刘坤鹏, 邢仁平, 巩稼民

(1.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121；2. 中国电信股份有限公司 青海分公司，青海 西宁 810007)

基于RTX的目标跟踪算法性能评估系统

刘坤鹏1, 邢仁平2, 巩稼民1

(1.西安邮电大学 电子工程学院，陕西 西安 710121；2. 中国电信股份有限公司 青海分公司，青海 西宁 810007)

摘要:针对目标跟踪算法性能的评价，设计一种基于RTX的目标跟踪算法性能评估系统。该系统采用基于Windows+RTX的实时架构，通过对仿真转台的控制，使图像传感器以预设的规律运动，得到测量值与对应的运动轨迹标准值，最终输出测量值与标准值间的误差均方根作为评价标准。实验结果表明，该系统实现了在现实环境下对目标跟踪算法进行性能评估并给出精确的跟踪误差。

关键词:实时扩展系统；目标跟踪算法；性能评估；软件系统

目标跟踪算法是一种以计算机科学与信号处理科学为理论基础的技术[1-2]。随着计算机技术、通信技术以及图像处理技术的迅猛发展，目标跟踪成为计算机视觉领域研究的热点[3]，被广泛应用于空中预警、精确制导弹药、机器人视觉导航；工业产品探测、智能视频监控、智能交通等军事和民用方面[4-8]。

文献[9-10]通过精确度、完整性来进行跟踪算法性能评价，对于目标跟踪算法性能的评价仅使用特定视频图像进行, 不能实地测试。本文拟采用Windows+RTX的实时架构，设计一种能够实现实地测试的目标跟踪评价系统。

1系统评价原理

当标准目标图像静止时，角振动台带动光电成像单元运动，形成图像传感器与标准目标图像之间的相对运动。图像传感器在运动过程中摄取标准目标图像，角位置传感器输出图像传感器角位置信息，图像处理算法对图像传感器输出的图像进行分析，计算出图像位移测量值，输出跟踪轨迹上标准值与测量值之间的误差均方根。

图1　评价原理

2目标跟踪算法评估系统设计

基于RTX的目标跟踪算法性能评估系统主要分为硬件与软件两个部分。硬件系统负责产生与跟踪目标之间相对运动，软件系统负责数据的采集与处理。

2.1硬件系统

硬件系统结构框图如图2所示。主要包括光电成像单元、运动单元、操控和数据处理单元。

(1)光电成像单元

光电成像单元由图像传感器和图像采集卡组成。用以提供高质量的视频输入。

(2)运动单元

模拟运载车辆的运动，形成图像传感器与标准目标之间确定规律的相对运动，主要由角振动台等部件组成。

(3)操控和数据处理单元

对角振动台的控制以及对目标跟踪等算法性能测试，由传感器控制模块、角振动台运动控制与测量处理器、图像数据采集卡、评估软件等组成。

图2　评估系统硬件结构

2.2系统软件构成

软件系统在RTX+Windows环境下运行，软件结构分为底层实时控制和人机界面控制两大部分，结构图如图3所示。在Windows+RTX的环境中，利用Windows系统作为人机界面开发，利用RTX扩展内核系统作为底层实时控制开发[11]。在WIN32这个非实时性的进程中，完成人机界面控制部分的功能，在实时性的RTSS进程下，利用多线程技术来完成数据采集存储部分的功能。

图3　软件系统结构

2.3软件功能

目标跟踪算法评估软件功能模块结构如图4所示，各部分功能如下。

图4　软件功能结构

(1) RTSS进程参数设置

对RTSS进程下的实时采集线程的采集周期进行设置，采集周期的最小值可设置为0.1 ms。

(2) 测试过程控制模块

建立/关闭与角振动台的通信，实现对角振动台的控制、数据采集卡的初始化；控制角振动台按照运动参数控制模块的参数，在预定的轨迹上运行；向RTSS进程发送控制命令。

(3) 数据采集与存储模块

对在预定轨迹运动时，跟踪算法反馈的测量值，以及角振动台角位置实际位置信息进行采集与存储(以TXT格式文件存储)等操作。

(4) 数据处理与结果显示

对保存在文本文档格式文件中的实际位置信息和算法测量值在统一坐标系下进行绘图显示，并且显示二者误差均方根。

3实验测试与结果

将十字靶标放置于距离角振动台8 m处，将微光相机固定于角振动台的中框轴之上。角振动台的负载设置设为空载，采集周期设置为0.1 ms，转台中框轴从(1.451 100，-5.412 400)度转到(4.701 100，-2.162 300)度，连接视频信号调理板。实验过程中所获图像结果如图5所示。

