芯随你动——基于Computer Vision的全新智能目标跟踪识别系统

天津大学

潘 成，王康年

1 作品简介

文中设计了一款基于Computer Vision与人眼仿生的可实现智能化交互操作的跟踪系统。该系统具有如下特点：

（1）解决了视频通话或者自拍过程中人物始终需要保持在摄像头前方的问题，更灵活、更轻便，扩大了视野范围。

（2）采用camera+伺服装置的人体结构仿生，用低成本的硬件与更具效能的算法对目标进行智能追踪以简化传统算法。

（3）还可以实现更快、更准确、更平滑的手势识别来控制智能生活时代的相关设备（灯泡、家用电器、窗帘等），达到智能交互的目的。

（4）可用于AR/VR中HMD头显设备摄像头结构中，使SLAM算法中诸如PTAM算法获取更多信息，完成新型的注册跟踪技术。并作为一种从未出现的新型交互设备，实现超强自拍功能并解决超大范围空间交互问题。

以人机交互技术角度切入物联网时代正是我们对智能生活的理解与期待，具有一定的前瞻性和很好的市场前景。系统实物如图1所示。

2 工作原理

系统工作流程如图2所示。在Visual Studio平台下，采用普通摄像头RGB采集信息数据，并通过数字图像处理的一系列算法先提取肤色HSI空间进行简单分割，然后降采样，去噪（平滑噪点、删除小面积、孔洞填充+开闭运算等），根据SIFT算法匹配特征点寻找跟踪区域，包括人脸识别功能采用的级联分类器。训练Haar分类器的步骤如下：

（1）准备正负样本；

（2）用CreateSamples 程序建立正样本集；

（3）用HaarTraining程序训练得到最终的分类器模型（xml文件）。

（4）采用训练好的人脸识别harr级联分类器对人脸进行识别跟踪，特征匹配或者模板匹配（不同应用感兴趣区域提取不同）是针对不同跟踪目标，将摄像头捕捉的画面始终对着需要跟踪的物体中心，将中心附件坐标拟合通过串口发给下位机、舵机采用模糊集合论中的模糊PID应用来控制偏转，进行实时跟踪。此处上下位机的通讯调试方便，目前在嵌入式系统如Linux和手机移动登录端上已实现了完整开发。

图1 系统实物

该系统设计的核心思想是通过生物仿生技术，促使摄像头的灵活程度最大限度接近人的眼球，从结构方面改善新的特定算法，应用于特定场合。

3 创新点

本设计的核心思想来源于生物人眼系统仿生，假设人观察一个运动的物体脖子无法扭动，眼球也不允许转动，只能通过大脑的思考来判断这个物体的轨迹，可想而知，这样的方法极不科学。之前的摄像头等传感器观察一个物体就会因为这种不科学而产生诸多缺陷，比如视场过小，对跟踪目标物体效果差等。本产品通过采用较低成本的硬件与特定的算法便可以改善这些问题，作为一种独立研发的市面上还看不到的全新跟踪设备，具有一定的创新性！

图2 系统工作流程

4 市场前景

本产品采用生物仿生思想，研制出一种更智能的拥有更高灵活性与更大视野范围的新型物体、人体、动作等捕捉设备，在特定场合如特殊监控环境下，可以达到无死角的全自动智能监控。而自拍、视频通话一直都占有很大的市场空间，不论是企业级或民用级视频通话设备，还是APP榜单上一直作为翘楚的自拍软件，甚至是当下十分火爆的与自拍相关的硬件产品，在自拍、视频通话方面，让用户摆脱需要一直拿着的僵硬不便，以及必须保持在摄像头前的问题。作为具有一定前瞻性的产品拥有很大的市场前景。

陕西物联网产业联盟（ASII）

陕西物联网产业联盟是由陕西地区从事物联网产业相关技术研究、产品生产的企事业单位和团体自愿组成，于2011年3月由陕西省工业和信息化厅批复正式成立，联盟秘书处设在西安光电子专业孵化器，西安中星测控有限公司为第二届理事会理事长单位。

联盟致力于推动物联网及相关产业发展，服务于企业、服务于政府，促进交流合作，努力形成产、学、研、用开放式的合作机制。联盟通过搭建关键技术及公共服务平台，推动物联网技术、产业、应用的协同发展。积极开展产业调研与政策研究，协助实施重大项目，承接政府有关产业促进服务工作。开展行业共性关键技术攻关研究，积极参与国家物联网行业相关技术标准的制定。承担国家和省、市科技计划项目，通过联盟促进科技成果的快速有效转化，促进联盟成员间的技术合作与共同进步，使联盟成为物联网产业重大技术创新的重要平台。

联盟将在政府相关政策引导和行业主管部门指导下，建设以市场需求为导向、以物联网产业核心企业为主体、跨行业产学研相结合的创新平台，不断整合行业优势科技资源，融汇技术研发能力，组织关键技术创新攻关，加快研究成果共享与转化，推动陕西物联网产业的发展。