一种基于计算机视觉的学生跟踪方法和装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106204633A(43)申请公布日2016.12.07(21)申请号201610472345.6(22)申请日2016.06.22(71)申请人广州市保伦电子有限公司地址510000广东省广州市番禺区钟村街钟村街工业B区1号楼(72)发明人李昌绿(51)Int.Cl.G06T7/20(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种基于计算机视觉的学生跟踪方法和装置(57)摘要本发明公开了一种基于计算机视觉的学生跟踪方法，包括以下步骤：S1：计算差分图像，S2：更新HMI和Mask图像，S3：对步骤S2中的Mask进行轮廓跟踪，S4：对候选目标进行筛选和匹配，S5：对所有跟踪目标ROI区域在HMI图像计算运动方向，S6：对目标进行动作分析，S7：对步骤S6分析结果进行验证，S8：返回跟踪目标状态和坐标，把所有目标的坐标和状态返回。本发明还公开了一种基于计算机视觉的学生跟踪装置。本发明算法实现难度小，不依赖其他计算机视觉处理库，可以方便的移植到各种平台中，因本发明算法时间复杂度低，可以满足嵌入式系统中处理实时性要求高的目标跟踪产品。CN106204633ACN106204633A权利要求书1/2页1.一种基于计算机视觉的学生跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：计算差分图像；差分运算需要在灰度图像中进行，取值范围为0～255；具体计算方式为：设G为图像中某一点当前的灰度值，G′为上一帧中相同位置的灰度值，那么差分值absDiff＝|G-G′|；S2：更新HMI和Mask图像，根据步骤S1的差分结果，对每一个像素点采用如下公式更新HMI：在更新HMI图像的同时，直接更新Mask，其中，Mask更新公式为：S3：对步骤S2中的Mask进行轮廓跟踪，轮廓跟踪由以下几个子步骤构成：子步骤(1)：首先按从上到下，从左到右的顺序扫描图像，寻找没有被标记过的第一个边界点A1，定义一个扫描方向变量dir用于记录上一个边界点到当前边界点的移动方向，该变量取值为0～7，分别对应右、右上、上、左上、左、左下、下、右下8个方向，根据边界点类型不同，初始化取值分别为：若边界点A1是0→1的类型，为外轮廓边界点，dir取4；若边界点A1是1→0的类型，为孔边界点，dir取0；子步骤(2)：按顺时针方向搜索当前象素的3*3邻域，若在领域中搜索到非0的像素点，则添加该点A0为边界点，设置dir为A0到A1的方向，当前像素依旧为A1，进入子步骤s3；否则，标记A1点为已扫描，重新回到子步骤s1；子步骤(3)：按逆时针方向搜索当前象素的3*3邻域，其起始搜索方向设定如下：dir＝(dir+5)mod7；在3*3邻域中搜索到非0的像素点便为新的边界点An,标记当前点，更新变量dir为新的方向值；子步骤(4)：如果An等于边界点A1且前一个边界点An-1等于边界点A0，则停止搜索，结束跟踪，否则重复子步骤s3继续搜索；子步骤(5)：由边界点A0、A1、A2、……、An-2构成一个完成的轮廓，将该轮廓添加到链表里边回到子步骤1，直至将整幅图像扫描完毕；进一步地，对轮廓链表中的每一个轮廓求最外界矩形，求出的每一个矩形ROI作为候选目标；S4：对候选目标进行筛选和匹配，根据目标物理距离的不同，在图像上的位置与大小不同，设置与图像坐标相关的尺寸阈值，过滤小于该尺寸的目标，尺寸阈值采取如下设置方法：在图像上选取学生离相机最近位置与最远位置，在这两个位置上分别设置尺寸阈值T1和T2，在两个位置中间采用线性插值或二次插值；S5：完成匹配过程后，对所有跟踪目标ROI区域在HMI图像计算运动方向，包括如下子步骤：2CN106204633A权利要求书2/2页子步骤(1):计算x方向的运动速度大小，按照由左至右的方向，逐行扫描HMI图像，当发现一个非0点时，记该点坐标为startX，HMI值为lastV；子步骤(2)：继续向右扫描，直至HMI值与lastV不相等，该点坐标为k，值为currV,计算当前位置像素的运动速度为：Vn＝(k-startX)/(currV-lastV)；更新startX为k，lastV为currV，重复子步骤(2)；子步骤(3)：根据所有像素的运动速度，计算该ROI区域的x方向的平均速度Vx；特别的，对于y方向的速度计算，与x方向相同，只需改成逐列，从上往下扫描；计算出x和y方向的速度后，根据如下公式求目标的运动方向：Angle＝atan(Vx,Vy)；atan是反三角函数，Angle取值范围为0～360；完成全部目标的角度计算后，将角度按照30为间隔分成12个区间进行统计，根据Anglel落入的区间，统计目标的运动方向信息；S6：对目标进行动作分析:先判断目标