基于视频的目标检测与跟踪技术研究

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1、摘要基于视频的目标检测与跟踪技术是计算机视觉的主要研究方向之一，它是智能监控、人机交互、移动机器人视觉导航、工业机器人手眼系统等应用的基础和关键技术。论文主要针对智能监控和人机交互系统应用中的目标，特别是人体目标的检测与跟踪问题展开研究，分别提出了用于背景静止视频序列运动目标的检测与跟踪算法，针对人体目标的快速检测与跟踪算法以及基于Meallshm的目标平移与旋转跟踪算法。论文完成的主要工作和贡献有：1．针对智能监控系统中运动目标检测与跟踪问题，提出了一种背景静止视频序列运动目标检测与跟踪方法。首先，对差分图像的灰度分布做GMM(GaussiallMixtllreMo

2、del)建模，并引入基于GMM模型的边界检测算子，构造运动边界图像，然后，通过修改GVF．snake的能量项，将此静态图像处理算法引入运动图像，使其能够提取运动图像中目标的轮廓。又针对snake初始轮廓需要手工设定的问题，提出一种自动初始化方法。为加快GVF．Snal【e的收敛速度，采用一阶差分算法预测下一时刻目标轮廓的位置。实验结果证明，该算法对刚性和非刚性两类目标都有较好的跟踪效果。针对灰度图像中目标轮廓检测易受影子影响的问题，提出了一种基于彩色视频序列的目标轮廓检测算法。算法采用归一化RGB空间与灰度空间相结合的模型取代单一灰度模型，该模型较好地抑制了影子的影响

3、，有利于对目标形状进行准确识别。2．针对目前人体目标检测算法不能检测多角度人体目标以及实时性差等问题，提出了一种在静态图像中快速检测任意角度人体目标的算法。算法分别利用目标颜色和轮廓两类特征构造两种检测器。颜色检测器首先进行基于面部肤色和头部发色的色彩分割，然后引入积分图像算法快速提取分割后的图像头部目标区域。轮廓检测器利用头肩轮廓形状的稳定性，用参数化变形模板对头肩轮廓建模，并定义由粗到精的模板匹配策略对头肩进行多级检测。最后构建一个级联检测系统。又针对视频监控应用中人体目标多数为运动目标这一特点，在上述算法基础上增加了基于运动历史图像的运动目标检测环节，快速提取视

4、频序列中的运动目标，运动检测环节的引入进一步提高了算法的速度。实验证明，该算法是切实有效的。浙江大学博士学位论文3．提出了一种以头肩轮廓为特征的基于粒子滤波器的跟踪算法。由于粒子滤波器可以处理任意形式的系统模型和噪声任意分布的状态预估问题，因此它可以较好地处理图像中由杂物导致的观测密度非线性问题。算法采用与上述人体检测算法相同的目标特征，使得两者可以很好地融合，并减小了计算量。4．针对MeansKft跟踪算法只能跟踪目标平移运动，不能跟踪旋转运动问题，提出了一种改进的MeaIls11if}跟踪算法，它可以同时跟踪目标的平移和旋转。算法以目标区域的梯度方向分布(直方图)

5、为特征，构造了可用MeaIlsllift算法寻优的相似度函数，将旋转跟踪转化为寻优问题，利用Meanshift寻优过程收敛速度快的优点，有效跟踪目标旋转。最后利用交替迭代的方法，将旋转跟踪与Meallsh谂平移跟踪算法融合起来，构造了可以同时进行平移和旋转跟踪的完整跟踪算法。关键词：GvF．snakc，变形模板，Meallshifc，目标检测与跟踪，视频序列2ABSTRACTThetccllllologyofvideobaSedobjectdetectionaIldtrack恤gisoneoft11ehotspotsint11efieldofcomputervisio

6、n，whichisalsot11ebasicandimponamtechn0109yinthe印plicationsofsmartsun，eilla】1ce，humall一macllinein袖ce，mobilerobotsnavigation，indus仃ialmbotshand—eyesystemaIldsoon．T11isthesisfocusesonthesolutiontomepmblemsoft11eobjects，especiallypeople，thedetectionandt11etr锰ckingintheapplicationsofsmansurv

7、eillanceandhulllall一mac量lineintemIce．Mainachievememsofthisdissertationareasfbllows：1．Anapproachtodctectand他ckmo、，ingobjectsinastaticback鲫dsequencewasproposed．Firstly，aGMMmodelofthe鲈aydistributionofadi丑’erenceimage、搬scon曲ructedandamotiondetectionopemCor、vasintroducedtogenerateam