動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別方法分析

焦迎雪

摘 要 當(dāng)前動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別技術(shù)在生活中的角色越來(lái)越重要，在軍事應(yīng)用，醫(yī)療衛(wèi)生，交通指揮以及在人工智能方面都能看到該項(xiàng)技術(shù)的影子。其中圖像目標(biāo)識(shí)別這一環(huán)節(jié)更是機(jī)械視覺(jué)領(lǐng)域所不能替代的，是計(jì)算機(jī)真正能夠擁有感知能力的一個(gè)重要途徑。隨著這幾年科技的不斷發(fā)展，目標(biāo)識(shí)別技術(shù)也在飛速的提高，正在逐漸從研究階段轉(zhuǎn)變到現(xiàn)實(shí)的生活應(yīng)用中。通過(guò)結(jié)合動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中受光照、視角以及背景等影響較大的目標(biāo)對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別，本文從視覺(jué)目標(biāo)特征檢測(cè)與描述和目標(biāo)識(shí)別等方面對(duì)動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別方法展開(kāi)研究。

【關(guān)鍵詞】目標(biāo)識(shí)別 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景 特征檢測(cè) 描述 支持向量機(jī) 空間金字塔

1 動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別方法的背景及意義

視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別是一種利用圖像處理和模式識(shí)別領(lǐng)域的理論知識(shí)和方法，判斷并對(duì)存在的感興趣的目標(biāo)賦予合理的解釋，在必要情況下甚至可以確定其位置。其中視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別的場(chǎng)景可以分為靜態(tài)場(chǎng)景和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。現(xiàn)實(shí)中的場(chǎng)景大多數(shù)為動(dòng)態(tài)場(chǎng)景，受到的環(huán)境因素特別大，比如光照條件的影響，場(chǎng)景中物物體的移動(dòng)等等都會(huì)對(duì)整個(gè)識(shí)別環(huán)境的過(guò)程帶來(lái)很大的影響。因此，動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中視覺(jué)目標(biāo)對(duì)工作人員的研究具有一定的挑戰(zhàn)。

2 動(dòng)態(tài)識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用

2.1 輔助駕駛系統(tǒng)

輔助駕駛系統(tǒng)即為輔助駕駛員駕駛車輛或者可以使車輛進(jìn)行自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)。輔助駕駛系統(tǒng)是一種通過(guò)雷達(dá)，紅外探測(cè)儀以及攝像頭，通過(guò)程序精確的為車輛判斷自身車輛與障礙物或者在行駛過(guò)程中的前方車輛的距離，保證車輛的安全行駛。在遇到緊急的情況的時(shí)候，車輛自身的系統(tǒng)可以聽(tīng)過(guò)程序付出緊急警報(bào)或者自動(dòng)剎車進(jìn)行避讓，對(duì)車輛的行駛以及司機(jī)的生命安全做出保障。

2.2 交通監(jiān)控系統(tǒng)

交通監(jiān)控系統(tǒng)可以在車輛、交通、以及駕駛員之間建立起一種快速的通訊聯(lián)系，同時(shí)在道路發(fā)生擁堵以及道路上行駛的車輛發(fā)生故障時(shí)可以將這些信息以最快的速度傳輸給交通管理人員，使之坐車相應(yīng)的安排。在功能作用上與機(jī)場(chǎng)的航空控制器的作用類似。

2.3 智能機(jī)器人系統(tǒng)

智能機(jī)器人系統(tǒng)是最近幾年普遍流行起來(lái)的技術(shù)。智能機(jī)器人系統(tǒng)可以根據(jù)外界條件的變化對(duì)自身的行為動(dòng)作做出相應(yīng)的調(diào)整，具有類似于人類一樣的感受，識(shí)別，推理以及判斷能力。這種智能機(jī)器人擁有一定的自動(dòng)規(guī)劃的能力，可以在不需要認(rèn)為的干預(yù)和照料下，能夠完全獨(dú)立的工作。智能機(jī)器人系統(tǒng)的發(fā)展將大幅度的改善人們的衣食住行，節(jié)約大量的勞動(dòng)力。

