关于校园多摄像头协同工作的运动目标跟踪应用研究

摘  要：通信技术的不断进步，使得高速数据采集的数据传输成为可能。该系统将图像处理技术、5G移动通信技术和跑步类APP相结合，通过高清摄像机跟拍运动场景，将运动信息实时传输至数据处理后台，后台通过AI平台选择相应算法模块对数据信息进行分析和处理，用户可以通过APP选择感兴趣的模块进行体验，同时还可以为用户提供科学化的运动方案。

关键词：目标跟踪;信息分析和处理;智能算法

中图分类号：TP391.41       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）01-0079-03

Abstract：With the development of communication technology，the data transmission of high-speed data acquisition becomes possible. This system combines image processing technology，5G mobile communication technology and running APP，and transmits sports information to real-time transmission through high-definition cameras data processing background. The background selects the corresponding algorithm module for analysis and processing through the AI platform. The user can choose the module of interest to experience through the APP，and at the same time，it can provide users with a scientific exercise program.

Keywords：target tracking;information analysis and processing;intelligent algorithms

0  引  言

隨着科学技术的不断发展和人类需求的多样化，先进的现代化科技产品在生活中的重要作用越来越突显。即将开展应用的5G技术，将促进社会产生重大的变革。特别是5G技术和图像采集技术结合的应用，高清摄像头的图像采集在交通、医疗、农业、工业等各个行业已得到广泛应用，受限于数据传输速率，在移动通信特别是移动终端的应用比较缺乏，随着5G网络的搭建和推广，图像采集和图像传输在移动终端方面的应用将得到进一步的提升和扩大。

在这种背景下，将5G技术融入生活，实现5G应用创新已经成为当下的研究热点。本课题研究的运动类APP，实现硬件应用创新应用，将高清图像采集技术融入运动过程中，同时利用5G网络高速率、低时延、多连接的特性，实现运动类APP的硬件支撑条件的改造，实现更准确、更科学的运动指导。

1  研究现状

目前在市场上存在多种运动类APP，跑步类APP可以根据用户的体质、性别、年龄、个性等差异性条件提供科学化的运动方案，帮助用户在线进行运动记录、目标设置和监测，提供运动圈子，加速大众健身的科学进程，满足健身人群日益增长的多元化需求。它们通过手机终端自身携带的定位芯片或者通过佩戴相应的手环、手表等方式，将定位芯片内置在手环、手表内部，实现运动目标的跟踪，通过调查研究，目前在市场上应用较多的运动类APP主要通过以下几种方式获取用户运动数据。

第一、通过手机内置的全球定位芯片，测量定位芯片的相关参数，比如运动速度或者加速度等，实现目标的运动情况分析，来确定运动人员的数据分析，实现用户跟踪，同时为用户提供相应的服务。

第二、通过手机终端和基站之间的关系，利用蜂窝移动通信系统中移动终端登记信息来确定用户位置，随着用户移动轨迹的变化，用户和基站之间信息传递时间发生变化，依次来估算用户位置，实现用户跟踪和运动情况估算，然后为用户提供相应的服务。

第三、通过智能手环或智能手表等内置的传感器芯片，实现用户脉搏、运动轨迹、运动速度等数据的监测，将分析之后的数据在移动终端或者其他终端上显示，并为用户提供相应的服务。

第一种和第二种方式需要运动目标在移动过程中将终端置于身上，而且在移动过程中存在测量数据误差大，用户测量数据基本一致，体验内容同质化等不足，第三种方式虽能获取较为全面的数据，但是也存在要求移动过程佩戴测量设备，而且附加的测量设备会带来成本等问题。

2  系统实现方案

本系统结合虚拟现实增强技术、5G技术的应用、大数据算法的成熟、人工智能产品的推广等具有普及性应用特点的先进技术，从用户角度出发，在用户应用终端上不增加外围设备的基础上，实现硬件创新，满足人们高质量、多层次的运动数据需求，实现运动类APP应用的硬件创新。

2.1  系统原理

本系统实现结构如图1所示，用户首先通过相应APP进行注册、登记，在运动过程中，通过对随身携带的手机进行定位确定用户位置，同时将用户的运动位置上传到系统信息管理中心，在用户运动过程中，判断运动目标所处区域，若目标进入摄像头监视区域，系统中心告知相应摄像头，对运动目标进行跟踪，同时将运动目标拍摄信息上传到系统中心。

