摘  要： 利用免疫遺傳算法的群體遺傳和更新的原理，將它引入到視頻跟蹤的模型建立中，利用免疫遺傳算法的原理來提高對(duì)運(yùn)動(dòng)物體識(shí)別跟蹤的準(zhǔn)確性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，引入免疫遺傳算法之后可以在對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的同時(shí)保持較高的魯棒性。
關(guān)鍵詞： 視頻監(jiān)控；計(jì)算機(jī)視覺；視頻圖像；免疫遺傳算法

    視頻監(jiān)控系統(tǒng)集視頻采集、壓縮、傳輸于一體，并開始走向監(jiān)控的智能化和傳輸方式的多元化。這使得在設(shè)計(jì)時(shí)需要大幅度地提高其處理信息的能力，同時(shí)對(duì)跟蹤目標(biāo)的效率也有了更高的要求[1]。在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的是如何去檢測(cè)異常運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)。就目前而言，在異常運(yùn)動(dòng)目標(biāo)算法中常見的有光流法、幀間差分法及背景相減法等。光流法復(fù)雜度較高、抗噪性能差，且需要特定的硬件支持。幀間差分法極易發(fā)生空洞現(xiàn)象，會(huì)干擾對(duì)目標(biāo)位置的判斷。背景相減法簡單且易于實(shí)現(xiàn)，但是獲取的特征數(shù)據(jù)不是很完整[2]。本文針對(duì)幾種傳統(tǒng)視頻監(jiān)控方法的不足，提出將免疫遺傳算法的群體遺傳和更新的思想引入到視頻監(jiān)控系統(tǒng)中，并利用免疫遺傳原理來提高對(duì)運(yùn)動(dòng)物體的識(shí)別跟蹤的準(zhǔn)確性。
1 免疫遺傳算法
    免疫遺傳算法IGA（Immune Genetic Algorithm）是基于生物免疫機(jī)制而提出來的一種改進(jìn)的遺傳算法，它模擬和反映了生物機(jī)體免疫系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合工程應(yīng)用后提出來的一種仿生優(yōu)化算法。將待求解問題的目標(biāo)函數(shù)對(duì)應(yīng)為入侵生命體的抗原，而待求問題的解對(duì)應(yīng)為免疫系統(tǒng)所產(chǎn)生的抗體，通過抗原和抗體的親和力來描述可行解與最優(yōu)解的逼近程度。生物免疫系統(tǒng)對(duì)抗原會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生相應(yīng)的抗體來進(jìn)行防御，這一過程稱之為免疫應(yīng)答。在免疫應(yīng)答的過程中，部分抗體作為記憶細(xì)胞被保存下來，當(dāng)同類抗原再次感染侵入時(shí)，具有記憶的免疫細(xì)胞就會(huì)被激活并產(chǎn)生大量抗體。
    同時(shí)，抗體與抗體之間也存在著相互之間的促進(jìn)與抑制，以維持抗體的多樣性及免疫平衡，這種平衡是依濃度機(jī)制實(shí)現(xiàn)的，體現(xiàn)了免疫系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)功能。而抗體的親和力濃度計(jì)算是系統(tǒng)保持種群多樣性的基本手段之一[3]。
2 免疫遺傳算法的引入
    人工免疫遺傳算法是從生物免疫系統(tǒng)中演化出的一種智能算法[4]。
2.1 抗原與抗體
    抗原是待解決問題的抽象形式，而對(duì)抗原的識(shí)別就是對(duì)問題的求解過程。在免疫系統(tǒng)中抗原是對(duì)出現(xiàn)的異常抗體進(jìn)行處理。相應(yīng)地，在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤中，根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的特征作為樣本，搜索與該樣本最為相近的區(qū)域，進(jìn)而得到運(yùn)動(dòng)物體的跟蹤結(jié)果。
    在運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)當(dāng)中，將目標(biāo)區(qū)域的顏色直方圖分布q={qu}，u=1…m定義為抗原，這是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中需要待求解的問題。在對(duì)后續(xù)問題求解的過程中都是圍繞尋求異常運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)來展開的。在異常運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模型的建立中，假設(shè)需要求解的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的區(qū)域中心為x0，待求解的目標(biāo)圖像{xi}，i=1，…，n，由n個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，每個(gè)點(diǎn)的灰度量化等級(jí)是m級(jí)，則異常運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)模型的特征值u=1，…，m的概率密度估計(jì)模型可以表示為[5-6]：

    通過上述所講解的迭代方法，可以通過對(duì)算法的重新編寫來實(shí)現(xiàn)對(duì)異常運(yùn)動(dòng)物體的檢測(cè)與識(shí)別。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)也可以完成對(duì)目標(biāo)后續(xù)的異常移動(dòng)進(jìn)行跟蹤。
    在實(shí)驗(yàn)中，設(shè)置了幾個(gè)按鍵以便于對(duì)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的研究，圖1、圖2是試驗(yàn)中所跟蹤到的異常運(yùn)動(dòng)物體的圖像。
    通過上述實(shí)驗(yàn)截圖可以明顯看出，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)從圖1所示的位置運(yùn)動(dòng)到圖2所示的位置。在移動(dòng)過程中用橢圓形來標(biāo)注運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)物體，通過圖像上的顯示可以看出，即使在運(yùn)動(dòng)的過程中，也可以實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地跟蹤目標(biāo)物體。
    通過學(xué)習(xí)與研究，了解到免疫遺傳算法不僅保留了遺傳算法的搜索特性，而且還利用了免疫算法的自適應(yīng)特性，這不僅避免了收斂局部極值，還保證了局部和全局兩個(gè)方面都達(dá)到最優(yōu)。本文通過將免疫遺傳算法引入到異常運(yùn)動(dòng)物體的視頻監(jiān)控系統(tǒng)中來，使得對(duì)異常移動(dòng)物體的跟蹤具有較高準(zhǔn)確率的同時(shí)，保證了視頻監(jiān)控中對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。在今后的學(xué)習(xí)與研究中，還將對(duì)該算法進(jìn)行改進(jìn)和完善，以便于得到更加簡潔、高效的視頻監(jiān)控圖像。
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