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【摘要】视频监控跟踪系统是对图像信号目标进行实时自动识别，进而对目标位置的相关信息进行有效的提取，并且自动跟踪目标运动的伺服系统。在对精度与动力进行分析与研究的情况下，研发了跟踪伺服机械系统，并且开展了具备分布、集中的特点，同时对微机测控系统与网络通信系统的电路软件与硬件进行了相关的设计，探索了自适应跟踪算法的应用。
【关键词】视频监控系统；自适应跟踪算法；跟踪伺服系统
随着科学技术的不断发展与进步，视频监控跟踪系统方面的研究也取得了一定的进步。成像跟踪指的就是利用景物图像的特点对运动中的目标展开跟踪的技术，跟踪装置一般是由伺服机构与操作系统共同构成的，可以在图像信号中对跟踪目标进行实时自动识别，进而提取位置信息的一种复合技术系统。
一视频监控跟踪系统实现自动跟踪所面临的问题
㈠运动目标的检测
在图像序列中，对于运动目标的检测是一项非常关键并且困难的研究课题，在完成运动补偿、视频理解以及视频压缩编码的过程中，均需要利用相应的运动目标检测技术，在视频理解中，开展运动目标的检测是为后续的识别、跟踪以及活动分析奠定了坚实的基础。运动目标的检测指的就是对图像序列展开相关的检测，指出与运动物体三维有关的一些点，滤除一些与运动目标无关的信息。正确检测运动目标可以极大的提高后续识别、活动分析以及跟踪的正确率。通常情况下，均需要视频监控系统展开长时间的运行，也就需要系统达到以下几点要求：一是，可以與背景的变化相适应，比如可以适应一天时间内所有时间的光照变化；二是，能够与背景物体的变化相适应，比如场景物体的移入与移出等场景的变化；三是，可以有效的对背景中一些比较大的变化进行分辨，比如显示器屏幕的闪烁等情况；四是，可以检测出光照的变化情况，并且可以在尽可能短的时间里适应这样的变化；五是，可以尽可能消除运动目标阴影的干扰；六是，可以很好的处理多运动目标的遮挡现象。
㈡运动目标的选择
在实际应用的过程中，视场中出现的通常都是多个比较随机的运动目标，并且在检测得到相关运动目标的信息之后，需要对我们感兴趣的目标进行选定，进而开展相应的放大跟踪。感兴趣目标的选取是一个十分困难的问题，也是一个会涉及到分析与识别人们活动的问题，是现阶段比较热点的研究课题。并且针对不同的场合在选取感兴趣目标的要求也是不同的，没有相对统一固定的标准，只能结合实际情况展开具体分析。
㈢运动目标的跟踪
在选定感兴趣的目标之后，要对其实现自动跟踪是非常困难的事情，其主要体现在以下几个方面：一是，在视频跟踪中被跟踪目标的本身就是导致跟踪非常困难的首要因素。在平面内或者是平面外，目标都有发生旋转或者平移运动的可能。除此之外，目标的刚体也会影响跟踪的效果。在跟踪的过程中，目标可能不会一直维持相同的几何图形。二是，给跟踪任务带来困难的还有目标运动的不确定性，也就是随机性。在安防生产过程中，需要监视的目标是非常复杂的，并且时刻发生变化的，其运动的速度、方向等具有很大的随机性，对其运动状态的预报也是一个比较复杂的问题。三是，目标所在环境的复杂程度也是影响视频跟踪的主要因素。一方面是光照环境因素的影响，假如进光量发生变化或者出现阴影，就会对图像处理的算法产生一定的影响。另外一个方面就是遮挡环境因素的影响，当被跟踪的目标运动到一个物体之后的时候，就会产生相应的遮挡情况。四是，摄像机也是影响视频跟踪的主要因素。就如同目标一样，摄像机也是能够运动的，在改变摄像机位置的同时也改变了图像以及目标的位置。并且摄像机本身具有的光学参数也是会发生一定改变的。
㈣系统实时监控
对整个系统而言，从采集图像数据到处理再到相关的机电控制，是一个非常消耗时间的过程，要想很好的完成系统实时监控是十分困难的，其主要体现在以下两个方面：一是，图像的数据比较复杂并且庞大，运动目标的检测、选择以及跟踪需要针对多个图像展开扫描处理，进而获取相应的跟踪监控信息，同时需要非常大的计算量，因此，对系统软件与硬件的提升已经成为完善系统实时监控的主要研究课题。二是，对于随机目标的跟踪，需要摄像机可以准确、快速的到达指定位置，这就提高了对电动机操作的要求，其主要包括可以完成快速的启动、逆转、停止，并且可以对速度进行准确而快速的调整。
二设计的跟踪伺服机械系统
