[發明專利]一種礦井用單攝像頭運動目標跟蹤方法

在審

• 申請號: 201710670458.1
• 申請日: 2017-08-08
• 公開（公告）號: CN107437259A
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 逯彥;黃慶享
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/277
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙)11419
• 代理人: 王玉松

技術領域

本發明屬于圖像識別技術領域，特別涉及一種礦井用單攝像頭運動目標跟蹤方法。

背景技術

我國煤炭開采主要采用地下作業的方式，國家對于煤炭安全生產的情況也越來越重視。現在一般的煤礦中都裝有監控系統，而采取的這些措施一定程度上能夠避免一些事故的發生或者是在事故發生后提供救援所需要的分析資料。但是煤礦的工作人員一旦進入到井下，他們在井下所處的實際位置、工作狀態以及所面臨的一些突發狀況或險情都很難直接并且及時的被井上的工作人員或救援團隊所掌握。由于煤礦井下的巷道錯綜復雜，難以清楚識別，其中有些區域可能存在著大量的有害氣體或者其他的危害因素，亦或者是一些設備重地，而這些區域往往是禁止入井人員在沒有采取有效防護措施的情況下隨意進入的。由于井下采用人工照明的方式，能見度不好，巷道比較復雜，一般的警示牌在這樣的環境中警示效果不夠有力，并且長時間從事枯燥而且繁重的工作，使工作人員容易因為疲勞從而忽視了這些警示標識。

煤礦井下的環境與一般的環境相比較為特殊，井下的視頻具有以下特點：

(1)礦井下的環境較為昏暗，常年采用人工照明的方式，雖然備有照明裝置，但是這種照明方式和自然光有所區別，導致煤礦井下照明的強度不均勻，即使是在同一個監控環境下，與光源距離的遠近不同也會導致光照不同。

(2)在礦井環境中，除了一些特殊的標識或者設備較為醒目，容易辨別處理，其他區域的圖像信息幾乎主要以黑、白、灰三種顏色，所以在對監控視頻進行圖像處理的時候幾乎沒有很豐富的色彩信息可以加以利用。

(3)通常情況下，煤礦都會為每個工作人員配備礦燈，當工作人員攜帶礦燈進入檢測區域時，就會對區域的亮度產生很大的影響。

本技術旨在解決礦井環境中不同固定攝像頭之間目標的連續跟蹤問題。通過該技術能夠使得井上管理人員或者救援團隊將目標所走過的軌跡以及最終的位置進行掌握，從而為后續工作的開展提供有力依據。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種礦井用單攝像頭運動目標跟蹤方法。

本發明具體技術方案如下：

本發明提供了一種礦井用單攝像頭運動目標跟蹤方法，包括如下步驟：

S1：在拍攝的視頻中選擇需要跟蹤的運動目標，獲取運動目標模板；

S2：采用SIFT算法對獲得的所述運動目標模板進行特征提取，得到運動目標特征；

S3：使用PCA算法對提取到的所述運動目標特征進行降維處理，并利用降維后的所述運動目標特征建立目標模板字典；

S4：在當前幀中的所述運動目標模板中進行粒子濾波，提取N個粒子，構成初始樣本集；

S5：采用BLOOMP算法用所述目標模板字典對所述運動目標進行稀疏表示，從而得到下一幀中的跟蹤結果；

BLOOMP算法流程如下：

輸入：稀疏基矩陣Ψ，測量向量b，迭代終止條件η(η＞0)

初始化：目標場景x⁰＝0，回波殘差r⁰＝b，支集

迭代：For n＝1，……，s

1)

2)Sⁿ＝LO(S^n-1∪{i_max})

3)xⁿ＝argmax_z||Az-b||₂S.t.sup(z)∈Sⁿ

4)rⁿ＝b-Axⁿ

輸出：目標場景x^S；

S6：計算殘差，尋找殘差最小的所述運動目標，該運動目標即為該幀的跟蹤結果。

進一步地，所述目標模板字典的建立方法如下：

S3.1：對選定的所述運動目標進行一系列從低到高的曝光處理，得到不同亮度下的運動目標集合；

S3.2：對所述運動目標集合中不同亮度的所述運動目標分別進行平移和旋轉，得到若干運動目標模板，并生成模板集合；

S3.3：使用PCA算法對提取到的所述運動目標特征進行降維處理，構成超完備字典，即所述目標模板字典。

進一步地，所述步驟S3.1中，曝光處理的方法為：在曝光度18～218的范圍內，以10為梯度共進行20次曝光處理，獲得20個不同亮度下的運動目標的集合。

進一步地，所述步驟S3.2中，獲得所述運動目標模板的方法如下：對框選出的運動目標區域左右移動1～5個像素，并繞中心分別順時針和逆時針旋轉1～10度。