تتبع الأجسام في الفيديو في الوقت الحقيقي مع التمركز التلقائي والاستعادة

قمنا ببناء نظام تتبع الأجسام والتمركز في الوقت الحقيقي مع خوارزميات تتبع متعددة من OpenCV، واستعادة تلقائية تعتمد على مطابقة الميزات، ومتوسط أسي سلس للحركة الطبيعية، وواجهة GUI تفاعلية لاختيار الأجسام.

الهندسة المعمارية

• محرك التتبع: OpenCV مع تنفيذات المتتبع CSRT وKCF وMOSSE
• نظام الاستعادة: استخراج ميزات ORB مع إعادة تعريف تعتمد على الهوموجرافي
• محرك التمركز: تحويل أفيني مع تنعيم متوسط متحرك أسي
• واجهة الاختيار: GUI للنقر والسحب مع ردود فعل بصرية
• التكوين: إعدادات تعتمد على YAML لجميع معلمات التتبع والعرض والتمركز

خوارزميات التتبع

يدعم النظام ثلاث خوارزميات تتبع، قابلة للاختيار عبر التكوين:

CSRT (موثوقية القناة والمكان)

أفضل دقة للسيناريوهات المعقدة. يستخدم خرائط الموثوقية المكانية وأوزان خاصة بالقناة للتعامل مع الانسداد الجزئي وتغيرات المظهر. مناسب عندما تكون الدقة أكثر أهمية من السرعة.

KCF (مرشحات الارتباط المكيفة)

أداء متوازن لمعظم الاستخدامات. يستخدم الارتباط الدائري في مجال فورييه للتتبع الفعال بدقة جيدة. مناسب للتتبع العام بمعدلات إطارات متوسطة.

MOSSE (أقل مجموع لمربع الخطأ الناتج)

أسرع متتبع للتطبيقات في الوقت الحقيقي. يستخدم مرشحات الارتباط التكيفية بتكلفة حسابية منخفضة للغاية. مناسب عندما يكون معدل الإطار حرجًا ويتبع الجسم مسارات متوقعة.

نظام الاستعادة التلقائية

عندما يفقد المتتبع الرئيسي الهدف (انسداد الجسم، خرج من الإطار، تغير المظهر)، يحاول النظام إعادة التعرف التلقائي:

1. استخراج الميزات — يتم استخراج واصفات ORB (FAST الموجه وBRIEF الدوار) من كل من منطقة الجسم الأولية والإطار الحالي
2. مطابقة الميزات — مطابقة القوة الغاشمة مع مسافة Hamming، مصفاة باختبار نسبة Lowe للحفاظ على المطابقات الواثقة فقط
3. تقدير الهوموجرافي — يتم حساب الهوموجرافي المستند إلى RANSAC من نقاط الميزات المطابقة، مع رفض النقاط الشاذة
4. استعادة الصندوق المحيط — يتم تحويل زوايا الصندوق المحيط الأولية عبر الهوموجرافي إلى موضع الجسم الجديد
5. إعادة تهيئة المتتبع — إذا كان الموضع المستعاد صالحًا (أبعاد إيجابية، ضمن حدود الإطار)، يتم إعادة تهيئة المتتبع في الموقع الجديد

هذا يسمح للنظام بالتعافي من الانسدادات القصيرة وإعادة اكتساب الهدف دون تدخل المستخدم.

التمركز السلس

ترجمة الإطار

بمجرد معرفة موضع الجسم، يقوم النظام بتمركزه باستخدام التحويل الأفيني:

• يتم حساب مواضع مركز الجسم ومركز الإطار
• يتم حساب الإزاحة المطلوبة للترجمة
• يتم تحريك الإطار باستخدام التحويل الأفيني مع لون تعبئة قابل للتكوين

تقليل الاهتزاز

إحداثيات التتبع الخام صاخبة. يطبق النظام تنعيم متوسط متحرك أسي:

• عامل التنعيم القابل للتكوين يتحكم في المقايضة بين الاستجابة والاستقرار
• القيم الأقل تنتج حركة أكثر سلاسة وسينمائية مع تأخير طفيف
• القيم الأعلى تتبع بشكل أقرب ولكن تظهر المزيد من الاهتزاز
• النتيجة هي سلوك متابعة الكاميرا الطبيعي

اختيار الأجسام التفاعلي

تدعم ثلاثة أوضاع اختيار:

• وضع GUI — النقر والسحب على إطار الفيديو مع ردود فعل بصرية للحجم، تأكيد مع المسطرة/الإدخال، إلغاء مع الهروب
• وضع ROI — محدد المنطقة ذات الاهتمام المدمج في OpenCV
• وضع الإحداثيات — صندوق محيط محدد مسبقًا من ملف التكوين

العرض في الوقت الحقيقي

يعرض التراكب العارض:

• صندوق محيط حول الجسم المتتبع
• علامة متقاطعة للمركز كمرجع للتوافق
• مؤشر حالة التتبع (تتبع / مفقود / متوقف)
• الإطارات الحالية في الثانية لمراقبة الأداء
• اسم خوارزمية المتتبع النشطة

عناصر التحكم في التشغيل

• تشغيل/إيقاف مؤقت — تبديل التتبع باستخدام المسطرة
• إعادة تعيين — اختيار هدف تتبع جديد في منتصف الجلسة
• التكرار — إعادة تشغيل الفيديو تلقائيًا مع الحفاظ على حالة التتبع
• إنهاء — تحرير الموارد بشكل نظيف

الميزات الرئيسية

1. ثلاث خوارزميات تتبع — CSRT (الدقة)، KCF (متوازن)، MOSSE (السرعة) — قابلة للتبديل عبر التكوين
2. الاستعادة التلقائية — مطابقة ميزات ORB مع الهوموجرافي تعيد توطين الأهداف المفقودة
3. التمركز السلس — المتوسط المتحرك الأسي يزيل الاهتزاز للحركة الطبيعية
4. الاختيار التفاعلي — GUI للنقر والسحب مع ردود فعل بصرية لاختيار الهدف
5. الأداء في الوقت الحقيقي — 25-60+ FPS حسب اختيار الخوارزمية
6. تشغيل متكرر — إعادة تشغيل الفيديو المستمرة مع تتبع مستمر
7. تكوين YAML — جميع المعلمات (الخوارزمية، التنعيم، العرض، الدقة) قابلة للتكوين
8. تصميم معياري — فصل نظيف بين مكونات المتتبع، والمحدد، ومعالج الفيديو