一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，包括图像采集，图像采集分别连接图像显示和目标检测，目标检测通过基于共享内存的进程间通信方式连接目标跟踪，目标跟踪同样连接图像显示，通过对目标检测区域内的视频帧进行处理，能够实时的检测并提取视频帧的前景目标—教师，获得教师的位置信息，通过进程间通信—共享内存的方式把教师的位置发送给目标跟踪模块，目标跟踪模块根据教师的实时位置信息驱动云台适时的运动和停止，从而实现对教师目标进行平稳的跟踪，大幅度提高了录播跟踪画面的流畅度。解决了传统教师目标实时跟踪中的画面抖动，观感体验差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法
本专利技术涉及录播设备中目标检测与跟踪
，特别地，涉及一种基于进程间通信的教师运动目标检测与跟踪方法。
技术介绍
在智能课堂视频录播系统中一项关键的技术就是对被拍摄的对象实施准确的跟踪定位拍摄。所以，在智能课堂视频录播系统中使用的是能够受控左右转动、上下仰俯和聚焦缩放的摄像机。通过左右转动跟踪目标，通过缩放倍数的改变来聚焦于要拍摄的对象。在课堂视频录播系统中主要的检测和跟踪对象是授课的教师和站起发言的学生。所以，摄像机如何在复杂的课堂教学环境中对授课教师和站起发言学生进行准确的跟踪定位是课堂视频录播系统能否有效录制的关键。在对授课教师的跟踪拍摄中，教师在讲台授课会前后左右走动，要求录播视频系统要能够快速准确的进行目标检测与跟踪。目前技术比较成熟的有基于红外线和超声波的教师跟踪定位技术，其中红外线探测技术是授课教师随身佩带红外线发射装置，摄像机上安装红外接收装置。这样，摄像机根据红外接收装置接收到的信号判断教师位置，从而实现跟踪定位。该方法的优点是成本低、技术成熟、操作简单，而缺点是抗干扰能力比较差，红外线容易被遮挡，信号容易丢失。超声波探测技术是将具有特殊频率的超声波发射和接收装置安装在适当的位置，根据超声波信号来控制摄像机的拍摄。该方法的优点是操作简单、技术成熟，但是无法确定被拍摄对象的高度而且拍摄的精度也无法保障。正是由于基于红外线和超声波的教师跟踪定位系统存在诸多问题，所以本专利技术提出一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，有效的解决了抗干扰能力差，所需辅助设备多的缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，解决传统教师目标实时跟踪中的画面抖动，观感体验差的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，该方法包括以下步骤：步骤1：通过图像采集模块获取视频帧，一方面通过图像显示设备显示获取的视频帧，另一方面采用混合高斯模型GMM获得前景目标图像，对前景目标图像进行形态学开闭处理，优化前景目标，然后对优化后的前景二值图像进行连通域标记，通过与特征阈值进行比较，筛选出符合要求的目标连通域，并获得目标连通域的外接矩形框参数，确定目标位置；步骤2：由步骤1中目标位置信息和目标外接矩形框的长宽信息，通过计算图像宽比例的大小，判定教师目标在讲台上的行为；步骤3：将步骤2中教师目标移动状态信息和教师目标位置信息通过进程间通信的方式发送到目标跟踪进程，目标跟踪进程一方面向云台发送转向或者停止指令，另一方面通过连接图像显示设备输出实时目标跟踪画面。步骤1中连通域标记是采用8连通域标记，特征阈值包括目标的面积阈值，连通域外接矩形长宽比阈值和紧凑度阈值；获得目标连通域的外接矩形框参数包括目标外接矩形框的面积、长度以及宽度，获得的目标位置信息为目标在视频帧图像中的横纵坐标大小。步骤2中图像宽比例为前后帧目标的横坐标变化量与目标外接矩形框长度的比值，判定教师目标在讲台上的行为是通过比较图像宽比例与移动确定阈值进行对比，判定目标是否移动，由前后帧中目标横坐标的变化量判定目标的移动方向，若变化量为负值，则目标移动的横坐标在变小，此为向左移动；若变化量为正值，目标移动的横坐标在变大，此为向右移动。步骤3中教师目标移动状态信息包括教师向左移动、向右移动和静止三种状态，进程间通信方式为基于共享内存的进程间通信方式，步骤3还包括：301：目标跟踪进程根据目标移动状态，向云台发送相应状态命令，包括向左转动，向右转动和停止转动；302：由于云台向左向右转动的无目的性，目标跟踪进程向云台发送位置查询指令，实时获取云台的转动位置信息，后与目标的位置信息进行对比以确定云台的停止位置；303：当目标的位置与云台的转动位置之差在设定范围时，向云台发送停止指令，从而实现对教师目标进行平稳跟踪；304：目标跟踪程序将跟踪画面送到图像显示模块实时显示出对教师目标的跟踪画面与现有技术相比，本专利技术的技术方案所带来的有益效果是：本专利技术方法实现了目标检测模块与目标跟踪模块的分离，从而使目标检测模块专注于检测区域内运动目标的前景提取以及运动目标行为的判定，目标跟踪模块专注于通过串口与云台进行通信，实现对云台运动状态的控制，克服了传统目标跟踪技术中向云台发送绝对位置转动指令，云台对目标跟踪的不流畅从而引起跟踪画面抖动的问题，提高了目标跟踪的平稳程度，改善了录播系统中目标跟踪系统的使用体验。