搜索
一、系统架构简介为有效解决了在安防监控过程中的监控死角、监控盲区等方面的问题，本设计开发了一款可以智能的探测、跟踪监控目标物体，实现对运动目标的自动跟踪、录像、报警的摄像系统，彻底改变了视频监控系统只能作为辅助系统的局面。采用了计算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统ClassInnovation，参考PowerCreatorGraphicPositionSystem，CI，其由两个子系统组成：(1)教师跟踪系统，它使用两台摄像机，由教师定位摄像机自动计算教师在讲台上的位置，并通知教师摄像机进行转动，使教师处于教师摄像机的视场中心，并保持适当的图像分辨率。(2)学生定位系统，由学生定位摄像机自动计算站立学生所处的位置，并指导学生摄像机调整参数，以特写的方式进行拍摄，使学生处于学生摄像机的视场中心，并保持适当的分辨率。(1)、教师跟踪系统教师的活动区域主要在讲台周围，其范围相对有限，因此教师跟踪系统可使用2台摄像机：定位摄像机和教师摄像机。定位摄像机可使用广角或全向摄像机，其视场范围限制在讲台区域，需要实时跟踪教师在授课过程中的位置。教师摄像机可采用PTZ摄像机，根据定位摄像机返回的教师位置，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得教师处于教师摄像机的适当位置。在摄像机监视的场景范围内，当移动目标出现后，用户可以手动锁定（例如通过鼠标点击来锁定目标）或预置位自动触发锁定某个运动目标，来触发PTZ摄像机进行自主自动的PTZ跟踪，并自动控制PTZ摄像机的云台进行全方位旋转，针对被锁定的运动目标进行视觉导向的自动跟踪，以确保跟踪目标持续出现在镜头中央。自动PTZ跟踪模块弥补了固定摄像机监控视野窄的缺点，是完善的安全监控系统所必备的功能。（2）、学生定位系统学生所在的区域相对固定，但其分布范围相对较大。因此，学生定位系统可根据教室的大小和学生人数的多少，使用1-3台广角或全向摄像机来覆盖整个视场范围，并自动估计回答问题学生的位置。学生摄像机可采用1台PTZ摄像机，根据定位摄像机的返回结果，自动调整摄像机的Pan/Tilt/Zoom参数，使得学生处于学生摄像机的适当位置。二、系统设计算机视觉技术的课堂自动定位-跟踪拍摄软件系统ClassInnovation分为教师摄像机和学生摄像机两部分组成。在其程序界面中，可对云台进行直接设置，可对云台变焦、对焦、以及光圈设置等等。通过程序界面的方向控制可以改变云台的方向，在云台设置界面可以调整云台的速度。当进入教师摄像机标定以及学生摄像机标定页面的时候，则可以对对象进行摄像机标定。在不同的摄像机标定中，可执行的功能也不一样。教师跟踪系统界面中，系统选择黑板区域并设置讲台区域，并进行右界面标定以及左界面标定，使教师定位摄像机图像中，并获取背景图像，即可实现自动跟踪。学生跟踪系统界面中，通过将界面图像中下边的红线调整到第一排课桌的平面高度，上边红线调整到学生在所有位置站立起来的最大高度从而实现范围的设置。再通过对云台进行调整，从而实现上、下、左、右界面的标定。最后通过调整云台位置焦距，将学生录像摄像机调整到理想的理想位置，完成近目标界和远目标界的标定后，就可以完成摄像头的启动跟踪。三、关键技术（1）、教师定位采用目前在人体检测准确率与实时性两方面综合性能最优的Harrwavelet-basedAdaBoostcascad方法。为进一步提高处理速度与降低图像中大尺度边缘对检测器性能的影响，考虑加入变化检测来获取初始检测区域。这种基于聚类滤波器的检测方法，最大的优势在于仅检测人体的存在，而屏蔽其它偶然发生的场景变化，从而显著提高检测器的鲁棒性。（2）、教师跟踪由于教师在授课过程中会出现复杂的姿态形体变化，传统的Kalman滤波方法不能保证对运动中教师的稳定跟踪。CI将综合利用人体运动特征、容貌、衣着等多个线索，在Bayesian框架下估计教师位置等状态参数的后验概率分布，从而实现稳定跟踪。在授课过程中，教师单独活动与讲台附近，应用高斯混合模型GMM(GaussianMixtureModel)和均值偏移(Mean-Shift)来跟踪教师；在教师与学生交互过程中，会出现多人交错出现的情况，运用粒子滤波(ParticleFilter)来完成复杂背景下的多人跟踪。（3）、学生站立运动分析在授课过程中，学生在一般情况应该保持静止，只有在回答问题过程中才站起来。因此学生定位只需要通过目标检测即可实现，但要注意消除学生的较小的动作对定位的影响。采用高斯混合模型GMM完成背景建模，并结合变化检测来定位站立学生的位置。（4）、摄像机标定无论是教师跟踪系统，还是学生定位系统，都需要标定广角摄像机(定位摄像机)和PTZ摄像机(教师或学生摄像机)之间的关系。当广角摄像机确定目标位置后，需要找到该目标在PTZ摄像机中的对应位置，并通过调整PTZ参数，使得目标处于PTZ摄像机的视场范围的中间，这种摄像机标定问题通常称为双摄像机(dual-camera)标定。目前的标定方法大多数需要测量广角摄像机和PTZ摄像机之间的几何参数，并且保证两者的光轴互相平行。这些标定方法给实际使用带来了不便，本系统采用查找表的方法建立广角摄像机和PTZ摄像机的对应关系，将全向或广角摄像机的视场范围划分为若干个网格，在标定阶段，将PTZ摄像机的视场范围调整到每个网格区域，并记录下PTZ摄像机的摇动(Pan)、倾斜(Tilt)和缩放(Zoom)参数，这样就得到每个网格所对应的PTZ数据。当全向或广角摄像机检测到目标时，即可将找到该目标所在的网格位置，并得到对应的PTZ参数，利用该参数指导PTZ摄像机的运动，即可实现跟踪拍摄。四、市场价值数字化、网络化、智能化是视频监控技术发展的必然趋势，摄像机的技术发展与市场需求应该是一个相互影响、相互促进的过程，自动跟踪技术就是安防监控市场细分化、专业化的产物，而且，随着市场的需求的不断深化，该项技术也逐渐成熟，从第一代的区域跟踪技术，到第二代的锁定跟踪技术，有效地提升了智能摄像机跟踪监控的准确性，这也是智能摄像技术进步的一种体现。视频监控系统由目视解释转变为自动解释，是视频监控技术的飞跃，是安防监控技术发展的必然。