在不同光電傳感器的信號(hào)強(qiáng)度相等的中心點(diǎn),輸出信號(hào)不再相對改變,調(diào)節(jié)執(zhí)行器不能工作,跟蹤系統(tǒng)的跟蹤精度由光電傳感器與點(diǎn)中心之間的距離控制[5]。

5.3 控制電路

控制電路由單片機(jī)、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源(脈沖分配器和功率驅(qū)動(dòng)器)、步進(jìn)電機(jī)等傳輸設(shè)備組成。采用單片機(jī)給出脈沖信號(hào),由脈沖分配器產(chǎn)生步進(jìn)電機(jī)工作模式所要求的各個(gè)相位的脈沖信號(hào)。該脈沖分配電路的微弱信號(hào)輸出由功率驅(qū)動(dòng)電路放大,以產(chǎn)生電機(jī)所需的激勵(lì)電流。該基于步進(jìn)電機(jī)的控制系統(tǒng)具有價(jià)格低廉、控制簡單、維護(hù)方便、步進(jìn)電機(jī)作為離散執(zhí)行器等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于數(shù)控等自動(dòng)化設(shè)備。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化為角位移和線性位移的一種控制器。該緩沖器寄存器、環(huán)形分布器、邏輯門以及由步進(jìn)電機(jī)控制的正負(fù)形式可將輸入電脈沖轉(zhuǎn)換為環(huán)形脈沖。對于步進(jìn)電機(jī)的控制,功率放大器可以提高驅(qū)動(dòng)能力。沖激頻率控制,對應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制;控制脈沖的數(shù)目對應(yīng)于步進(jìn)電機(jī)的控制步長角度。故步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)角度與脈沖數(shù)成正比,即脈沖頻率越高,脈沖數(shù)越大,步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)速度和步進(jìn)角度越高。從而,對步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行有效的脈沖控制,可提高步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)的控制精度。采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)具有電路簡單、性能好、成本低、可靠性高等特點(diǎn),在精密控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中取得了良好的效果,步進(jìn)電機(jī)的啟動(dòng)、停止、后退和任何其他變化都是在幾個(gè)脈沖下完成的,在一定頻率范圍內(nèi)工作時(shí),它能夠在不損失步長的情況下順利工作[6]。

6 總結(jié)與討論

總之,智能監(jiān)控系統(tǒng)是智能監(jiān)控系統(tǒng)領(lǐng)域的一個(gè)重要組成部分,智能監(jiān)控與市場需求的技術(shù)發(fā)展是相互支持和影響的。隨著連接性的不斷提高和消費(fèi)者需求的不斷提高,技術(shù)將逐步更新和發(fā)展,并從目標(biāo)鎖定和跟蹤技術(shù)出現(xiàn)后的早期領(lǐng)域逐漸成熟,智能跟蹤系統(tǒng)的可靠性將大大提高,這將是工業(yè)技術(shù)進(jìn)步的有力體現(xiàn)。