一种基于图像处理技术的群集运动数据采集方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种群集运动实验数据采集方法及系统，方法包括以下步骤：在实验场景中采集群集运动目标的视频；从当前视频帧中提取目标运动区域；对目标运动区域滤除背景；将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；根据历史目标位置、速度和方向识别可疑目标。本发明专利技术根据视频数据进行目标跟踪得到轨迹，在跟踪过程中识别重合目标并拆分，提高了跟踪准确度，可实现各种大小群集目标的准确跟踪，大大加快了实验数据的获取的速度和准确性。

Method and system for collecting cluster motion data based on image processing technology

The invention discloses a cluster system and motion data acquisition method, the method includes the following steps: collecting the cluster moving target video in the experimental scene; the extraction of the target motion region from the current video frame; the target moving area filtering background; the threshold region and target gray target motion filtering background compared to determine pixel the point is greater than the target threshold for suspicious target pixels, the suspicious targets of neighboring pixels as a suspicious target; suspicious target and target length, width and area threshold comparison, determine suspicious targets for individual and multiple targets, a non coincidence in the target; according to the suspicious target target history the position, speed and direction recognition. The invention of target tracking by trajectory according to the video data, identification coincidence target during tracking and resolution, improve the tracking accuracy, accurate tracking can be realized in various size cluster targets, greatly accelerate the speed and accuracy of the experimental data.

【技术实现步骤摘要】
一种基于图像处理技术的群集运动数据采集方法及系统
本专利技术属于群集运动研究
，更具体地，涉及一种群集运动数据采集方法及系统。
技术介绍
群集运动是一种普遍存在的自然现象，从到蚂蚁、细菌等的集体移动，到鸟群的成群飞翔、鱼群的结队巡游、蝗虫的集群迁徙，以及在现实生活中的人群都是群集运动的典型代表。这些由大量自主个体所组成的群体在飞行、巡游及移动过程中如何形成各种各样协调有序的集体运动模式,又如何就外部作用迅速地、几乎步调一致地改变当前运动状态，这种高度协调且极度有序的集体运动模式的产生机理和内在机制，长期以来一直是群集运动研究所探讨的核心问题。但是实验数据的缺乏严重制约了群集运动研究的进展，实验场地、数据采集以及数据处理分析的过程涉及的模块众多，因此有必要建立完整的数据采集处理方案，以供群集运动的分析和研究。
技术实现思路
针对现有技术的问题和迫切技术需求，本专利技术提供一种通用的群集运动数据采集方法及系统，其目的在于，可以快速的获取群集运动实验数据，大大降低实验周期和数据处理周期。一种群集运动实验数据采集方法，该方法包括以下步骤：(1)在实验场景中采集群集运动目标的视频；(2)从当前视频帧中提取目标运动区域；(3)对目标运动区域滤除背景；(4)将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；(5)将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；(6)若可疑目标为个体目标，则将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标；(7)若可疑目标为多个个体目标重叠，则进行可疑目标拆分操作，再将拆分得到的个体目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给个体目标；(8)若可疑目标为非目标，则忽略。进一步地，所述步骤(5)的具体实现过程为：设可疑目标d的长为a，宽为b，面积为s；预订的长度边界上、下阈值为Amax，Amin，宽度边界上下阈值为Bmax，Bmin，面积的边界上下阈值为Smax，Smin，则：如满足Amin＜a＜Amax,且Bmin＜b＜Bmax,且Smin＜s＜Smax，则d是个体目标；如满足a＜Amin，或b<Bmin，或s<Smin，则d是非目标；如满足a＞Amax，或b>Bmax，或s>Smaxs，则d为多目标重合。进一步地，所述步骤(6)的具体实现过程为：依据前一帧定位的目标位置、方向、速度预测目标在当前帧中的位置，将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标。进一步地，所述步骤(7)可疑目标拆分操作的具体实现过程为：往当前帧的相邻前后几帧中，找寻可疑目标区域附近的目标，如果存在几个运动目标，则根据这几个目标的速度和方向，预测这几个目标在当前帧中的位置，若预测目标位置在可疑目标区域中，则在当前帧中将预测目标作为目标；若预测目标位置不在可疑目标区域中，则忽略该可疑目标。进一步地，还包括步骤(9)后期修正，具体的实现过程为：遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常减少的视频帧，手动增加个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常增加的视频帧，手动减少个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体速度和方向异常突变的视频帧，将涉及异常的两个目标ID进行交换。进一步地，所述目标灰度阈值其中，threshold是目标灰度阈值，X(p)是像素点p的灰度值，u(p)是背景图像像素点p的值，σ(p)是像素点p的标准差。一种群集运动数据采集系统，包括：实验图像采集单元和上位机处理单元。实验图像采集单元包括摄像机、支撑架、可控光源、稳压源；其中，摄像机置于支撑架上，立于实验场地正上方，将整个实验场地完全覆盖拍摄；可控光源放置在实验场地的四周，提供均匀的柔性光照；稳压源用以控制补光灯的亮度；上位机处理单元用于对采集的群集运动目标视频图像进行处理，获取运动目标的轨迹信息，包括：视频帧提取子模块，用于提取群集运动目标的视频；目标运动区域提取子模块，用于从当前视频帧中提取目标运动区域；背景滤除子模块，用于对目标运动区域滤除背景；可疑目标定位子模块，用于将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；可疑目标识别子模块用于将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；个体目标跟踪子模块用于若可疑目标为个体目标，则将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标多目标重叠跟踪子模块用于若可疑目标为多个个体目标重叠，则进行可疑目标拆分操作，再将拆分得到的个体目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给个体目标；非目标跟踪子模块用于若可疑目标为非目标，则忽略。进一步地，所述可疑目标识别子模块的具体实现过程为：设可疑目标d的长为a，宽为b，面积为s；预订的长度边界上、下阈值为Amax，Amin，宽度边界上下阈值为Bmax，Bmin，面积的边界上下阈值为Smax，Smin，则：如满足Amin＜a＜Amax,且Bmin＜b＜Bmax,且Smin＜s＜Smax，则d是个体目标；如满足a＜Amin，或b<Bmin，或s<Smin，则d是非目标；如满足a＞Amax，或b>Bmax，或s>Smaxs，则d为多目标重合；所述个体目标跟踪子模块的具体实现过程为：依据前一帧定位的目标位置、方向、速度预测目标在当前帧中的位置，将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标；所述多目标重叠跟踪子模块的具体实现过程为：往当前帧的相邻前后几帧中，找寻可疑目标区域附近的目标，如果存在几个运动目标，则根据这几个目标的速度和方向，预测这几个目标在当前帧中的位置，若预测目标位置在可疑目标区域中，则在当前帧中将预测目标作为目标；若预测目标位置不在可疑目标区域中，则忽略该可疑目标。进一步地，还包括后期修正子模块，用于：遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常减少的视频帧，手动增加个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常增加的视频帧，手动减少个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体速度和方向异常突变的视频帧，将涉及异常的两个目标ID进行交换。进一步地，还包括后期修正子模块，所述目标灰度阈值其中，threshold是目标灰度阈值，X(p)是像素点p的灰度值，u(p)是背景图像像素点p的值，σ(p)是像素点p的标准差。本专利技术的有益效果体现在：本专利技术公开了一种基于图像处理技术的群集运动数据采集方法，根据视频数据进行目标跟踪得到轨迹，在跟踪过程中识别重合目标并拆分，提高了跟踪准确度，可实现各种大小群集目标的准确跟踪。进一步地，能对跟踪出现的异常，如目标个体的减少、增加和交换等情况进行后期手动修正。本专利技术可以方便的采集数据，并且基于软件处理系统的图像轨迹跟踪和后期人工修正，大大加快了实验数据的获取的速度和准确性。附图说明图1为本专利技术的实验平台实物结构示意图；图2为本专利技术的方法本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种群集运动实验数据采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在实验场景中采集群集运动目标的视频；(2)从当前视频帧中提取目标运动区域；(3)对目标运动区域滤除背景；(4)将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；(5)将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；(6)若可疑目标为个体目标，则将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标；(7)若可疑目标为多个个体目标重叠，则进行可疑目标拆分操作，再将拆分得到的个体目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给个体目标；(8)若可疑目标为非目标，则忽略。

