[發明專利]基于圖像傳感器網絡的目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 200910090416.6
• 申請日: 2009-08-04
• 公開（公告）號: CN101635057A
• 公開（公告）日: 2010-01-27
• 發明（設計）人: 高德云;張宏科;牛延超;梁露露;鄭濤;王曉寧
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司
• 代理人: 童曉琳

技術領域

本發明屬于計算機圖像處理技術領域，尤其涉及一種基于圖像傳感器網 絡的目標跟蹤方法。

背景技術

無線傳感器網絡綜合了傳感技術、網絡技術、無線通信技術和分布式智 能信息處理技術等，可以廣泛應用于智能建筑、環境監測等領域。無線傳感 器網絡由部署在一個特定區域內的較大規模的傳感器節點組成，傳感器節點 采用多跳、自組織的無線通信方式，以特定的協議高效、穩定、協同地完成 某種特定的任務，從而極大地擴展人們獲取客觀世界信息的能力。由于傳感 器節點成本低、感知數據精確、部署方便，傳感器網絡自組織、魯棒性強等 優點，能夠有效地感知和檢測目標物體，因此目標跟蹤成為無線傳感器網絡 應用的熱點領域。

近年來，許多國內外學者相繼展開了采用無線傳感器網絡進行目標跟蹤 的研究，其中大部分的研究成果借助于無線傳感器觀測節點與被測目標之間 的信息交互，例如專利申請公開說明書《基于雙層預測機制的無線傳感器網 絡目標跟蹤方法》(申請號200810048967.1，公開號CN101339240)，結合目 標的運動特征和歷史數據，建立目標軌跡的預測模型。這種方法受限于觀測 節點與被測目標之間的無線通信以及預測模型的局限性，精度不高，并且當 部署環境干擾通信、目標運動無規律、目標運動軌跡突然發生變化時，這些 方法將丟失跟蹤目標，易產生錯誤軌跡估計等問題。

隨著嵌入式技術的發展，圖像傳感器已經能夠應用到無線傳感器網絡中， 利用圖像傳感器網絡進行目標跟蹤，具有直觀性和及時性，在一定程度上解 決了上述方法存在的問題。傳統的利用圖像信息實現目標跟蹤的方法根據是 否進行圖像間的模式匹配可以概括為兩類：基于目標檢測的方法和基于目標 識別的方法。

(1)基于目標檢測的方法。

基于目標檢測的方法主要有基于差分的方法、基于背景估計的方法和基于 運動場估計的方法三種。

基于差分的方法是對相鄰幀圖像做相減運算，利用視頻序列中相鄰幀圖像 間的強相關性進行變化檢測，從而確定運動目標。但差分后顯現的背景易被誤 認為是噪聲，這種誤差在傳統差分法中無法克服，造成目標檢測的不準確，對 于緩慢運動的目標甚至無法提取出目標邊界，對于快速運動的目標提取出的目 標區域又過大。

基于背景估計的方法是將當前圖像與事先存儲或隨時更新的背景圖像相 減，若某一像素大于閥值，則認為該像素屬于運動目標。此方法中，背景更新 的計算量較大，且必須建立合適的模型，對于背景也做大幅度運動的場合是不 適用的。

基于運動場估計的方法是通過視頻序列的時空相關性分析估計運動場， 建立相鄰幀圖像的對應關系，利用目標與背景的運動形式不同而進行運動目 標檢測。主要有光流法、塊匹配方法、貝葉斯分割等。此類方法依靠增加時 間域的支撐來獲得在低信噪比和復雜背景條件下檢測目標的能力。但需要對 整個圖像區域進行運算，計算量大，而且一般局限于目標與背景的灰度保持 不變的假設條件下。

(2)基于目標識別的方法。

基于識別的方法亦可以稱為基于匹配的方法，其基本思想是把一個預先存 儲的目標圖像模板作為識別和測定目標位置的依據，用目標模板與實際圖像的 各個子區進行匹配，找出和目標模板最相似的一個子圖像的位置，就認為是當 前目標的位置。但這種跟蹤方法運算量較大，對于尺度、旋轉等圖像變形問題， 模板匹配很困難，當目標的自身特征發生變化時，容易導致模板匹配不穩定。

從上述分析可以看出，傳統的利用圖像信息實現目標跟蹤的方法沒有考 慮觀測設備硬件資源的限制，這些方法計算量大、結構復雜，需要設備具有 較好的數據處理能力和豐富的存儲資源。然而無線傳感器節點要求低功耗、 低復雜度、低成本，傳統的方法無法直接應用圖像傳感器網絡中，因此迫切 需要新的解決思路，利用圖像傳感器網絡實現目標跟蹤。

發明內容

本發明的目的在于，提出一種基于圖像傳感器網絡的目標跟蹤方法，用以 解決上述傳感器網絡采用的目標跟蹤方法存在的問題。

本發明的技術方案是，一種基于圖像傳感器網絡的目標跟蹤方法，采用紅 外發光二極管對目標進行標識，并在觀測節點的圖像傳感器中安裝濾光片，然 后觀測節點通過采集視野內的圖像以及識別圖像內紅外發光二極管的位置，完 成對目標軌跡的跟蹤，其特征是所述方法包括下列步驟：