基于多目标识别与跟踪技术的高清监控应用

多目标识别与跟踪技术的实现

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。

多目标识别与跟踪技术的发展与改进

多目标识别与跟踪作为一项新兴的技术，从出现至今，始终在根据市场的需求不断的改进和提升。我们可以尝试从大安防的角度，分析该技术未来可能的主要发展方向。

更加智能化的目标优先级排序能力

对目标的优先级排序能力，决定了当前画面是否能始终跟踪危险等级最高的目标，避免多目标时球机只按照简单的轮换顺序进行跟踪，从而有效提升产品的应用价值。提高该能力的有效方法，一是在场景中设立多条警戒线、区域的识别规则，二是可以考虑引入目标行为特征的分析技术，将手中提包、某种衣着颜色、急速奔跑等目标特征作为判断优先级的依据。

更有效的对抗环境中的各种干扰因素

多目标监控系统更多的会应用于机场、广场、道路等室外开阔地域，经常会面对着局部强光、黑夜、大风、大雨、雾霾、地面积水等不良的监控环境，需要智能算法不断的进行针对性的调整与改进，以确保在各种真实环境下都能够有效的跟踪。

另外，多目标的相互遮挡，多目标运动状态的差异和变化，也是影响跟踪性能的主要因素。是否可以引入双目识别技术，通过多视角跟踪多目标，来克服遮挡，这也是一种可能的解决途径。

单枪机+多球机、球机+球机的组合应用

单台固定摄像机与单台球机的组合，是目前标准的应用方式。而在大型监控系统中，对于机场、广场等目标众多，监控地域广大的场景，如果能够实现单枪机+多台球机的组合，将会有效的提升在复杂环境中对多个高安保等级目标的同时监控能力，这将对当前产品的技术层级是很大的提升。

另外，球机之间的联动跟踪、接力跟踪，也是行业中关注的一项热点技术。配合电子地图的使用，能够容易的实现对园区等场景的无缝式跟踪，并实现目标轨迹描绘、犯罪行为预警等高等级的安保需求。