附图说明图1是本专利技术方法的实施流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作进一步的描述。本专利技术保护一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，如图1所示，包括以下步骤：步骤1，通过图像采集模块获取视频帧，一方面通过图像显示设备显示获取的视频帧，一方面采用混合高斯模型GMM获得前景目标图像，对前景目标图像进行形态学开闭操作，优化前景目标，然后对优化后的前景二值图像进行连通域标记，通过与特征阈值进行比较，筛选出符合一定要求的目标连通域，并获得目标连通域的外接矩形框参数，确定目标位置；作为本专利技术的进一步优化，本实施例步骤1中连通域标记是采用8连通域标记，特征阈值是指目标的面积阈值、连通域外接矩形长宽比阈值和紧凑度(目标连通域面积与目标连通域外接矩形面积的比值)阈值。获得目标连通域的外接矩形框参数是指目标外接矩形框的面积、长度以及宽度。获得的目标位置信息是指目标在视频帧画面中的横纵坐标大小。步骤2，由步骤1中目标位置信息和目标外接矩形框的长宽信息，通过计算图像宽比例的大小，判定教师目标在讲台上的行为；作为本专利技术的进一步优化，本实施例步骤2中图像宽比例是指前后帧教师目标的横坐标变化量与目标外接矩形框的长度的比值。判定教师目标在讲台上的行为是指通过比较图像宽比例与移动确定阈值进行对比，判定目标是否移动，由前后帧中目标横坐标的变化量来判定目标的移动方向是向左还是向右，如果变化量为负值，则目标的横坐标减少，此为向左移动；如果变化量为正值，则目标的横坐标增大，此为向右移动。步骤3中教师目标移动状态信息是指教师向左移动、向右移动和静止三种状态。进程间通信方式是指基于共享内存的进程间通信方式，其工作原理是目标检测进程将目标移动方向信息和当前位置信息写入共享内存，目标跟踪进程将共享内存中目标移动方向信息和当前位置信息读出，其中步骤3还包括：301，目标跟踪进程根据目标移动状态，向云台发送相应状态命令，包括向左转动，向右转动和停止转动；302，由于云台向左向右转动的无目的性，目标跟踪进程需要向云台发送位置查询指令，实时获取云台的转动位置信息，然后与目标的位置信息进行对比来确定云台的停止位置；303，当目标的位置与云台的转动位置之差处于一定的范围时，向云台发送停止指令，从而实现对教师目标进行平稳跟踪；304，目标跟踪程序将跟踪画面送到图像显示模块实时显示出教师目标跟踪画面。以上所述，仅为本专利技术的一种具体实施方式，用于帮助本领域的普通技术人员理解本方面的方法和思想，在本专利技术的思想范围下，还可以做出各种变化和变型，因此本说明书不应理解为对本专利技术的限制，本专利技术的专利保护范围应由权利要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：通过图像采集模块获取视频帧，一方面通过图像显示设备显示获取的视频帧，另一方面采用混合高斯模型GMM获得前景目标图像，对前景目标图像进行形态学开闭处理，优化前景目标，然后对优化后的前景二值图像进行连通域标记，通过与特征阈值进行比较，筛选出符合要求的目标连通域，并获得目标连通域的外接矩形框参数，确定目标位置；步骤2：由步骤1中目标位置信息和目标外接矩形框的长宽信息，通过计算图像宽比例的大小，判定教师目标在讲台上的行为；步骤3：将步骤2中教师目标移动状态信息和教师目标位置信息通过进程间通信的方式发送到目标跟踪进程，目标跟踪进程一方面向云台发送转向或者停止指令，另一方面通过连接图像显示设备输出实时目标跟踪画面。

【技术特征摘要】
1.一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1：通过图像采集模块获取视频帧，一方面通过图像显示设备显示获取的视频帧，另一方面采用混合高斯模型GMM获得前景目标图像，对前景目标图像进行形态学开闭处理，优化前景目标，然后对优化后的前景二值图像进行连通域标记，通过与特征阈值进行比较，筛选出符合要求的目标连通域，并获得目标连通域的外接矩形框参数，确定目标位置；步骤2：由步骤1中目标位置信息和目标外接矩形框的长宽信息，通过计算图像宽比例的大小，判定教师目标在讲台上的行为；步骤3：将步骤2中教师目标移动状态信息和教师目标位置信息通过进程间通信的方式发送到目标跟踪进程，目标跟踪进程一方面向云台发送转向或者停止指令，另一方面通过连接图像显示设备输出实时目标跟踪画面。2.根据权利要求1所述的一种基于进程间通信的运动目标检测与跟踪方法，其特征在于，步骤1中连通域标记是采用8连通域标记，特征阈值包括目标的面积阈值，连通域外接矩形长宽比阈值和紧凑度阈值；获得目标连通域的外接矩形框参数包括目标外接矩形框的面积、长度以及宽度，获得的目标位置信息为目标在视频帧图像中的横纵坐标大小。3.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏寒松，张倩芳，刘高华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12