MV-VS200空间动态物体双目跟踪与定位系统平台

【运动目标跟踪系统方案概述】
  本系统针对静态背景下对运动目标实现自动识别与跟踪。系统提供单相机标定、背景重建、运动目标检测、运动目标跟踪、运动目标识别、运动目标的定位、运动目标的测量算法的API函数接口，以及各函数的使用说明

【系统主要包含技术】
  ●摄像机标定算法
  ●背景重建算法
  ●运动目标检测算法
  ●运动目标跟踪算法
  ●运动目标识别
  ●运动目标的定位
  ●运动目标的测量
【系统硬件结构图】
  该系统采用一台固定的高分辨率数字摄像机以及标定靶等构成。系统涉嫌对视场内的运动目标进行自动识别跟踪。
系统硬件逻辑示意如图1：

图1 硬件结构示意图

【系统软件】
  系统软件包含了多种图像处理技术和计算机软件技术，下面给出本系统中主要部分（图像处理部分）软件的结构图和运动目标自动识别与跟踪及坐标计算部分的逻辑结构图。

图2 软件结构图

如上图所示，固定相机完成摄像机的标定。针对其视场内的运动目标实现实时检测与跟踪，确定运动目标的质心位置，并根据标定结果对运动目标的坐标位置进行测量等内容。
【系统主要研究内容】
算法研究：
  ●标靶特征圆的子像素检测；
  特征圆的检测精度对标定数学模型的求解以及测量的精度都有很大的影响。开发特征圆的高精度检测方法，达到国际先 进水平的子像素检测精度，势必大大提高系统的测量精度。
  ●标靶特征圆的自动识别定位；
  分析标靶特征点的外观特征，应用透视变换原理以及模板匹配等技术实现标靶的自动识别，以及系统的自动标定。
  ●摄像机标定；
  摄像机标定精度的高低直接影响到系统的测量精度。因此采用高技术标定算法以及完善的摄像机成像数学模型，能够保 证系统的测量精度。
  ●背景重建；
  根据固定相机的序列图像重建运动目标的背景图像。
  ●目标检测；
  以重建的背景图像为基础，对当前的运动目标进行自动检测。
  ●运动目标跟踪；
  系统根据运动目标的运动状态对下一时刻的运动位置及姿态进行预测，实现目标的跟踪。
  ●运动目标识别；
  对检测到的目标根据目标特征进行自动的匹配识别，以确定正确的运动目标。
  ●运动目标定位；
  系统根据运动目标的图像区域计算出运动目标的质心。
  ●运动目标测量；
  系统根据运动目标图像的质心坐标以及摄像机的标定参数，实现目标位置的测量。

【软件研究】
  ●软件系统框架；
  为系统各API函数的使用提供一个参考例程软件。根据从计算机硬盘中读入的视频进行处理，实现系统各功能函数的测 试。根据标定向导完成单相机的标定，以及运动目标背景重建、检测、跟踪、识别、定位及测量功能。
  ●标定模块设计；
  设计单相机的标定模块，系统将单相机的标靶图像数据输入后该模块自动完成左右相机的标定。
  ●运动目标自动跟踪识别；
  设计运动目标自动跟踪识别各模块的API函数，系统将运动目标的图像输入该模块后，该系统模块实现运动目标的背景重建、检测、跟踪、识别、定位及测量等功能。

【主要技术特点】
●操作界面清晰明了，简单易行；
●测量软件及算法完全自主开发，系统针对性强；
●完整的系统API函数使用说明；
●提供软件SDK开发包，便于了解系统API函数的使用，易于系统的二次开发；
●可靠性高，运行稳定，适合各种现场运行条件。
●基于PC平台，系统可扩充性强，基于EF-VS机器视觉软件平台可扩展其它功能。

【与此项目相关的案例】
  (1) 2007年12月，完成“双目多目标动态定位及跟踪”项目，主要用于安防领域识别动态物体并定位跟踪；
系统主要实现双目相机的标定、多运动目标的自动识别、立体匹配、双目立体测量等功能。系统测试平台如图3所示。

图3 系统测试平台

  (2) 2008年8月，为某公司完成“鱼的自动识别与跟踪”项目，主要对水中的鱼进行自动跟踪识别，并实时计算鱼的位置、运动速度、位于水缸的高度、转弯次数等参数的测量。

图4 鱼的自动跟踪与识别

  (3) 2009年9月，为某大学完成“多介质空间动态物体三维测量系统”，采用三组双目测量系统多玻璃缸内的空间运动物体质心的三维位置坐标及运动速度进行多角度实时的测量。
  该系统通过双目测量系统原理，以及多相机捆绑调整，立体测量技术的及运动目标自动跟踪识别，实现水下运动体质心的三维测量。

图5多介质空间运动体三维测量系统正视机界面图

  (4) 2009年12月——，“多介质空间动态物体三维位置及姿态测量系统”，利用双目测量系统对水下自由运动体的三维位置坐标及姿态实时的进行测量。