基于时空模型的鲁棒目标跟踪算法研究

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1、分类号密级硕士学位论文题目：基于时空模型的鲁棒目标跟踪算法研究英文并列题目：ResearchofRobustObjectTrackingBasedonSpatio-TemporalModel研究生：吴佼专业：控制科学与工程研究方向：控制理论与控制工程导师：蒋敏指导小组成员：学位授予日期：2016年6月答辩委员会主席：刘飞江南大学地址：无锡市蠡湖大道1800号二○一六年六月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也

2、不包含本人为获得江南大学或其它教育机构的学位或证书而使Ｍ过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名：裹後日期：如＆年台月／日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定：江南大学有权保留并向国家有关部鬥或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文一，并且本人电子文挡的内容和纸质论文的内容相致。保密的学位论文在解密后也

3、遵守此规定。签名：菊ｆｃ导师签名：載日親作年６月（日摘要摘要随着计算机科学和人工智能的快速发展，目标跟踪逐渐成为计算机视觉领域重要的研究方向之一。目标跟踪的过程可以视为通过手动给定目标之后，在后续的视频图像中，跟踪算法能持续、实时、鲁棒地定位出目标位置的过程。其中跟踪算法的鲁棒性体现为目标在经历运动模糊、复杂背景、光照变化以及外观缩放等干扰时，能够准确定位目标位置。因此研究具有鲁棒性强、实时性好的目标跟踪算法一直是计算机视觉领域的研究热点，同时也是本文的研究目的。本文主要围绕利用目标及其周围信息构建时空域模型的跟踪算法进行研究。通过利用时空域

4、模型优化目标的搜索区域，并进一步改进时空域模型的更新机制，本文提出了两种新的跟踪方法。论文的主要研究内容和成果概括如下：1.在目标跟踪的过程中，目标周围的信息同样很关键，利用目标周围的信息可以辅助跟踪目标。本文利用目标及其周围信息的相关性，来构建空域模型。利用目标在时间轴上相邻帧之间的联系,建立时空域模型。通过调整模型中的形状参数和学习率，深入研究时空域模型的鲁棒性，为后续章节阐述改进方法奠定理论基础。2.传统压缩感知算法在跟踪过程中，以上一帧目标位置为圆点，以固定的搜索半径来设置搜索区域，提取样本。在跟踪过程中显然不合理。当目标经历突然的加速运动时，很容

5、易丢失目标。一旦丢失目标，一般很难重新定位目标的位置。针对算法的缺陷，我们提出利用目标及其周围信息之间的空域上下文关系，以及连续帧之间的时序关系，建立目标的时空域模型。利用目标的时空域模型计算出表示目标位置分布的置信图。以置信图中高置信值区域建立目标的候选区域。最终贝叶斯分类器遍历候选区域提取样本，利用样本的稀疏特征判别出目标的最优位置。通过实验表明，利用目标时空信息建立的候选区域更好地约束目标的范围，跟踪更准确，算法更鲁棒。3.在跟踪的过程中，目标出现明显尺度变化时，构建的空域范围若不能有效更新，将导致时空域模型无法有效处理目标尺度的变化，最终出现丢失目

6、标的情况。因此我们提出借鉴聚类思想来构建历史目标模板库，选择最能表示目标状态的目标样本来建立模板空间。根据时空域模型估计目标的中心位置，由此提取多个尺度的矩形样本。引入方向梯度直方图特征分析模板与样本的相似度。最终根据匹配获得目标最优尺度，更新时空域模型，实现尺度变化的目标跟踪。通过实验验证，目标经历明显尺度变化、局部遮挡、光照变化以及运动模糊等多种干扰时，跟踪算法能够实时调整跟踪框尺度，有效更新时空域模型。4.为了验证算法的效果和理论的可行性，利用大量的视频图像进行实验，验证本文提出的算法在保证算法时效性的基础上，能够有效应对尺度的变化、光照的变化、杂乱

7、背景干扰以及相似物体干扰等情况。关键词：目标跟踪；时空模型；候选区域；历史模板库；模型更新IAbstractAbstractWiththerapiddevelopmentofcomputerscienceandartificialintelligence,objecttrackinghasgraduallybecomeoneofthemostimportantresearchareasinthefieldofcomputervision.Objecttrackingisusuallyregardedasaprocessthatthetrackingmeth

8、odcanrobustlylocatethetargetinthe