圖像跟蹤識別技術在煤炭運量視頻管理系統(tǒng)中的研究

摘要：設計一套安裝于煤場入口的視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)，對進出場區(qū)的車輛進行監(jiān)控。介紹視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的結構組成與工作原理，闡述系統(tǒng)各部分的功能，分析系統(tǒng)的各種優(yōu)勢，為該系統(tǒng)應用于煤場管理提供參考。

關鍵詞：視頻監(jiān)控系統(tǒng)；目標跟蹤；圖像識別

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1674-1161（2014）10-0025-03

煤炭資源是一種寶貴的不可再生資源，其在國家經(jīng)濟發(fā)展中起著非常重要的作用。在當今市場機制條件下，需要對煤炭資源的開采與利用進行有效監(jiān)控，以實現(xiàn)對煤炭資源的最大限度的保護。在煤場入口處設計并安裝一套視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)，對進入場區(qū)的車輛進行監(jiān)控，從而對運煤車輛進行放行判斷。

1 視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的組成與工作原理

視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)可對場區(qū)的車輛在入口處進行跟蹤識別、圖像采集、監(jiān)控與管理。系統(tǒng)由車體感應器（一般為感應線圈，本系統(tǒng)采用地磁傳感器）、彩色攝像機（一般為CCD攝像機）、圖像采集卡、視頻卡、PC機及跟蹤識別系統(tǒng)的軟件組成。系統(tǒng)大體上可以分為圖像采集模塊、運動目標跟蹤模塊、車牌識別模塊、地磁感應模塊、云臺控制模塊五大部分。其中，圖像采集模塊和地磁感應模塊屬于硬件范疇，而目標跟蹤模塊、車牌識別模塊及云臺控制模塊屬于軟件范疇。

系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。當汽車到達入口附近（一般距離入口5～8 m）經(jīng)過車體位置傳感器的敏感區(qū)域時，車體位置傳感器發(fā)出一個信號給上位機；為了獲得符合要求的圖像，目標跟蹤模塊將被啟動，其目的是捕獲符合要求的圖像。通過CCD攝取的圖像，經(jīng)解碼器、RS232-485轉換器、視頻卡后輸給計算機，與定義的跟蹤目標進行比對，符合要求則采集該圖像，然后將采集到的圖像送入車牌識別模塊進行識別，最后做出放行與否的判斷；并將識別后的包括車牌的部分汽車圖像存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中，供后續(xù)管理之用。在對車牌的身份識別過程中，將車牌號、車型與數(shù)據(jù)庫中存入的信息進行對比，只有這3個部分的信息全部吻合，才認為是合法的車輛，系統(tǒng)將啟動門禁開關進行放行。對于不合法的車輛，系統(tǒng)則給出報警信號，禁止放行，由工作人員進行校對，查明具體原因；問題解決后，工作人員將異常原因進行記錄，然后決定是否放行。

2 視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的功能

整個煤場的視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的主要功能是對進入場區(qū)的車輛進行監(jiān)控。系統(tǒng)采用云臺、攝像頭、目標跟蹤技術、車牌識別技術相結合的方式，對車輛的身份進行識別。當?shù)卮艂鞲衅鞲袘杰囕v到來時，會給上位機一個信號，由上位機啟動云臺和攝像頭開始工作。系統(tǒng)不斷地查詢圖像的結果，在此過程中，圖像的跟蹤與識別是同時進行的。由于車牌的位置沒有統(tǒng)一要求或有障礙物遮攔，云臺要不斷地運動去跟蹤捕捉含有車牌的汽車圖像，然后再進行合法性識別。

為了使車輛自動跟蹤識別技術更好地在實際系統(tǒng)中得到應用，實現(xiàn)車輛的智能跟蹤識別和路障的自動控制，最終實現(xiàn)煤場車輛管理和識別的安全智能化，將視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的總體結構設計為車輛到達感應部分、圖像采集部分、云臺控制部分、上位機、車牌識別部分（見圖2）。1） 車輛到達感應部分。地磁傳感器安裝在距離入口5～8 m處，在感應到車輛到達的信息后，向上位機發(fā)送車輛到達信息，使上位機發(fā)送控制信號給攝像頭進行圖像采集。2） 圖像采集部分。對進入監(jiān)控區(qū)域的車輛進行拍照，并將拍攝完畢的照片傳送至上位機，為后面的車牌號碼識別做準備。一般要求攝像頭連續(xù)抓拍3～4張，以防有不清晰無效照片，提高識別效率，加快系統(tǒng)對圖像識別的速度。3） 云臺控制部分。系統(tǒng)最終需要的是含有車牌的汽車圖像，由于車牌位置的主觀性及障礙物的遮攔，需要使云臺不斷地運動（俯仰、左右搖擺等），以獲取系統(tǒng)需要的圖像。4） 上位機。存儲并管理所有的車輛信息（包括車牌號、車主、車輛型號、特征、車輛進入時間、車輛空載的質量、車輛照片等）。上位機不停地查詢地磁傳感器的狀態(tài)，一旦被觸發(fā)，系統(tǒng)將會把指令信息傳送給攝像頭和云臺，進行圖像的采集、跟蹤與識別，判斷該車輛是否合法，合法則啟動路障放行，非法則給出報警信號。

