[发明专利]一种婴幼儿主动跟踪监护的方法及其实现系统

说明书

技术领域：

本发明涉及图像信息处理领域，特别涉及一种家用婴幼儿主动跟踪监护的 方法及其嵌入式硬件实现系统。

背景技术：

智能视频处理技术目前在监控领域的应用正在不断扩展，现有的针对家居 环境中婴幼儿的视频监护系统，一般都是使用摄像头通过PC机连接到网络， 或者以独立的网络摄像机的方式直接连接到网络。这些设备一般都具有动静检 测等检测功能。虽然有的带有云台，能够通过预先预置点或者用户在客户端(如 浏览器)手工控制云台向移动中的婴幼儿转动。但是现有的此类家用监护系统 在实际运用中有以下的缺点：用户不可能长时间在客户端对婴幼儿进行监看， 而且摄像头只能在固定视角的场所对婴幼儿进行监护，因此不能够自动对家庭 中的移动中的婴幼儿进行实时跟踪拍摄，无法达到智能看护和报警目的。

现有工业级别的监控系统，例如公开文献号为CN1658570A的中国发明专 利(主题为《具有多摄像机的智能跟踪监控系统》)主要利用一个主摄像机获 取全局场景信息，进行目标检测和跟踪算法，然后利用得到目标的信息驱动从 摄像机进行转动实现对目标的跟踪和细节显示。但在面向家庭应用背景下，如 果使用主从摄像机来对婴幼儿监控，需要在家中安装两台摄像机和一个云台， 这会造成监控布防的难度加大，且且也大大增加了成本，不经济也不适用。

而现有的面向家庭应用的监控系统，如公开文献号为CN201262766Y的实 用新型专利(主题为《多功能智能家用监控系统》)利用人体红外传感器感知 是否有人进入，当有人进入时，智能预警终端驱动摄像头进行录像。但其摄像 头并没有加载云台导致其不能多角度转动，而且也不具备自动在场景中识别和 选取婴幼儿并对其进行跟踪的功能。

发明内容：

鉴于上述技术问题，为使得用户通过监控系统实时跟踪家庭中不具备自我 保护意识的婴幼儿的安全状况，做到对其的及时防范和监护，本发明首要目的 是提供一种利用监控系统实现主动跟踪婴幼儿的监护方法。该发明方法可应用 于家庭环境中对不具备自我保护意识婴幼儿目标的主动跟踪和监控，提高现有 家庭视频监护系统的针对性和自动化能力，帮助父母做到对婴幼儿意外情况的 及时防范和安全状况监护。

上述发明方法的技术方案为：在模拟视频信号采集并A/D转换后，对该视 频信号进行算法处理：通过连续三帧帧差法提取出运动区域，再采用肤色检测 模型过滤掉运动区域中的非人脸区域，并在缩小的候选区域中使用AdaBoost 算法进行人脸检测；对检测到的人脸使用主动形状模型进行匹配，提取出待检 测人脸的轮廓，并求出该轮廓里面眼睛中心连线中间点到下巴轮廓几何中心的 距离d和鼻子轮廓包围区域的面积s，并利用线性分辨分析方法找出能区分婴 幼儿脸和非婴幼儿脸的最佳投影方向w。将d和s在w方向上进行投影，并根 据投影后的点点x＝[ds]^T，通过w，由d和s方向张成的二维空间可以被转化为 一维的特征空间：babyvalue＝w^Tx，babyvalue值是表示待识别人脸接近于婴 幼儿特征的程度，区分非婴幼儿脸和婴幼儿脸的阈值取为两类个体中心连线的 中点，得到阈值k，通过比较babyvalue与阈值k的关系来判断待检测目标是 否婴幼儿，如果目标为婴幼儿，则将其作为跟踪对象；上述算法处理结束后， 再利用PID算法和派尔高D协议，控制云台上下左右转动，从而自动实现对 婴幼儿的主动实时跟踪监护，大大增强现有家居视频监护系统的主动性和实用 性。

此外，根据上述方法，本发明还提出了一种运用以上方法的嵌入式主动跟 踪婴幼儿的硬件实现系统。该系统通过视频采集、AD转换、FVID接口和云台 控制等模块实现了对家庭环境中婴幼儿的自动检测、定位和跟踪。该系统的具 体结构如下，包括：

一用来对视频输入信号进行包括三帧差法、肤色分割、人脸检测、统计形 状模型匹配、婴幼儿目标识别以及PID控制这些算法处理的主控处理单元，该 处理单元根据算法处理后的结果对云台发送动作指令从而调整监控视角，同时 将处理后的带有标有被监控物体标注的视频信号通过显示装置实时显示或通 过输出接口输出；

一与AD转换模块相连接用来拍摄并生成家庭场景的模拟视频信号的CMOS 摄像模块；

一将CMOS摄像模块的模拟视频信号转化为数字信号同时传送给主控处理 单元的AD转换模块；