2.4 智能監(jiān)控系統(tǒng)

智能監(jiān)控系統(tǒng)是指在嵌入式視頻服務(wù)器中集成了一些智能行為識(shí)別的算法。該系統(tǒng)可以自動(dòng)對(duì)話場(chǎng)景中的人、車輛以及其他目標(biāo)識(shí)別及判斷，并且在一定的程度上對(duì)可以對(duì)用戶進(jìn)行信息提醒。智能監(jiān)控系統(tǒng)可以廣泛的運(yùn)用到現(xiàn)實(shí)生活中的諸多方面，比如物體識(shí)別，軌跡跟蹤，越界識(shí)別，車牌識(shí)別，異常行為識(shí)別等。在應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域上，智能監(jiān)控系統(tǒng)在各行各業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，比如金融領(lǐng)域的營(yíng)業(yè)大廳的監(jiān)控，金庫(kù)的監(jiān)控，自動(dòng)提款機(jī)以及自助銀行的監(jiān)控，商場(chǎng)的保安監(jiān)控，超市，貨柜，倉(cāng)庫(kù)的加官等等，交通領(lǐng)域的高速收費(fèi)管理，交通違章，住宅小區(qū)以及商場(chǎng)停車場(chǎng)的無(wú)人監(jiān)控等。

2.5 虛擬、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)

在醫(yī)學(xué)技術(shù)，工業(yè)設(shè)計(jì)，考古和娛樂(lè)等領(lǐng)域中，虛擬增強(qiáng)技術(shù)都有著十分重要的應(yīng)用用價(jià)值。計(jì)算機(jī)可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)這項(xiàng)技術(shù)，模擬出一個(gè)虛擬的三維世界，以及將部分的虛擬場(chǎng)景添加到現(xiàn)實(shí)生活中去。可見(jiàn)，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的基礎(chǔ)上來(lái)進(jìn)行的，可以增加使用者的真實(shí)感，提高用戶的使用了樂(lè)趣。

上述領(lǐng)域中，目標(biāo)識(shí)別都起著相對(duì)重要的作用，其中動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別同時(shí)也是將目標(biāo)識(shí)別推廣到實(shí)際應(yīng)用的重要前提，因此開(kāi)展動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別研究意義重大，具有十分廣泛的應(yīng)用前景。

3 國(guó)內(nèi)外對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別的現(xiàn)狀

從上世紀(jì)九十年代開(kāi)始，麻省理工大學(xué)結(jié)合其他幾所高校就已經(jīng)在美國(guó)的組織下，開(kāi)始了民用和軍事上對(duì)于目標(biāo)識(shí)別技術(shù)的研究。美國(guó)的幾所聯(lián)合起來(lái)的高校也共同研制除了可以通過(guò)顏色以及運(yùn)動(dòng)信息來(lái)識(shí)別道路和來(lái)往的車載視頻實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)在目標(biāo)識(shí)別這個(gè)領(lǐng)域上也進(jìn)行了很多年的研究，在人臉識(shí)別，車牌識(shí)別等方面也獲得了很杰出的成就。可是在目標(biāo)識(shí)別的領(lǐng)域，國(guó)內(nèi)外都存在著一定的問(wèn)題，例如圖像中物體的分割，視點(diǎn)不同造成的表象差異，無(wú)標(biāo)記圖像的學(xué)習(xí)等。因此圖像中感興趣物體的分割成為了目標(biāo)識(shí)別的一個(gè)重要的難點(diǎn)。