根据一般目标运动的特点设计了跟踪伺服机械系统，该系统的成像设备就是电荷耦合器件传感器摄像头，能够进行水平与俯仰的扫描操作；转台可以在1秒钟之内，对360度视场进行扫描；结合目标当前的位置，该系统可以在尽可能短的时间内完成目标的捕捉。因为该系统的运动特点主要就是为了确保被跟踪目标一直处在跟踪范围内，进而对点位控制的系统方案设计进行相关的确定。该系统的主体就是跟踪转台，包括两个回转主轴，垂直轴就是贯穿于转台的底座与上部，水平轴就是承载摄像机的俯仰转动，进而使转台达到全方位的转动。该系统一定要具备在速度变化的条件下具有相应的速度响应功能。作用在传动系统的总负载力矩通常是由动力矩、摩擦力矩以及静力矩共同构成的。根据传动的实际需求，两轴均是采取一级齿轮副传动，其传动比为5.2，结合电机矩频特点，分别采取70BF003与36BF003步进电机。
三系统电路软件与硬件的设计
该系统的电路硬件主要包括伺服控制处理器、跟踪处理器、各种反馈传感器接口、功率驱动器以及单元通讯接口，如图1所示。
该系统将微处理当成是系统电路的核心，并且将其在结构与功能上分成三个层次，具有一定的集中、分布特点，同时相关的软件设计也具有一定的集中、分布特点。
四自适应跟踪算法
跟踪处理器主要包括了跟踪状态、跟踪模式、滤波预测等方面计算，主要表现在算法与跟踪模型上，可以利用相关的微处理器以及逻辑电路予以实现。其实跟踪处理器输出的相关信号量与误差信号量是相对而言的。为了能够获取目标状态的参数值，一定要使用相关的滤波器开展滤波操作，也就是对单机动目标的跟踪，称之为自适应滤波。还要建立目标动态的模型，在设计系统的时候一般采用的就是一种完全解耦的滤波器，也就是加速度滤波器以及速度滤波器。对于目标机动性的相关检测主要就是通过对速度滤波器进行实时检测跟踪误差来完成的。跟踪算法与目标形心位置的测量能够精准的实现机动目标的跟踪操作，并且可以根据机动目标的实际情况自行切换选用的模型，同时各个模型之间也都是可以共同操作的。
结束语
总而言之，结合视频监控跟踪系统的实际需求，设计了跟踪伺服机械系统，并且对跟踪处理系统展开了一定分析，并且设计了微机测控系统与网络通信系统的软件与硬件，进而对自适应跟踪算法进行了一定的阐述，充分说明了该系统可以发挥的作用，以及可以应用的方面。所以，加强对视频监控跟踪系统展开进一步的分析与研究是一个非常值得相关人士深入探讨的问题。
参考文献
[1]李贺桥，黄战华，杨怀栋等.视频监控跟踪系统的研究[J].仪器仪表学报，2002（03）
[2]潘泉.机动目标跟踪双滤波器模型及自适应算法[J].控制理论与应用，2005（04）
[3]周维真，杨宜禾.成像跟踪技术导论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009
【关键词】视频监控系统；自适应跟踪算法；跟踪伺服系统
随着科学技术的不断发展与进步，视频监控跟踪系统方面的研究也取得了一定的进步。成像跟踪指的就是利用景物图像的特点对运动中的目标展开跟踪的技术，跟踪装置一般是由伺服机构与操作系统共同构成的，可以在图像信号中对跟踪目标进行实时自动识别，进而提取位置信息的一种复合技术系统。
一视频监控跟踪系统实现自动跟踪所面临的问题
㈠运动目标的检测
在图像序列中，对于运动目标的检测是一项非常关键并且困难的研究课题，在完成运动补偿、视频理解以及视频压缩编码的过程中，均需要利用相应的运动目标检测技术，在视频理解中，开展运动目标的检测是为后续的识别、跟踪以及活动分析奠定了坚实的基础。运动目标的检测指的就是对图像序列展开相关的检测，指出与运动物体三维有关的一些点，滤除一些与运动目标无关的信息。正确检测运动目标可以极大的提高后续识别、活动分析以及跟踪的正确率。通常情况下，均需要视频监控系统展开长时间的运行，也就需要系统达到以下几点要求：一是，可以與背景的变化相适应，比如可以适应一天时间内所有时间的光照变化；二是，能够与背景物体的变化相适应，比如场景物体的移入与移出等场景的变化；三是，可以有效的对背景中一些比较大的变化进行分辨，比如显示器屏幕的闪烁等情况；四是，可以检测出光照的变化情况，并且可以在尽可能短的时间里适应这样的变化；五是，可以尽可能消除运动目标阴影的干扰；六是，可以很好的处理多运动目标的遮挡现象。
㈡运动目标的选择
在实际应用的过程中，视场中出现的通常都是多个比较随机的运动目标，并且在检测得到相关运动目标的信息之后，需要对我们感兴趣的目标进行选定，进而开展相应的放大跟踪。感兴趣目标的选取是一个十分困难的问题，也是一个会涉及到分析与识别人们活动的问题，是现阶段比较热点的研究课题。并且针对不同的场合在选取感兴趣目标的要求也是不同的，没有相对统一固定的标准，只能结合实际情况展开具体分析。
㈢运动目标的跟踪