图5　跟踪图像

经过处理后，对跟踪算法的评估结果如图6所示。图中深色线代表跟踪路径实际值，浅色线代表算法的测量值。可以看出测量值与标准值之间的误差非常小，对目标跟踪算法对性能评估系统自身具有的精度，以及该系统在单位时间内的数据采集次数提出了很高的要求。

图6　跟踪算法评估结果

由图6可知，被检测跟踪算法的跟踪误差是0.492 13像素。实验结果表明本系统所具有的高速的数据采集率性能等性能满足对目标跟踪算法进行性能评估时对于本系统的性能要求，并可以计算出算法的跟踪误差。

4结束语

通过控制高精度的角振动台按照预定轨迹运动，来形成角振动台上的图像传感器与跟踪目标之间的相对运动。利用RTX提供的高精度、短周期的定时器对目标位移测量值与标准值进行高速采集并进行计算评估。实验结果表明，系统对目标跟踪算法性能的评估不再局限于特定视频图像下进行，而是实现了在现实复杂环境下,模拟物体以不同运动状态运动对目标跟踪算法性能进行实地评估。

参考文献

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[2]王正耀，程正兴，汤少杰，等.基于视觉特征的尺度空间信息量度量[J].中国图象图形学报，2010,10(7):922-928.

[3]李娜,李大湘,刘卫华,等.基于多示例学习的目标跟踪算法[J].西安邮电大学学报，2014,19(2):43-47.DOI:10.13682/j.issn.2095-6533.2014.02.007.

[4]许志刚.目标跟踪算法研究及其应用[D].无锡：江南大学，2011:1-4.

[5]卢丽萍.目标跟踪算法与检测处理技术研究[D].南京：南京理工大学，2011:2-8.

[6]刘枫.目标跟踪算法的应用于研究[D].无锡：江南大学，2011:3-7.

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[10]李鹏飞，陈朝武，李晓峰.智能视频算法评估综述[J].计算机辅助设计与图形学学报，2010，22(2):352-360.

[11]杨铜.基于RTX的PC数控软件研究 [D].秦皇岛：燕山大学，2010:22-24.

[责任编辑：祝剑]

An evaluation system of target tracking algorithm performance based on RTX

LIU Kunpeng1，XING Renping2，GONG Jiamin1

(1．School of Electronics Engineering, Xi’an University of Posts and Telecommunications, Xi’an 710121,China；2．China Telecom Qinghai Company, Xining 810007, China)

Abstract:In order to evaluate the performance of target tracking algorithm, a Windows real time (RTX) based performance evaluation system is developed. A real time framework based on the platform of Windows + RTX is used in this system. The image sensor can move according to predetermined motion law by controlling the simulation turntable, and therefore the measured values and the standard values of trajectory can be collected. Then the root mean square of error values between these two values is used as the evaluation standard. Experimental results show that the system can evaluate the performance of target tracking algorithm on the spot and also the tracking error can be obtained.

Keywords:the real-time miniaturization system，target tracking algorithm，performance evaluation，software system

doi:10.13682/j.issn.2095-6533.2016.01.020

收稿日期：2015-08-05

基金项目：陕西省教育厅科学研究计划资助项目(14JK1678)

作者简介：刘坤鹏(1991-)，男,硕士研究生，研究方向为光通信与光信息技术。E-mail:836249518@qq.com 邢仁平(1965-),男,硕士,高级工程师,从事光通信技术研究。E-mail：18909718669@189.cn

中图分类号：TN311

文献标识码：A

文章编号：2095-6533(2016)01-0097-04