4 目標(biāo)識(shí)別模型介紹

4.1 對(duì)于目標(biāo)識(shí)別模型的概述

目標(biāo)識(shí)別模型主要的研究問(wèn)題是如何對(duì)一個(gè)給定的目標(biāo)進(jìn)行建立模型的問(wèn)題。在一個(gè)目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)中，目標(biāo)識(shí)別模型關(guān)系到目標(biāo)特征以及學(xué)習(xí)、識(shí)別方法的選擇和確立，并且具有十分重要的作用。自本世紀(jì)以來(lái)，Bag of words模型以及Parts based methods 模型已經(jīng)逐漸成為了最廣泛的使用模型，同時(shí)也取得了巨大的成功。但是對(duì)于科技的探索沒(méi)有停止，科研人員一直都在探索使用起來(lái)更為廣泛，更為方便的模型，同時(shí)也提出了很多全新的建模方法。

4.2 Bag of word模型

Bag of words模型最初是在model free模型上發(fā)展起來(lái)的，模型的主要基本思想是從圖像中提取出目標(biāo)物體關(guān)鍵的部分，然后根據(jù)這些關(guān)鍵點(diǎn)的集合表示圖像的目標(biāo)。Bag of word 模型是一種表示文檔的方法，最初是運(yùn)用在文獻(xiàn)的搜索領(lǐng)域上。大致的思想是講一個(gè)文檔看做是一個(gè)一個(gè)詞匯的集合，不去考慮文獻(xiàn)中各種詞匯的結(jié)合順序以及語(yǔ)法，所以在檢索的過(guò)程中，所有的單詞都是獨(dú)立的，互不影響，也不會(huì)隨著語(yǔ)意的改變而改變。在Bag of word 后續(xù)的發(fā)展過(guò)程中，隨著數(shù)字圖像處理和計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的需要，研究者們也開(kāi)始嘗試將該模型運(yùn)用到圖像上，對(duì)圖像進(jìn)行表征，但是圖像與文字的性質(zhì)完全不同，圖像不僅僅是簡(jiǎn)單的詞匯的結(jié)合，因此在將Bag of words 模型用于圖像的時(shí)候，可以不考慮圖像之間的復(fù)雜關(guān)系，只是將其看作是一系列的簡(jiǎn)單視覺(jué)詞匯的結(jié)合。

4.3 Bag of word模型存在的問(wèn)題及解決方法

Bag of words 模型雖然已經(jīng)是一個(gè)很成熟的模型，在實(shí)際生活中，被許多的系統(tǒng)以及研究所使用，但是仍舊存在著各種不足之處。當(dāng)前Bag of words 主要存在的問(wèn)題是，在處理特征點(diǎn)的檢測(cè)過(guò)程中，通常會(huì)產(chǎn)生大數(shù)量處理的特征點(diǎn)，另一方面是在進(jìn)行分類時(shí)，經(jīng)常將目標(biāo)在圖像中的背景包含進(jìn)行，其中還包括不屬于目標(biāo)的圖像或文檔，使Bag of words模型構(gòu)成的詞袋在有些情況下是不合理的。所以在使用Bag of words模型的時(shí)候，為了避免類似的問(wèn)題，可以采用SCPCD的方法抽取出整個(gè)短語(yǔ)，或者采用高階的統(tǒng)計(jì)語(yǔ)言模型，這樣可以在一定的條件下解決這種問(wèn)題，對(duì)于那些詞序，句法以及語(yǔ)法均不能忽略的場(chǎng)合，不可以采用Bag of words模型。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文主要陳述的是動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別在生活和工作研究中的一些應(yīng)用，以及在實(shí)際操作實(shí)行時(shí)遇到的一些問(wèn)題以及解決方法。雖然國(guó)內(nèi)對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別的研究中取得了一定的進(jìn)展和效果，但是仍舊伴隨著一些較為明顯的不足之處，仍舊需要科研工作者在未來(lái)時(shí)間內(nèi)，在對(duì)這項(xiàng)技術(shù)的不斷實(shí)踐，不斷發(fā)掘，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，對(duì)這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行進(jìn)一步的探索。希望在進(jìn)一步的研究過(guò)程中，對(duì)于動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的視覺(jué)目標(biāo)識(shí)別一定會(huì)取得質(zhì)的飛躍。

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作者單位

山西輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西省太原市 030013