基于多目標識別跟蹤技術的視頻監控應用

多目標識別與跟蹤技術的實現

單球機跟蹤技術

慧聰安防網訊 多目標識別與跟蹤技術的實現，是以單球機智能跟蹤技術系統作為基礎的，因此市場上可見到的具有多目標識別與跟蹤產品的廠商，往往都會有對應的智能跟蹤球機產品系列。單球機智能跟蹤的技術關鍵點，主要是智能算法、球機控制技術這兩部分。

智能算法的關鍵是對包含運動目標的圖像序列進行分析處理，其核心技術就是對場景中活動目標的檢測、跟蹤、識別，以及進一步的行為分析及事件檢測。目標跟蹤的目的就是通過對視頻數據的處理與分析，將圖像序列中不同幀內同一運動目標關聯起來，從而計算出目標的運動參數，如位置、速度、加速度以及運動軌跡等。

基于多目標識別與跟蹤技術的視頻監控應用文/江浩現有的運動目標檢測方法可以歸納為四種：背景減除法、時間差分法、光流法和運動能量法。這些算法在現有的各類智能視頻分析產品中已經有廣泛的應用，表現形態為絆線入侵、區域入侵、電子圍欄、徘徊檢測、物品遺留、物品搬移等多種行為檢測功能。

如要實現對目標的跟蹤，需要應用一些數學工具，在連續的圖像幀間創建基于位置、速度、形狀、紋理、色彩等有關特征的對應匹配關系。目前，就跟蹤人身對象而言，有跟蹤如手、臉、頭、腿等身體部分，以及跟蹤整個人體;就跟蹤視角而言，有對應單攝像機的單一視角、對應多攝像機的多視角和全方位視角;另外也可以通過跟蹤空間(二維或三維)、跟蹤目標類別(人、汽車等)、攝像機狀態(運動或固定)等方面進行分類。

球機控制技術，主要是指對云臺的運動角速度、鏡頭變倍的倍率與速度等機械運動部件的控制，需要與智能跟蹤算法相結合，以實現跟蹤平滑、倍率適當、目標比例合適等良好的視覺效果。

多目標跟蹤技術

多目標識別與跟蹤技術是以單球機智能跟蹤作為基礎，能夠同時實現對大范圍內多個活動目標的智能識別與跟蹤，并對其中單個目標進行智能跟蹤的技術。

多目標識別與跟蹤技術在應用中，通常使用一臺固定攝像機，對廣域范圍內目標進行的智能行為分析，并將同時監控的多個目標按照既定的策略進行排序，并按照先后順序，指揮智能跟蹤球機逐個跟蹤監控目標。與單目標跟蹤相比，多目標跟蹤技術的關鍵點是數據關聯問題，即建立一個統一的坐標系，使得固定攝像機可以將目標的坐標信息傳遞給跟蹤球機，實現聯動跟蹤。

多目標跟蹤的過程可以劃分為以下幾部分：

數據關聯：在觀測數據和目標之間建立起對應關系

常見的方法有最近鄰算法、聯合概率數據關聯濾波器、多假設跟蹤算法。

狀態估計：每個目標根據其對應的觀測進行狀態估計

多目標識別與跟蹤技術的產品形態

通常采用基于貝葉斯理論的方法，將多目標跟蹤問題轉化成對多個單目標的跟蹤過程，并建立相應的狀態空間模型。為每個目標分配一個單目標跟蹤器，相互獨立地跟蹤每個目標，通過設計一些特殊的方法來處理目標之間的交互和遮擋問題。

坐標傳遞：在主攝像機和球機間建立統一的坐標系

在多目標監控場景中，提取目標的位置和運動軌跡信息，發送給從攝像機，從攝像機根據目標的位置和運動軌跡信息跟蹤鎖定目標。

另外，多目標跟蹤技術在實際的應用中，還需要重點優化和改進以下方面：提升算法的效率，以實現同時能夠跟蹤盡量多的目標;需要改進算法的抗干擾性能，以減輕光線變化、影子、目標間遮擋等常見的干擾因素;需要能夠對每個目標排定警戒優先級，以使球機在跟蹤時能夠及時切換到威脅等級更高的目標。

多目標識別與跟蹤技術的產品形態

多目標識別與跟蹤產品目前在市場上可見的產品并不多，主要分為兩種形態：槍球機一體式和獨立型產品(包括NVS、DVR、智能盒等)。

槍球機一體式產品，是指通過獨特的模具設計，在球機上方嵌入一個廣角攝像機，通過內部的連線，實現一個可以完全獨立安裝和使用的一體化多目標跟蹤系統。由于槍機的位置固定在球機內不可移動，因此在算法上更加容易實現，在場景匹配和目標坐標傳遞方面有良好的精度。

獨立型產品是目前市場上比較常見的產品形態。通常是在NVS、DVR中提供該項功能，或是設計一款專用的視頻處理分析器，通過現場接線連接槍機和球機，通過平臺軟件的配置，實現主從式多目標跟蹤功能。獨立型產品的優勢是應用方式靈活，可以兼容不同廠商的各類攝像機，包括標清、高清、模擬型、網絡型的槍機、球機，不僅適用于新建的監控系統，也適用于現有監控系統的升級改造，在方案設計和系統建設中具有高度的靈活性，未來可能會得到更大的發展。

多目標識別與跟蹤技術的發展與改進

多目標識別與跟蹤作為一項新興的技術，從出現至今，始終在根據市場的需求不斷的改進和提升。我們可以嘗試從大安防的角度，分析該技術未來可能的主要發展方向。

更加智能化的目標優先級排序能力

對目標的優先級排序能力，決定了當前畫面是否能始終跟蹤危險等級最高的目標，避免多目標時球機只按照簡單的輪換順序進行跟蹤，從而有效提升產品的應用價值。提高該能力的有效方法，一是在場景中設立多條警戒線、區域的識別規則，二是可以考慮引入目標行為特征的分析技術，將手中提包、某種衣著顏色、急速奔跑等目標特征作為判斷優先級的依據。

更有效的對抗環境中的各種干擾因素

多目標監控系統更多的會應用于機場、廣場、道路等室外開闊地域，經常會面對著局部強光、黑夜、大風、大雨、霧霾、地面積水等不良的監控環境，需要智能算法不斷的進行針對性的調整與改進，以確保在各種真實環境下都能夠有效的跟蹤。

另外，多目標的相互遮擋，多目標運動狀態的差異和變化，也是影響跟蹤性能的主要因素。是否可以引入雙目識別技術，通過多視角跟蹤多目標，來克服遮擋，這也是一種可能的解決途徑。

單槍機+多球機、球機+球機的組合應用

單臺固定攝像機與單臺球機的組合，是目前標準的應用方式。

而在大型監控系統中，對于機場、廣場等目標眾多，監控地域廣大的場景，如果能夠實現單槍機+多臺球機的組合，將會有效的提升在復雜環境中對多個高安保等級目標的同時監控能力，這將對當前產品的技術層級是很大的提升。