錢澤東等

摘 要：全景視覺和常規(guī)視覺協(xié)同利用進行運動目標檢測與跟蹤是圖像處理中的一個重要課題，具有廣泛的應(yīng)用前景。文章基于全景視覺與常規(guī)視覺融合的目標跟蹤技術(shù)，采用全景視覺和常規(guī)視覺協(xié)同方式，由全景發(fā)現(xiàn)目標后報警，將目標在空間中的水平和垂直角度信息傳遞給常規(guī)視覺系統(tǒng)，實現(xiàn)目標的跟蹤。

關(guān)鍵詞：全景視覺；數(shù)字圖像處理；目標檢測；目標跟蹤

傳統(tǒng)視覺一般采用常規(guī)攝像頭，一般視野較小，對周圍環(huán)境信息的獲取不全面，容易形成視覺盲區(qū)，不能及時地處理某些突發(fā)事件。全景視覺能滿足人們大視場需求，能在同一時間獲取周圍水平方向360°，垂直方向超過180°的視野信息，但是對周圍環(huán)境存在畸變映射，不是實際景物的真實反映，對距離全景攝像機較遠的目標無法精確觀測和識別。因此，為滿足實際中的各種需要，合理運用全景和常規(guī)視覺系統(tǒng)，由全景視覺系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標，然后通過位置解算對目標方位信息進行解算，基于解算得到的方位信息，通過常規(guī)視覺系統(tǒng)進行精確觀察，不失為一種良好的目標跟蹤系統(tǒng)。

1 全景視覺和常規(guī)視覺融合系統(tǒng)組成

全景和常規(guī)視覺系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)布置可以有兩種，一種是全景視覺系統(tǒng)和常規(guī)視覺系統(tǒng)水平方向放置，一種是垂直方向放置。兩種結(jié)構(gòu)布置方式都可以實現(xiàn)周圍環(huán)境的監(jiān)測，但是水平放置時，常規(guī)視覺系統(tǒng)中的云臺攝像機會遮擋住一部分全景信息，雖然也能同時通過云臺進行觀察，但是造成了資源的浪費，相對于垂直方向的放置方法，不能完全發(fā)揮全景的優(yōu)勢。而且兩者的坐標軸有一段距離，當全景找到目標確定位置信息后，調(diào)動云臺轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的預置位，而相應(yīng)的云臺控制系統(tǒng)的預置位又因為全景設(shè)備的遮擋，云臺相機的視野受限。綜上所述，本系統(tǒng)采用垂直布置結(jié)構(gòu)，全景和云臺的垂直結(jié)構(gòu)又可以有兩種情況，一種是全景設(shè)備在上，一種是云臺設(shè)備在上。在這兩種情況下，全景攝像機的優(yōu)勢都能被充分地利用，區(qū)別就在于云臺相機上。選取的云臺攝像機垂直方向上能夠從水平位置向下轉(zhuǎn)動90°，如果放置在系統(tǒng)的上方，視野也會因為全景設(shè)備遮擋而受限，目標出現(xiàn)在同一區(qū)域時兩者的角度很難完整對應(yīng)，設(shè)置較為復雜，經(jīng)過試驗對比，云臺攝像機放置在系統(tǒng)下端，可以把全景計算得到的目標的水平垂直角度直接發(fā)送給云臺作為目標的位置信息，兩者的對應(yīng)關(guān)系較為簡單，所以最終選取上全景下與下云臺的垂直結(jié)構(gòu)?？梢赃@樣說，在進行協(xié)調(diào)控制的時候，根據(jù)幾何關(guān)系得到全景坐標系下的目標的水平垂直角度，就能控制云臺轉(zhuǎn)動的預置位，再微調(diào)下角度，就能得到很好的視野。如圖1所示。

2 基于幀間差分目標識別

基于全景視覺和常規(guī)視覺融合跟蹤技術(shù)是在目標識別基礎(chǔ)上完成的，利用全景裝置和云臺之間的關(guān)系，通過坐標關(guān)系變換得到目標的位置信息，使云臺能夠轉(zhuǎn)動到目標出現(xiàn)區(qū)域進行細致觀察和追蹤，因此，首先必須進行目標識別。

幀間差分法是一種基于相鄰幀圖像序列之間具有高度相似性，相減看變化確定目標的簡單計算方法。將圖像中大部分相同的東西忽略掉，直接計算灰度變化較大的區(qū)域，在閾值化處理之后就凸顯了運動的目標，效果類似高通濾波。

對于圖像序列中的運動目標，由于目標在移動中，目標在當前幀的位置和上一幀的位置是不同的，當運動目標的顏色特征與背景顏色特征不完全一致時，那么體現(xiàn)在圖像中的變化就為運動目標所在位置的像素值在兩幅圖像中發(fā)生了明顯的改變，這種改變可以采用差分并閾值處理的形式凸顯出來。

假設(shè)當前幀為f（x，y，z，n），上一幀為f（x，y，z，n-1），其中x，y表示圖像像素所在位置；z表示位深（當為彩色圖像時表示通道個數(shù)z=3，當為灰度圖或單顏色通道時z=1）；n表示圖像序列的序號（n>1）。

4 試驗結(jié)果

全景視覺系統(tǒng)與云臺裝置安裝完成之后，兩者之間的協(xié)調(diào)工作關(guān)系進行確定。全景完成檢測工作之后，還要定位目標，將位置信息出傳達給云臺，就完成了全部設(shè)計功能。云臺僅需設(shè)置手動控制按鈕，進行鏡頭的微調(diào)和目標跟蹤功能。基于以上設(shè)計原理，在VC++平臺上編程實現(xiàn)，證明整體的可行性和優(yōu)越性。全景軟件實現(xiàn)的基本功能是實現(xiàn)全景圖像開始預覽和圖像錄制。對采集到的每幀圖片進行處理，按幀間差分法處理可疑目標，并且將目標的位置信息給到云臺。

云臺軟件能夠完成的基本要求是抓拍目標圖像、開始和停止錄像，實現(xiàn)云臺全方位的調(diào)節(jié)，云臺可以由全景軟件直接打開，也可以通過全景內(nèi)目標發(fā)現(xiàn)后打開，在給出目標的水平和垂直方向的角度后，確定云臺設(shè)置的預置位。云臺轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的預置位，這時候就能觀察到符合人視覺的正常目標圖像，并進行跟蹤。

參考文獻

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作者簡介：錢澤東（1986-），男，山東日照人，東海標準計量中心。