基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现.pdf

浙江理工大学
硕士学位论文
基于均值偏移的视频目标跟踪、检测算法研究及系统实现
姓名:李光
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:张华熊;金学波
20100301
摘要视频目标跟踪是计算机视觉研究领域的一个重要组成部分,它融合了模式识别、人工智能以及自动化控制等诸多相关领域的知识。视频目标跟踪是从视频中提取目标位置信息、跟踪目标的技术,可用于智能视频监控、基于视频的人机交互、自动驾驶、农业自动化和医学图像等领域。近年来均值偏移算法在视频目标跟踪中的应用引起了人们极大的关注,它具有实时性好、对目标变形不十分敏感、鲁棒性好等特点。但它也存在一些不足之处,如窗宽不能自适应、不能有效跟踪快速和大面积遮挡的目标、需要人工初始化跟踪等。均值偏移算法主要有两个版本:标准惴ê虲惴ā1疚母菥灯扑惴ㄔ谑悠的勘跟踪中的应用为主线,针对性地对这些缺陷做了较好的改进。论文主要内容和创新如下:晗秆芯苛薓惴ㄔ谑悠的勘旮倭煊蛑械挠τ茫梅律湫员浠磺蟛问较好地解决了算法中窗宽自适应的问题。岢隽艘恢只谡帕刻荻戎狈酵嫉腗惴ā4矼惴ㄊ窃谘丈征空间上建模,当目标和背景相似时容易跟踪失败,但此时目标的空间纹理信息却可能有很好地区分目标和背景的能力,本文提出了张量梯度直方图方法不但利用目标的纹理信息而且将目标的纹理从三维空间直接映射到一维空间,减少计算量,提高了目标和背景颜色相似情况下的跟踪效果。A私饩隹焖倌勘旮俸湍勘瓯徽诘参侍猓疚睦肒瞬ㄆ鞫阅勘暝谙乱恢≈的状态进行预测,并将此预测值作为均值偏移算法搜索目标的起始点。本文提出利用相似性系数或残差与阈值进行对比,当相似性系数或残差小于某个阈值时就认为目标被遮挡,此时只利用预测算法进行跟踪直到目标重新出现。肁勘昙觳夥椒ń勘晔孪壤胂哐安⑷〉媚勘甑奶卣鳎谑悠敌蛄兄懈据目标特征自动检测出目标再跟踪,解决了目标自动初始化问题。贠蚣苌希杓撇⑼瓿闪艘桓鍪笛樾缘氖悠的勘旮偃砑低常捎媚?榛实现,由目标检测、团块检测、团块跟踪、轨迹处理和轨迹生成等模块组成,进行了实验验证,取得了良好的实验结果。该系统为以后研究工作的实验测试提供了便利。本文的分别研究了静止和运动摄像头场景下的视频目标跟踪,视频目标跟踪方面主要研究的是单目标跟踪和部分遮挡处理,实验结果表明本文采用的算法实时性好,抗干扰能力强,能在较为复杂的背景下工作。关键词:视频目标跟踪;均值偏移算法;滤波器;目标检测:浙江理一鹧妒垦宦畚
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第一章绪论本课题研究的背景和意义计算机视觉是涉及图像处理、模式识别、物理学和数学等众多领域的交叉学科,是当前人工智能领域中最热门的课题之一。近年来,计算机视觉的研究对象逐步从静态图像过渡到视频图像枷的研究,其中,视频目标跟踪是视频图像研究的一个重要领域。视频目标跟踪主要是通过摄像头或者视频序列来获得图像进行分析,计算出感兴趣目标在每一帧图像上的坐标位置,根据不同的坐标位置将图像序列中连续帧中的同一个目标关联起来,得到目标在每帧图像中的运动参数和相邻帧之间的对应关系,再从该对应关系中得到感兴趣目标的运动轨迹。简单地说就是在下一帧视频图像中找到目标的准确位置,并将该位置反馈给跟踪系统来进行目标跟踪,为后继视频序列分析和理解提供依据和视频目标跟踪系统通常采用摄像机和光学系统等较为廉价的设备作为图像传感器获取信息。“眼见为实”的视频目标跟踪系统,从监视器上能直接看到感兴趣目标的图像,可以获得丰富的关于目标的信息,具有良好地可观性和可靠性。视频目标跟踪无论在军事上还是民用中都有着广泛的应用和良好的发展前景。在军事上,主要采用电视跟踪和热红外跟踪技术,如导弹制导、火炮控制和靶场测量等。在民用方面,通过摄像机实时的监控动态场景,如在智能交通控制系统中对车辆进行实时检测和跟踪,可以实时监视车流量、车流密度、交通事故和违章逃逸等交通状况。此外,视频目标跟踪在视频会议、视频分析、,医学图像远程医疗、部件质量检测等众多领域也大有可为。⒄目标跟踪是随着计算机技术发展而逐渐成为研究热点的。年,匈牙利数学家的博士论文发表和年发表的论文咝月瞬ㄓ朐げ馕侍獾男路椒将递推滤波技术引入雷达跟踪中,目标跟踪理论开始引起人们的极大关注。。世纪年代以来高速数字信号处理器酒男似鹞D勘旮俚难芯孔⑷。年甅等人在瓺空间运用光流和边缘信息,进行了运动目标的研究。甖等人【刻岢隽嘶诳杀湫文0褰心标跟踪的方法。世纪初,—等人提出用自适应颜色模型进行目标