在选定感兴趣的目标之后，要对其实现自动跟踪是非常困难的事情，其主要体现在以下几个方面：一是，在视频跟踪中被跟踪目标的本身就是导致跟踪非常困难的首要因素。在平面内或者是平面外，目标都有发生旋转或者平移运动的可能。除此之外，目标的刚体也会影响跟踪的效果。在跟踪的过程中，目标可能不会一直维持相同的几何图形。二是，给跟踪任务带来困难的还有目标运动的不确定性，也就是随机性。在安防生产过程中，需要监视的目标是非常复杂的，并且时刻发生变化的，其运动的速度、方向等具有很大的随机性，对其运动状态的预报也是一个比较复杂的问题。三是，目标所在环境的复杂程度也是影响视频跟踪的主要因素。一方面是光照环境因素的影响，假如进光量发生变化或者出现阴影，就会对图像处理的算法产生一定的影响。另外一个方面就是遮挡环境因素的影响，当被跟踪的目标运动到一个物体之后的时候，就会产生相应的遮挡情况。四是，摄像机也是影响视频跟踪的主要因素。就如同目标一样，摄像机也是能够运动的，在改变摄像机位置的同时也改变了图像以及目标的位置。并且摄像机本身具有的光学参数也是会发生一定改变的。
㈣系统实时监控
对整个系统而言，从采集图像数据到处理再到相关的机电控制，是一个非常消耗时间的过程，要想很好的完成系统实时监控是十分困难的，其主要体现在以下两个方面：一是，图像的数据比较复杂并且庞大，运动目标的检测、选择以及跟踪需要针对多个图像展开扫描处理，进而获取相应的跟踪监控信息，同时需要非常大的计算量，因此，对系统软件与硬件的提升已经成为完善系统实时监控的主要研究课题。二是，对于随机目标的跟踪，需要摄像机可以准确、快速的到达指定位置，这就提高了对电动机操作的要求，其主要包括可以完成快速的启动、逆转、停止，并且可以对速度进行准确而快速的调整。
二设计的跟踪伺服机械系统
根据一般目标运动的特点设计了跟踪伺服机械系统，该系统的成像设备就是电荷耦合器件传感器摄像头，能够进行水平与俯仰的扫描操作；转台可以在1秒钟之内，对360度视场进行扫描；结合目标当前的位置，该系统可以在尽可能短的时间内完成目标的捕捉。因为该系统的运动特点主要就是为了确保被跟踪目标一直处在跟踪范围内，进而对点位控制的系统方案设计进行相关的确定。该系统的主体就是跟踪转台，包括两个回转主轴，垂直轴就是贯穿于转台的底座与上部，水平轴就是承载摄像机的俯仰转动，进而使转台达到全方位的转动。该系统一定要具备在速度变化的条件下具有相应的速度响应功能。作用在传动系统的总负载力矩通常是由动力矩、摩擦力矩以及静力矩共同构成的。根据传动的实际需求，两轴均是采取一级齿轮副传动，其传动比为5.2，结合电机矩频特点，分别采取70BF003与36BF003步进电机。
三系统电路软件与硬件的设计
该系统的电路硬件主要包括伺服控制处理器、跟踪处理器、各种反馈传感器接口、功率驱动器以及单元通讯接口，如图1所示。
该系统将微处理当成是系统电路的核心，并且将其在结构与功能上分成三个层次，具有一定的集中、分布特点，同时相关的软件设计也具有一定的集中、分布特点。
四自适应跟踪算法
跟踪处理器主要包括了跟踪状态、跟踪模式、滤波预测等方面计算，主要表现在算法与跟踪模型上，可以利用相关的微处理器以及逻辑电路予以实现。其实跟踪处理器输出的相关信号量与误差信号量是相对而言的。为了能够获取目标状态的参数值，一定要使用相关的滤波器开展滤波操作，也就是对单机动目标的跟踪，称之为自适应滤波。还要建立目标动态的模型，在设计系统的时候一般采用的就是一种完全解耦的滤波器，也就是加速度滤波器以及速度滤波器。对于目标机动性的相关检测主要就是通过对速度滤波器进行实时检测跟踪误差来完成的。跟踪算法与目标形心位置的测量能够精准的实现机动目标的跟踪操作，并且可以根据机动目标的实际情况自行切换选用的模型，同时各个模型之间也都是可以共同操作的。
结束语
总而言之，结合视频监控跟踪系统的实际需求，设计了跟踪伺服机械系统，并且对跟踪处理系统展开了一定分析，并且设计了微机测控系统与网络通信系统的软件与硬件，进而对自适应跟踪算法进行了一定的阐述，充分说明了该系统可以发挥的作用，以及可以应用的方面。所以，加强对视频监控跟踪系统展开进一步的分析与研究是一个非常值得相关人士深入探讨的问题。
参考文献
[1]李贺桥，黄战华，杨怀栋等.视频监控跟踪系统的研究[J].仪器仪表学报，2002（03）
[2]潘泉.机动目标跟踪双滤波器模型及自适应算法[J].控制理论与应用，2005（04）
[3]周维真，杨宜禾.成像跟踪技术导论[M].西安：西安电子科技大学出版社，2009