【技术特征摘要】
1.一种群集运动实验数据采集方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：(1)在实验场景中采集群集运动目标的视频；(2)从当前视频帧中提取目标运动区域；(3)对目标运动区域滤除背景；(4)将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；(5)将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；(6)若可疑目标为个体目标，则将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标；(7)若可疑目标为多个个体目标重叠，则进行可疑目标拆分操作，再将拆分得到的个体目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给个体目标；(8)若可疑目标为非目标，则忽略。2.如权利要求1所述的群集运动实验数据采集方法，其特征在于，所述步骤(5)的具体实现过程为：设可疑目标d的长为a，宽为b，面积为s；预订的长度边界上、下阈值为Amax，Amin，宽度边界上下阈值为Bmax，Bmin，面积的边界上下阈值为Smax，Smin，则：如满足Amin＜a＜Amax,且Bmin＜b＜Bmax,且Smin＜s＜Smax，则d是个体目标；如满足a＜Amin，或b<Bmin，或s<Smin，则d是非目标；如满足a＞Amax，或b>Bmax，或s>Smaxs，则d为多目标重合。3.如权利要求1所述的群集运动实验数据采集方法，其特征在于，所述步骤(6)的具体实现过程为：依据前一帧定位的目标位置、方向、速度预测目标在当前帧中的位置，将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标。4.如权利要求1所述的群集运动实验数据采集方法，其特征在于，所述步骤(7)可疑目标拆分操作的具体实现过程为：往当前帧的相邻前后几帧中，找寻可疑目标区域附近的目标，如果存在几个运动目标，则根据这几个目标的速度和方向，预测这几个目标在当前帧中的位置，若预测目标位置在可疑目标区域中，则在当前帧中将预测目标作为目标；若预测目标位置不在可疑目标区域中，则忽略该可疑目标。5.如权利要求1或2或3或4所述的群集运动实验数据采集方法，其特征在于，还包括步骤(9)后期修正，具体的实现过程为：遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常减少的视频帧，手动增加个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常增加的视频帧，手动减少个体运动目标；遍历所有视频帧，找到目标个体速度和方向异常突变的视频帧，将涉及异常的两个目标ID进行交换。6.如权利要求1或2或3或4所述的群集运动实验数据采集方法，其特征在于，所述目标灰度阈值其中，threshold是目标灰度阈值，X(p)是像素点p的灰度值，u(p)是背景图像像素点p的值，σ(p)是像素点p的标准差。7.一种群集运动数据采集系统，其特征在于，包括：实验图像采集单元和上位机处理单元。实验图像采集单元包括摄像机、支撑架、可控光源、稳压源；其中，摄像机...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海涛，陈都鑫，朱力军，肖颖，徐博文，朱桃，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42