智能小车目标识别跟踪系统的实现

2014-04-08周淑娟于永富蒋玉峰刘文峰

黑龙江科学 2014年7期

周淑娟，于永富，刘宁，蒋玉峰，刘文峰

（黑龙江农垦科技职业学院，哈尔滨 150431）

随着经济的快速发展，科学技术不断被应用到生产生活领域。在众多的技术中，智能控制领域是科学技术中的重要研究领域。智能控制不仅应用到军事领域，如无人机的自动飞翔和跟踪，还应用到企业生产领域中，如企业关键机构门禁系统的人脸识别监控系统。智能控制领域主要包括目标的识别与跟踪，利用现代技术无线电通信、数字图像处理、自动控制，实现对目标在复杂背景下的准确识别与跟踪。笔者通过对智能小车如何实现目标识别跟踪系统的详细论述，进一步为复杂背景下的目标识别系统提供研究平台。

1 智能小车功能简介

智能小车控制系统核心就是目标识别系统。在智能小车上面加装一个摄像头，将小车运行过程中所有拍摄到的信息以数字图像的方式传递到数字图像处理系统中。这其中要利用无线电收发技术和智能模块控制系统。小车通过镜头将所拍摄的数据传输到数字图像处理系统中，系统经过二值化运算、图像格式转化运算、轮廓跟踪运算等将目标的特别信息传递回小车的智能控制系统，锁定目标进行自动的跟踪。目前国际国内使用这项技术已经比较成熟，目标识别跟踪系统已经得到较为广泛的应用。

2 智能小车系统结构组成

2.1 遥控小车、通信与控制模块

在智能小车系统的组成中，遥控小车是重要的一部分，它对于智能系统的实现起到基础性的作用，遥控系统包括动力系统和通信处理系统。其中动力系统主要包括小车的前后电机动力机组，使智能小车可以前后左右地自由移动。通信处理系统与智能小车的控制模块联合运行，将视频头传回的数字图像通过无线接、发传递给计算机控制系统，数字图像处理完成后，再将信息传回小车的控制模块，并由控制模块发出指令，牵引小车进行目标的继续跟踪。

2.2 图像采集模块

图像采集模块是智能小车系统中的核心区域，它是智能小车进行目标识别跟踪的关键和前提。图像采集模块在智能小车的控制系统中扮演着相当于人体视觉系统的角色。图像采集模块主要利用高清摄像头和图像采集卡进行运行。图像采集模块将拍摄到的数字图像信息传递给计算机控制终端，图像可以实时显示在计算机屏幕上，也可以随时进行存储。用户可以根据实际工作的需要对图像进行存储，以便进行后续的分析处理。

2.3 计算机

智能小车控制系统中的计算机组件利用软件和硬件两组系统，对数字图像进行分析研究处理，将信息转化成指令传递回智能小车的控制模块系统。再由控制模块将信息再一次整合成指令，通过系统编程的方式运行控制小车，对目标进行识别和跟踪。

3 目标识别

目标的识别是具体的、分布的组成系统，由多个技术控制系统同时运行，方可以实现对目标的准确识别。

第一，利用摄像头采集图像，监视目标的运动，定时保存图像，格式为真彩色位图。在控制中调用控件，在显示器中监视小车的运行情况。

第二，设定阀值，将真彩色图像进行二值化运算。真彩色图像由几个分量组成，在实验室环境下，不同的光照条件、对比度设置、颜色饱和度都会影响采集到的图像。设定阀值的目的是将红色转化为白色，其他颜色转化为黑色，根据采集的图像反复调整数据值的范围。

第三，将二值化以后的图像转化为色位图。具体算法是:新建一个新的数组，代表多种颜色。对图中的每一个像素进行提取并取得最高位，拼成一个新的位列整数,对应的数组元素分别加上一。对一幅图像的每个像素颜色进行统计，就得到多种颜色的使用频率。

第四，对色位图滤波去噪声。如果不及时作滤波处理就会很容易造成误判。对数字图像而言，离某点越近的点对该点的影响应该越大，为此，引入了加权系数，也就是常用的高斯模板。经过高斯滤波，噪声就会被有效地及时去除,这样不仅可以为数据存储提供更多的存储空间，同时也大大地提高了信号的质量。对目标的识别不会产生较大影响。

第五，搜索目标。选取头盔的顶端为特征点，首个白点的位置即为头盔顶部的坐标。具体做法是对上述图像进行行扫描。若有白色点则停止扫描，并将该点所在的列与行保存下来，对应得到该点的坐标，否则，说明目标不在视野范围内，调整小车的位置继续搜索。

4 目标跟踪

目标跟踪是在目标识别的基础上,对目标的运动情况进行正确判别,并根据判别结果控制智能小车的运行,使其达到跟踪目标的目的。其算法是:当目标在智能小车前方时,得出目标的坐标,考虑小车行进过程中的抖动等因素,当目标出现在搜索范围内时,认为目标没动,一旦目标超出这个范围,就要判断目标的运动方向,并且通过串口向单片机发命令，直到小车可以顺利地运行到目标前方对目标实施跟踪。