基于多目标识别跟踪技术的监控应用 - 安防知识网

近年的视频监控市场中，高速智能跟踪球机成为热点产品，其所具有的智能分析、自动跟踪、大范围监控等技术特点，非常适用于具有高安防等级、地域开阔、目标稀少等特点的应用场合，在平安城市、道路、机场等领域得到广泛应用。随着技术及需求的深入发展，多目标识别与跟踪技术已逐渐从实验室走向了应用，并呈现出更加丰富的应用方式和广阔的市场前景。

　　单球机跟踪技术

　　多目标识别与跟踪技术的实现，是以单球机智能跟踪技术系统作为基础的，因此市场上可见到的具有多目标识别与跟踪产品的厂商，往往都会有对应的智能跟踪球机产品系列。单球机智能跟踪的技术关键点，主要是智能算法、球机控制技术这两部分。

　　智能算法的关键是对包含运动目标的图像序列进行分析处理，其核心技术就是对场景中活动目标的检测、跟踪、识别，以及进一步的行为分析及事件检测。目标跟踪的目的就是通过对视频数据的处理与分析，将图像序列中不同帧内同一运动目标关联起来，从而计算出目标的运动参数，如位置、速度、加速度以及运动轨迹等。

　　基于多目标识别与跟踪技术的视频监控应用文/江浩现有的运动目标检测方法可以归纳为四种：背景减除法、时间差分法、光流法和运动能量法。这些算法在现有的各类智能视频分析产品中已经有广泛的应用，表现形态为绊线入侵、区域入侵、电子围栏、徘徊检测、物品遗留、物品搬移等多种行为检测功能。

　　如要实现对目标的跟踪，需要应用一些数学工具，在连续的图像帧间创建基于位置、速度、形状、纹理、色彩等有关特征的对应匹配关系。目前，就跟踪人身对象而言，有跟踪如手、脸、头、腿等身体部分，以及跟踪整个人体;就跟踪视角而言，有对应单摄像机的单一视角、对应多摄像机的多视角和全方位视角;另外也可以通过跟踪空间(二维或三维)、跟踪目标类别(人、汽车等)、摄像机状态(运动或固定)等方面进行分类。

　　球机控制技术，主要是指对云台的运动角速度、镜头变倍的倍率与速度等机械运动部件的控制，需要与智能跟踪算法相结合，以实现跟踪平滑、倍率适当、目标比例合适等良好的视觉效果。

　　多目标跟踪技术

　　多目标识别与跟踪技术是以单球机智能跟踪作为基础，能够同时实现对大范围内多个活动目标的智能识别与跟踪，并对其中单个目标进行智能跟踪的技术。

　　多目标识别与跟踪技术在应用中，通常使用一台固定摄像机，对广域范围内目标进行的智能行为分析，并将同时监控的多个目标按照既定的策略进行排序，并按照先后顺序，指挥智能跟踪球机逐个跟踪监控目标。与单目标跟踪相比，多目标跟踪技术的关键点是数据关联问题，即建立一个统一的坐标系，使得固定摄像机可以将目标的坐标信息传递给跟踪球机，实现联动跟踪。

　　多目标跟踪的过程可以划分为以下几部分：

　　数据关联：在观测数据和目标之间建立起对应关系；

　　常见的方法有最近邻算法、联合概率数据关联滤波器、多假设跟踪算法；

　　状态估计：每个目标根据其对应的观测进行状态估计。

　　通常采用基于贝叶斯理论的方法，将多目标跟踪问题转化成对多个单目标的跟踪过程，并建立相应的状态空间模型。为每个目标分配一个单目标跟踪器，相互独立地跟踪每个目标，通过设计一些特殊的方法来处理目标之间的交互和遮挡问题。

　　坐标传递：在主摄像机和球机间建立统一的坐标系

　　在多目标监控场景中，提取目标的位置和运动轨迹信息，发送给从摄像机，从摄像机根据目标的位置和运动轨迹信息跟踪锁定目标。

　　另外，多目标跟踪技术在实际的应用中，还需要重点优化和改进以下方面：提升算法的效率，以实现同时能够跟踪尽量多的目标;需要改进算法的抗干扰性能，以减轻光线变化、影子、目标间遮挡等常见的干扰因素;需要能够对每个目标排定警戒优先级，以使球机在跟踪时能够及时切换到威胁等级更高的目标。

　　多目标识别与跟踪技术的产品形态

　　多目标识别与跟踪产品目前在市场上可见的产品并不多，主要分为两种形态：枪球机一体式和独立型产品(包括NVS、DVR、智能盒等)。

　　枪球机一体式产品，是指通过独特的模具设计，在球机上方嵌入一个广角摄像机，通过内部的连线，实现一个可以完全独立安装和使用的一体化多目标跟踪系统。由于枪机的位置固定在球机内不可移动，因此在算法上更加容易实现，在场景匹配和目标坐标传递方面有良好的精度。

　　独立型产品是目前市场上比较常见的产品形态。通常是在NVS、DVR中提供该项功能，或是设计一款专用的视频处理分析器，通过现场接线连接枪机和球机，通过平台软件的配置，实现主从式多目标跟踪功能。独立型产品的优势是应用方式灵活，可以兼容不同厂商的各类摄像机，包括标清、高清、模拟型、网络型的枪机、球机，不仅适用于新建的监控系统，也适用于现有监控系统的升级改造，在方案设计和系统建设中具有高度的灵活性，未来可能会得到更大的发展。