系统后台调用相应处理模块，对图像中的人物进行检测、分割、识别等一系列操作，实现用户的实时位置跟踪和用户行为分析。当用户即将进入下一个摄像头工作区域时，调用另一个摄像头采集的相关数据。因为在运动过程中，实现的是不同摄像头采集图像的调用，所以要对摄像头管辖区进行映射划分，避免摄像头覆盖重叠时调用数据混淆，借助安装在不同区域的摄像头，整个过程对人员进行连续无缝的跟踪。同时将采集的数据同云计算、大数据等技术相结合，将运动目标历史数据进行云存储，对运动目标一定时间范围内的数据进行分析，将分析结果反馈给用户，实现更为全面、精确的数据追踪和更科学的健身指导。

2.2  系统工作流程

系统工作流程如图2所示。

结合当下定位技术，对运动目标实现跟踪，通过移动终端定位，检测到运动目标进入摄像头检测区域时，可以告知运动目标，将对其运动行为进行详细分析，让其选择感兴趣部分，在运动过程中，利用摄像头之间的相互配合，保证对运动人员的无缝跟踪，同时将采集的数据通过移动网络传输至数据中心，在数据中心对目标进行分割、提取，对运动过程中产生的行为进行分析，根据用户选择的模块调用相应的算法，最后将分析结果下发给APP用户，针对用户运动过程中一些不科学的运动行为提出建议，并将不科学的典型图片下发给用户，同时提供运动中可以参考的模板和推送相应的线上教程等。

2.3  信息共享平台

为保证历史运动数据可追溯，本系统利用云平臺上存储的用户数据作为数据分析的依据，其系统结构如图3所示。

该平台利用云服务实现用户和用户之间的数据共享，同时给用户提供个性化的服务，借助该平台可以实现用户位置共享、提供社会服务，而且可以根据用户运动情况和浏览情况推销企业产品。

除此之外，通过云平台和数据分析可以提供“约跑”功能，在一定程度上实现了“跑步交友”，即通过查找附近的人，或是相同运动轨迹的人的方式，与更多的爱好跑步的人建立联系，共同运动。当下，以“跑步+互联网”形式出现的各类社交软件的出现，其功能不仅仅局限于一些线下的跑步，可拓展其他方面的应用。

2.4  系统特点

该系统应用5G网络技术，利用5G低时延、高速率的特点，同时结合高清图像采集技术，利用成熟的目标检测算法、目标分割算法和目标识别算法，实现对目标全方位的跟踪分析。因此该系统采集的数据具有有效性，具备专业规范的指导训练，而且该系统适用于较多运动场景，基于该硬件条件可开发其他类的运动信息处理模块，具有广阔的应用前景。

3  结  论

本系统通过多摄像头协同工作，对特定区域的运动目标进行更全面的数据采集和数据分析，为运动目标提供更加科学化的运动行为建议。将用户跑步数据通过智能设备回传给用户，指导用户改善健身方案，设置饮食建议、运动计划、塑形瑜伽、体态纠正等课程。同时也可以增加比拼步数、体侧及日常相关比赛的数据分析，也可对运动区域异常行为进行监视，还可以推送对身体运动损害比较大的训练信息提醒。

同时该系统还以拍摄的方式记录和全程监督用户的训练，在APP上提供一个可靠的平台，即能够保证用户与专业教练员交流和探讨的平台，用户将存储在云端的训练记录和视频转发给专业教练员，与教练员进行简单的探讨和分析后，提一些改进方法和技巧，加深用户对专项运动的理解，提高专项运动效果。该系统也可架设在校园运动场，学校每学期的400米、800米、1000米等体测成绩可以通过此平台实现自动化统计和输出。

参考文献：

[1] 刘胜男.基于多摄像头的视频跟踪系统研究与实现 [D].沈阳：辽宁大学，2017.

[2] 赖泽锋.基于多摄像头协同的多目标跟踪系统 [D].广州：中山大学，2014.

[3] 章建祥.多摄像头协同跟踪系统关键技术研究 [D].杭州：浙江工商大学，2011.

[4] 陈伟宏.基于多摄像头的目标跟踪算法研究 [D].长沙：湖南大学，2005.

[5] 赵兵，王桁.交互多模型Kalman滤波下的目标跟踪应用研究 [J].电子测量技术，2019，42（11）：83-86.

[6] 乔继梅.改进ViBe算法和SSD在运动车辆目标检测与跟踪中的应用 [D].上海：上海师范大学，2019.

[7] 成康，曹卫华.“全民健身”战略背景下运动健身类APP的对比分析 [J].安徽体育科技，2019，40（4）：25-29+33.

[8] 秦慧娜.基于校园运动APP的郑州市大学生课外体育活动研究 [D].开封：河南大学，2019.

作者简介：白亮亮（1990-），男，汉族，甘肃天水人，讲师，硕士研究生，研究方向：信息采集与处理。