监控视频中的人体检测与跟踪算法研究

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1、第一章绪论1．1研究背景与意义随着计算机技术及传感技术的发展，视频监控系统经历了模拟信号时代、数字信号时代、网络时代，并逐步由传统的人工监控发展为计算机智能监控⋯【2]。智能视频监控系统通过计算机视觉技术自动捕捉监控场景中的感兴趣目标，并进行一系列的检测、识别，以进行后续的行为分析【3】[4】、危险预警等。人是视频序列中最受关注和最有价值的目标[5儿61，因此对行人的检测和跟踪具有重要的研究意义和广泛的应用前景。目前，我国经济迅速发展、城市人口增长、规模扩大，公共场所人流量增多，存在大量的安全隐患【71。重点监控场所如车站、广场、公园等地安装有大

2、量摄像头，如果仅仅依靠监控人员进行监控和操作，需要大量的人力资源，而且这种监控方式处理速度慢、响应时间长、容易造成监控人员视觉疲劳，不利于长时间、大规模的监控【8】。行人检测和跟踪技术的应用将能很好的解决公共场所的监控问题【9J，并能在此基础上对行人动作、姿态进行识别、分析，及时对危险行为进行预警【101。以公园为例，该技术可以统计公园各入口行人入园、出园数目，控制公园人流量；并能及时发现行人拥挤的区域，对游客进行合理的引导、疏散，避免发生踩踏事件；还能够对园区中的行人行为进行分析，及时发现可疑行为，消除安全隐患。行人检测和跟踪技术也是车载辅助系

3、统的关键技术之一[11]【121。车载辅助系统包括车载导航系统、夜视系统、安全警示系统、防撞系统、倒车停车辅助系统等，行人检测与跟踪技术的应用能够提升车载系统的安全性能，帮助驾驶员及时发现道路上的行人，并进行预警，从而避免交通意外的发生，保证行人安全。行人检测和跟踪技术也可应用于重点场所安全监控中，如电厂、变电所、银行、军事禁区等限制人员进入的场所，可以及时发现可疑行人，进行安全预警。行人检测和跟踪技术除应用于视频监控领域中，还可应用于军事领域【l3

4、、机器人导航11引、人机交互【l5j等领域。综上所述，监控视频中行人检测与跟踪技术具有极大的实际

5、应用价值。目前，由于监控场景中环境的复杂性(光照变化、阴影变化、背景变化等)及行人姿态、衣着的多样性，行人检测和跟踪技术尚面临很多困难，需要进一步的发展和完善。1．2国内外研究现状监控视频中的行人检测就是对视频序列中的行人进行识别、定位，并从背景中准确的提取出来，得到行人在该视频帧中的位置(通常采用外接矩形框标注目标位置)。由于监控视频中行人大多数是运动的，对行人的检测可以分为两部分内容即运动目标检测和人体检测。目标跟踪的主要目的是根据给定的目标区域在视频序列中建立对应关系，实时获得目标位置。由于监控场景中环境复杂，存在着噪声干扰、光照干扰及行人

6、之间的互相遮挡，因此实现高东南大学硕士学位论文效、精确的行人检测与跟踪存在难度。下面本文将从运动目标检测、人体检测和行人跟踪三个方面总结当前的研究现状。1．2．1运动目标检测技术研究现状运动目标检测是指在视频序列中根据目标的运动特性将运动目标从背景中分割出来，运动目标检测的效果，直接影响着后期目标识别和目标跟踪的精度。主要的运动目标检测方法分为背景差分法、帧间差法和光流法【l6

7、。(1)背景差分法背景差分法【17】【18】【19】，即背景减除法，是一种将当前帧与背景模型做差分得到运动前景的方法。背景模型是不存在运动目标的静态场景，通过对多帧视频序

8、列进行学习建模得到。对于背景模型的建模方法，学者们进行了大量研究。H撕ta01u等人提出的w4【20】算法，利用最小、最大强度值和最大时间差分值对场景中的每一个像素进行建模，提取运动目标，用于室外环境下行人的跟踪。Stau虢r等【21]提出了一种自适应的混合高斯模型(GaussianMix骶Models，GMM)背景建模方法，，适用于复杂环境下的背景建模，减少了光照变化、树叶抖动等干扰对背景建模的不利影响。(2)帧间差法帧间差法【22】[231，类似于背景差分法，利用相邻帧之间的差分结果得到运动目标区域。帧间差法是一种较为简单、快速的运动目标检测

9、算法，被广泛应用于实时检测中。“pton等【24J最早提出采用相邻两帧之间的差值与阈值进行比较来检测运动目标，盛旭峰【25]等将最大类间方法和三帧法相结合运用到行人目标检测中，取得了不错的效果。(3)光流法光流是图像运动信息的描述，通常情况下，相机与运动目标生相对运动就会产生光流。自光流算法[26】【271于1980年提出以来，学者们对其不断研究和改进逐步应用于运动检测当中。Hom和ShuIlk㈣利用光流场的连续性检测运动目标，Lucas和Kanade[29】也提出的了一种经典的连续光流法，可以在背景信息不清楚的情况下检测出运动目标。但是光流法计

10、算复杂，难以实现实时计算。1．2．1人体检测技术研究现状人体检测是指对图像进行搜索或采用显著性特征初步得到感兴趣区域，再对区域中的目标进