基于视频的云台镜头目标自动跟踪算法研究与实现

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基于视频的云台镜头目标自动跟踪是智能视频监控中十分重要的研究领域。它改变了传统云台镜头跟踪目标需要人工实时操作键盘来控制云台转动和镜头变倍的方法,建立了云台自动跟踪模型和镜头自动变倍模型,从而始终将目标以合适的比例锁定在画面中心,以便于监控人员更直观的察看。首先选定监控区域的目标进行跟踪,然后根据目标的运动状态信息,利用本文提出的云台镜头自动跟踪目标的算法,自动控制云台转动对目标进行实时的全方位跟踪,同时调节镜头的变倍,对目标的尺寸进行放大和缩小,使得目标始终以合适比例锁定在画面中心,最终实现基于视频的云台镜头目标自动跟踪。本文的主要研究工作内容有:(1)建立了目标的运动轨迹,设计出一种Kalman滤波器和Camshift算法相结合的方法对每帧图像中的监控目标进行锁定并记录其位置坐标,通过连接每帧的目标位置,建立起目标的运动轨迹。(2)建立了云台自动跟踪模型。根据目标的运动轨迹,云台进行自动目标跟踪。当目标的水平移动距离和垂直移动距离都大于云台的最小转矩距离时,使用本文提出的阶梯转动规则,云台进行水平方向和垂直方向交替转动进行实时跟踪。当目标的水平移动距离小于云台的最小转矩距离,垂直移动距离大于云台的最小转矩距离时,云台在水平方向上不转动,只进行垂直方向的转动。当目标的水平移动距离和垂直移动距离都小于云台的最小转矩距离时,云台水平方向垂直方向都不转动。通过云台自动跟踪模型,系统将目标实时锁定在画面中央。(3)建立了镜头自动变倍模型。规定目标在画面中一个合适的面积尺寸,若目标在画面中尺寸与合适尺寸的差值绝对值超过规定的面积闽值,则镜头需要变倍。计算两者的比值,根据镜头此时倍数,得出镜头需要调整的倍数。按照镜头的倍数变化曲线,计算镜头需要变倍的时间,从而拉近或推远镜头至该时间,完成镜头的自动变倍。通过镜头自动变倍模型,使得监控目标始终以合适的尺寸显示在画面中。(4)程序实现了云台镜头自动跟踪目标算法,通过在云台镜头可变监控系统平台上,对多组视频中的运动目标进行了跟踪,验证了本文基于视频的云台镜头目标自动跟踪算法的有效性。
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