3 視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)的優(yōu)勢

視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)基本擺脫了人為操作，能夠彌補人為操作的許多不足，提高了進入煤場車輛識別的速度及準確性，改善了以往與現(xiàn)代化管理不相稱的管理模式，基本實現(xiàn)了場區(qū)車輛管理的自動化、科學化、規(guī)范化和智能化。

一是提高使用效率，降低勞動強度。在不影響汽車狀態(tài)的情況下，計算機自動完成圖像的識別與跟蹤。由于減少了人工的參與，從而最大限度減少了人員開支費用以及由于人為失誤或舞弊造成的損失，節(jié)省了人力、物力，大大提高了整個系統(tǒng)的經(jīng)濟性、安全性和使用效率。二是提高識別準確度。系統(tǒng)采用了車輛自動識別技術，在充分分析車輛識別技術中的射頻識別、條形碼識別、車牌識別等方法的優(yōu)缺點的基礎上，根據(jù)實際情況選用了車牌識別方法。采用云臺對車輛進行動態(tài)跟蹤以及攝像頭連續(xù)抓拍，能捕捉到更清晰的圖片，縮短了查詢時間，提高了識別的準確度。三是降低整個系統(tǒng)的成本。在車輛驗證過程中采用了車牌自動識別方法，通過軟件編程即可實現(xiàn)，與傳統(tǒng)的車牌識別方法（射頻識別、條形碼識別）相比，不需購買任何配套的硬件設施，簡化了系統(tǒng)，降低了系統(tǒng)的成本，同時提高了系統(tǒng)的技術含量，大大降低了人為弄虛作假的概率。四是提高門禁系統(tǒng)自動化程度。傳統(tǒng)路障設施的操作由人工控制，自動化程度低，工作人員很可能放行非法車輛，造成能源的丟失。采用該系統(tǒng)后，實現(xiàn)了自動化，不需要人為的參與。五是具有可擴充性。系統(tǒng)設計中考慮到科學技術的發(fā)展和新技術應用的需要，保留與其他自動化系統(tǒng)或計算機連接的接口，具有更新、擴充和升級的可能，可以根據(jù)該項目的實際要求擴展系統(tǒng)功能。六是具有先進性與適用性。系統(tǒng)的技術性能和質量指標達到國際領先水平；同時，系統(tǒng)的安裝調(diào)試、軟件編程和操作使用簡便易行，容易掌握，適合中國國情和煤場項目的特點。

4 結語

視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)將目標跟蹤和車牌識別技術進行融合，避免了攝像頭從單一角度對目標進行監(jiān)控，通過云臺的旋轉從不同的角度對目標圖像進行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識別的準確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務。

參考文獻

[1] 楊建全，梁華，王成友.視頻監(jiān)控技術的發(fā)展與現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代電子技術，2006，21（3）：84-87.

[2] 王晨.智能視頻監(jiān)控設計[D].南京：南京理工大學，2007.

[3] 陳軼博.智能視頻監(jiān)控的設計與實現(xiàn)[D].大連：大連海事大學，2008.

[4] 歐揚，劉元祥.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)中運動檢測技術的研究[J].工礦自動化，2006（6）：5-16.

[5] 范金剛.智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)若干關鍵技術的研究與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2006.

[6] KASS M，WITKIN A，TERZOPOULOS K.SNAKES.Active contour models[J].InternaJournal of Computer Vision，2003（4）：321-331.

[7] LEDUC J.P.Spatio-temporal wavelet transforms for motion tracking[J].Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，

2003，8（3）：275-282.

[8] 金世佳.圖像跟蹤識別技術在煤炭運量視頻管理系統(tǒng)中的應用研究[D].沈陽：東北大學，2010.

Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification

4 結語

視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)將目標跟蹤和車牌識別技術進行融合，避免了攝像頭從單一角度對目標進行監(jiān)控，通過云臺的旋轉從不同的角度對目標圖像進行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識別的準確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務。

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[8] 金世佳.圖像跟蹤識別技術在煤炭運量視頻管理系統(tǒng)中的應用研究[D].沈陽：東北大學，2010.

Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification

4 結語

視頻監(jiān)控跟蹤識別系統(tǒng)將目標跟蹤和車牌識別技術進行融合，避免了攝像頭從單一角度對目標進行監(jiān)控，通過云臺的旋轉從不同的角度對目標圖像進行掃描，獲取更加清晰的圖像，提高系統(tǒng)識別的準確性及快速性。另外，該系統(tǒng)是面向各種管理層次使用的系統(tǒng)，其功能的配置能給用戶提供舒適、安全、方便、快捷的服務。

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Abstract： To design a video surveillance tracking and identification system setting in coal mill entrance， will monitor the trucks entering and exiting. To introduce the structure and operating principle of the video surveillance tracking and identification system， expounds the functions of each part in the system， to analyze various advantage of the system， will provide a reference for the application of the system using in coal mills.

Key words： video surveillance system； target tracking； image identification