芯隨你動
——基于Computer Vision的全新智能目標跟蹤識別系統

天津大學

潘 成，王康年

1 作品簡介

文中設計了一款基于Computer Vision與人眼仿生的可實現智能化交互操作的跟蹤系統。該系統具有如下特點：

（1）解決了視頻通話或者自拍過程中人物始終需要保持在攝像頭前方的問題，更靈活、更輕便，擴大了視野范圍。

（2）采用camera+伺服裝置的人體結構仿生，用低成本的硬件與更具效能的算法對目標進行智能追蹤以簡化傳統算法。

（3）還可以實現更快、更準確、更平滑的手勢識別來控制智能生活時代的相關設備（燈泡、家用電器、窗簾等），達到智能交互的目的。

（4）可用于AR/VR中HMD頭顯設備攝像頭結構中，使SLAM算法中諸如PTAM算法獲取更多信息，完成新型的注冊跟蹤技術。并作為一種從未出現的新型交互設備，實現超強自拍功能并解決超大范圍空間交互問題。

以人機交互技術角度切入物聯網時代正是我們對智能生活的理解與期待，具有一定的前瞻性和很好的市場前景。系統實物如圖1所示。

2 工作原理

系統工作流程如圖2所示。在Visual Studio平臺下，采用普通攝像頭RGB采集信息數據，并通過數字圖像處理的一系列算法先提取膚色HSI空間進行簡單分割，然后降采樣，去噪（平滑噪點、刪除小面積、孔洞填充+開閉運算等），根據SIFT算法匹配特征點尋找跟蹤區域，包括人臉識別功能采用的級聯分類器。訓練Haar分類器的步驟如下：

（1）準備正負樣本；

（2）用CreateSamples 程序建立正樣本集；

（3）用HaarTraining程序訓練得到最終的分類器模型（xml文件）。

（4）采用訓練好的人臉識別harr級聯分類器對人臉進行識別跟蹤，特征匹配或者模板匹配（不同應用感興趣區域提取不同）是針對不同跟蹤目標，將攝像頭捕捉的畫面始終對著需要跟蹤的物體中心，將中心附件坐標擬合通過串口發給下位機、舵機采用模糊集合論中的模糊PID應用來控制偏轉，進行實時跟蹤。此處上下位機的通訊調試方便，目前在嵌入式系統如Linux和手機移動登錄端上已實現了完整開發。

圖1 系統實物

該系統設計的核心思想是通過生物仿生技術，促使攝像頭的靈活程度最大限度接近人的眼球，從結構方面改善新的特定算法，應用于特定場合。

3 創新點

本設計的核心思想來源于生物人眼系統仿生，假設人觀察一個運動的物體脖子無法扭動，眼球也不允許轉動，只能通過大腦的思考來判斷這個物體的軌跡，可想而知，這樣的方法極不科學。之前的攝像頭等傳感器觀察一個物體就會因為這種不科學而產生諸多缺陷，比如視場過小，對跟蹤目標物體效果差等。本產品通過采用較低成本的硬件與特定的算法便可以改善這些問題，作為一種獨立研發的市面上還看不到的全新跟蹤設備，具有一定的創新性！

圖2 系統工作流程

4 市場前景

本產品采用生物仿生思想，研制出一種更智能的擁有更高靈活性與更大視野范圍的新型物體、人體、動作等捕捉設備，在特定場合如特殊監控環境下，可以達到無死角的全自動智能監控。而自拍、視頻通話一直都占有很大的市場空間，不論是企業級或民用級視頻通話設備，還是APP榜單上一直作為翹楚的自拍軟件，甚至是當下十分火爆的與自拍相關的硬件產品，在自拍、視頻通話方面，讓用戶擺脫需要一直拿著的僵硬不便，以及必須保持在攝像頭前的問題。作為具有一定前瞻性的產品擁有很大的市場前景。

陜西物聯網產業聯盟（ASII）

陜西物聯網產業聯盟是由陜西地區從事物聯網產業相關技術研究、產品生產的企事業單位和團體自愿組成，于2011年3月由陜西省工業和信息化廳批復正式成立，聯盟秘書處設在西安光電子專業孵化器，西安中星測控有限公司為第二屆理事會理事長單位。

聯盟致力于推動物聯網及相關產業發展，服務于企業、服務于政府，促進交流合作，努力形成產、學、研、用開放式的合作機制。聯盟通過搭建關鍵技術及公共服務平臺，推動物聯網技術、產業、應用的協同發展。積極開展產業調研與政策研究，協助實施重大項目，承接政府有關產業促進服務工作。開展行業共性關鍵技術攻關研究，積極參與國家物聯網行業相關技術標準的制定。承擔國家和省、市科技計劃項目，通過聯盟促進科技成果的快速有效轉化，促進聯盟成員間的技術合作與共同進步，使聯盟成為物聯網產業重大技術創新的重要平臺。

聯盟將在政府相關政策引導和行業主管部門指導下，建設以市場需求為導向、以物聯網產業核心企業為主體、跨行業產學研相結合的創新平臺，不斷整合行業優勢科技資源，融匯技術研發能力，組織關鍵技術創新攻關，加快研究成果共享與轉化，推動陜西物聯網產業的發展。