智能小車目標識別跟蹤系統的實現

周淑娟，于永富，劉 寧，蔣玉峰，劉文峰

（黑龍江農墾科技職業學院，哈爾濱 150431）

隨著經濟的快速發展，科學技術不斷被應用到生產生活領域。在眾多的技術中，智能控制領域是科學技術中的重要研究領域。智能控制不僅應用到軍事領域，如無人機的自動飛翔和跟蹤，還應用到企業生產領域中，如企業關鍵機構門禁系統的人臉識別監控系統。智能控制領域主要包括目標的識別與跟蹤，利用現代技術無線電通信、數字圖像處理、自動控制，實現對目標在復雜背景下的準確識別與跟蹤。筆者通過對智能小車如何實現目標識別跟蹤系統的詳細論述，進一步為復雜背景下的目標識別系統提供研究平臺。

1 智能小車功能簡介

智能小車控制系統核心就是目標識別系統。在智能小車上面加裝一個攝像頭，將小車運行過程中所有拍攝到的信息以數字圖像的方式傳遞到數字圖像處理系統中。這其中要利用無線電收發技術和智能模塊控制系統。小車通過鏡頭將所拍攝的數據傳輸到數字圖像處理系統中，系統經過二值化運算、圖像格式轉化運算、輪廓跟蹤運算等將目標的特別信息傳遞回小車的智能控制系統，鎖定目標進行自動的跟蹤。目前國際國內使用這項技術已經比較成熟，目標識別跟蹤系統已經得到較為廣泛的應用。

2 智能小車系統結構組成

2.1 遙控小車、通信與控制模塊

在智能小車系統的組成中，遙控小車是重要的一部分，它對于智能系統的實現起到基礎性的作用，遙控系統包括動力系統和通信處理系統。其中動力系統主要包括小車的前后電機動力機組，使智能小車可以前后左右地自由移動。通信處理系統與智能小車的控制模塊聯合運行，將視頻頭傳回的數字圖像通過無線接、發傳遞給計算機控制系統，數字圖像處理完成后，再將信息傳回小車的控制模塊，并由控制模塊發出指令，牽引小車進行目標的繼續跟蹤。

2.2 圖像采集模塊

圖像采集模塊是智能小車系統中的核心區域，它是智能小車進行目標識別跟蹤的關鍵和前提。圖像采集模塊在智能小車的控制系統中扮演著相當于人體視覺系統的角色。圖像采集模塊主要利用高清攝像頭和圖像采集卡進行運行。圖像采集模塊將拍攝到的數字圖像信息傳遞給計算機控制終端，圖像可以實時顯示在計算機屏幕上，也可以隨時進行存儲。用戶可以根據實際工作的需要對圖像進行存儲，以便進行后續的分析處理。

2.3 計算機

智能小車控制系統中的計算機組件利用軟件和硬件兩組系統，對數字圖像進行分析研究處理，將信息轉化成指令傳遞回智能小車的控制模塊系統。再由控制模塊將信息再一次整合成指令，通過系統編程的方式運行控制小車，對目標進行識別和跟蹤。

3 目標識別

目標的識別是具體的、分布的組成系統，由多個技術控制系統同時運行，方可以實現對目標的準確識別。

第一，利用攝像頭采集圖像，監視目標的運動，定時保存圖像，格式為真彩色位圖。在控制中調用控件，在顯示器中監視小車的運行情況。

第二，設定閥值，將真彩色圖像進行二值化運算。真彩色圖像由幾個分量組成，在實驗室環境下，不同的光照條件、對比度設置、顏色飽和度都會影響采集到的圖像。設定閥值的目的是將紅色轉化為白色，其他顏色轉化為黑色，根據采集的圖像反復調整數據值的范圍。

第三，將二值化以后的圖像轉化為色位圖。具體算法是:新建一個新的數組，代表多種顏色。對圖中的每一個像素進行提取并取得最高位，拼成一個新的位列整數,對應的數組元素分別加上一。對一幅圖像的每個像素顏色進行統計，就得到多種顏色的使用頻率。

第四，對色位圖濾波去噪聲。如果不及時作濾波處理就會很容易造成誤判。對數字圖像而言，離某點越近的點對該點的影響應該越大，為此，引入了加權系數，也就是常用的高斯模板。經過高斯濾波，噪聲就會被有效地及時去除,這樣不僅可以為數據存儲提供更多的存儲空間，同時也大大地提高了信號的質量。對目標的識別不會產生較大影響。

第五，搜索目標。選取頭盔的頂端為特征點，首個白點的位置即為頭盔頂部的坐標。具體做法是對上述圖像進行行掃描。若有白色點則停止掃描，并將該點所在的列與行保存下來，對應得到該點的坐標，否則，說明目標不在視野范圍內，調整小車的位置繼續搜索。

4 目標跟蹤

目標跟蹤是在目標識別的基礎上,對目標的運動情況進行正確判別,并根據判別結果控制智能小車的運行,使其達到跟蹤目標的目的。其算法是:當目標在智能小車前方時,得出目標的坐標,考慮小車行進過程中的抖動等因素,當目標出現在搜索范圍內時,認為目標沒動,一旦目標超出這個范圍,就要判斷目標的運動方向,并且通過串口向單片機發命令，直到小車可以順利地運行到目標前方對目標實施跟蹤。

5 結語

目標跟蹤是綜合多門學科的前沿課題,要達到人們設想的高度智能化還有很長的距離,它的發展與圖像處理、模式識別技術的進一步提高密切相關,需要在以后的工作中堅持不懈地探索。

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