[发明专利]一种基于图像处理技术的群集运动数据采集方法及系统

说明书

技术领域

本发明属于群集运动研究技术领域，更具体地，涉及一种群集运动数据采集方法及系统。

背景技术

群集运动是一种普遍存在的自然现象，从到蚂蚁、细菌等的集体移动，到鸟群的成群飞翔、鱼群的结队巡游、蝗虫的集群迁徙，以及在现实生活中的人群都是群集运动的典型代表。这些由大量自主个体所组成的群体在飞行、巡游及移动过程中如何形成各种各样协调有序的集体运动模式,又如何就外部作用迅速地、几乎步调一致地改变当前运动状态，这种高度协调且极度有序的集体运动模式的产生机理和内在机制，长期以来一直是群集运动研究所探讨的核心问题。但是实验数据的缺乏严重制约了群集运动研究的进展，实验场地、数据采集以及数据处理分析的过程涉及的模块众多，因此有必要建立完整的数据采集处理方案，以供群集运动的分析和研究。

发明内容

针对现有技术的问题和迫切技术需求，本发明提供一种通用的群集运动数据采集方法及系统，其目的在于，可以快速的获取群集运动实验数据，大大降低实验周期和数据处理周期。

一种群集运动实验数据采集方法，该方法包括以下步骤：

(1)在实验场景中采集群集运动目标的视频；

(2)从当前视频帧中提取目标运动区域；

(3)对目标运动区域滤除背景；

(4)将滤除背景的目标运动区域与目标灰度阈值进行比较，判定大于目标阈值的像素点为可疑目标像素点，将邻近的可疑目标像素点视为一个可疑目标；

(5)将可疑目标与预定目标长度、宽度和面积阈值进行比较，判定可疑目标为个体目标、多目标重合、非目标中的一种；

(6)若可疑目标为个体目标，则将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标；

(7)若可疑目标为多个个体目标重叠，则进行可疑目标拆分操作，再将拆分得到的个体目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给个体目标；

(8)若可疑目标为非目标，则忽略。

进一步地，所述步骤(5)的具体实现过程为：

设可疑目标d的长为a，宽为b，面积为s；预订的长度边界上、下阈值为A_max，A_min，宽度边界上下阈值为B_max，B_min，面积的边界上下阈值为S_max，S_min，则：

如满足A_min＜a＜A_max,且B_min＜b＜B_max,且S_min＜s＜S_max，则d是个体目标；

如满足a＜A_min，或b<B_min，或s<S_min，则d是非目标；

如满足a＞A_max，或b>B_max，或s>S_maxs，则d为多目标重合。

进一步地，所述步骤(6)的具体实现过程为：依据前一帧定位的目标位置、方向、速度预测目标在当前帧中的位置，将可疑目标与当前视频帧的目标预测位置进行匹配，将匹配成功的目标ID赋值给可疑目标。

进一步地，所述步骤(7)可疑目标拆分操作的具体实现过程为：往当前帧的相邻前后几帧中，找寻可疑目标区域附近的目标，如果存在几个运动目标，则根据这几个目标的速度和方向，预测这几个目标在当前帧中的位置，若预测目标位置在可疑目标区域中，则在当前帧中将预测目标作为目标；若预测目标位置不在可疑目标区域中，则忽略该可疑目标。

进一步地，还包括步骤(9)后期修正，具体的实现过程为：

遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常减少的视频帧，手动增加个体运动目标；

遍历所有视频帧，找到目标个体数量异常增加的视频帧，手动减少个体运动目标；

遍历所有视频帧，找到目标个体速度和方向异常突变的视频帧，将涉及异常的两个目标ID进行交换。

进一步地，所述目标灰度阈值

其中，threshold是目标灰度阈值，X(p)是像素点p的灰度值，u(p)是背景图像像素点p的值，σ(p)是像素点p的标准差。

一种群集运动数据采集系统，包括：实验图像采集单元和上位机处理单元。