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视频监控系统中的多目标检测与跟踪技术研究

作　者: 张星星
导　师: 黎宁
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 多目标检测跟踪帧差法均值漂移算法粒子滤波卡尔曼滤波视频处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

在智能视频监控系统中,运动目标尤其是多个运动目标的检测跟踪技术是比较关键的技术,在军事和民用中都有着广泛的应用。这两项技术也是视频场景分析、行为理解等各种后续处理的基础。运动目标检测是把感兴趣的运动物体从背景中提取出来。当背景比较简单且影响较小时,我们可以快速提取目标;但是当背景发生细微抖动时,有效的检测就变得复杂很多。在第二章中提出了改进的三帧差分法,结合形态学滤波与连通域检测等多项技术,最终实现多个运动目标的检测。在计算机视觉跟踪领域,Mean-Shift算法是一个很好的算法。该算法实时性好,对目标的遮挡、旋转、变形等鲁棒性强,因此受到了众多研究者的关注,并已经成功地应用到许多视频跟踪系统中。但是Mean-Shift算法本身没有实现模版更新,传统算法仅仅依靠初始化选择特征,可能导致后期跟踪的失败。第三章提出了一种相似度判断与Kalman滤波预测相结合的方法对目标模板进行实时的更新,在保证算法实时性的同时,鲁棒性也更好。当跟踪目标发生完全遮挡时,通过结合Kalman滤波预测来实现目标的准确跟踪,并减少了算法的迭代次数。第四章介绍了另外一种非常重要的目标跟踪算法:粒子滤波。针对多目标跟踪中的难点,本文提出了基于HSV核直方图的粒子滤波跟踪算法,并采用了一种基于非均匀样本的重采样算法。粒子滤波算法的最大缺点就是实时性不强,新的算法在不增加算法复杂度的基础上,充分利用跟踪过程中粒子的状态值实现粒子的重采样,使粒子表示状态更加合理。实验结果证明,算法能够比较理想地实现对多目标跟踪中目标遮挡交叉问题的处理。在第五章,我们把目标跟踪技术运用到军事目标精确打击系统中。在利用航拍图像进行地面目标锁定跟踪的基础上,获得目标的准确位置,实现军事目标的精确打击。最后,对本文所做的工作做了总结和展望。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
图目录  9-10
表目录  10-11
第一章绪论  11-16
  1.1 引言  11
  1.2 多目标检测跟踪技术  11-14
    1.2.1 多目标检测与跟踪的发展  12
    1.2.2 多目标检测跟踪的研究现状  12-13
    1.2.3 存在的问题  13-14
  1.3 本文的研究内容与安排  14-16
第二章运动目标检测  16-25
  2.1 引言  16
  2.2 常用的目标检测方法  16-18
    2.2.1 帧间差分法  16-17
    2.2.2 背景差分法  17
    2.2.3 光流法  17-18
  2.3 改进的帧差法  18-21
    2.3.1 三帧差分法  18
    2.3.2 形态学滤波处理  18-19
    2.3.3 自适应阈值的连通域检测  19-20
    2.3.4 目标分割及坐标计算  20-21
  2.4 实验结果与分析  21-24
  2.5 本章小结  24-25
第三章基于均值漂移技术和卡尔曼滤波的运动目标跟踪  25-49
  3.1 引言  25-26
  3.2 非参数密度估计理论  26-31
    3.2.1 非参数密度估计  28
    3.2.2 直方图密度估计  28-29
    3.2.3 核密度估计  29-31
  3.3 均值漂移技术在目标跟踪中的应用  31-38
    3.3.1 均值漂移向量  31-33
    3.3.2 均值漂移跟踪算法  33-36
    3.3.3 Mean-Shift 算法中的模板更新  36-37
    3.3.4 实验结果与分析  37-38
  3.4 Kalman 滤波在目标跟踪中的应用  38-47
    3.4.1 卡尔曼滤波理论  39-40
    3.4.2 跟踪系统模型  40-42
    3.4.3 遮挡问题处理  42-43
    3.4.4 Mean-Shift 算法改进  43-44
    3.4.5 实验结果与分析  44-47
  3.5 本章小结  47-49
第四章基于粒子滤波的多目标跟踪  49-67
  4.1 引言  49
  4.2 贝叶斯滤波  49-50
  4.3 粒子滤波器原理  50-54
    4.3.1 序列重要性采样(SIS)  51-52
    4.3.2 重采样算法  52-53
    4.3.3 粒子滤波器实现步骤  53-54
  4.4 基于HSV 核直方图的粒子滤波跟踪算法  54-65
    4.4.1 系统运动模型  55-56
    4.4.2 目标的建立与粒子的产生  56-57
    4.4.3 系统观测模型与粒子的更新  57-59
    4.4.4 基于非均匀样本的重采样算法  59-61
    4.4.5 跟踪算法流程  61
    4.4.6 实验结果及分析  61-65
  4.5 粒子滤波算法与均值漂移技术的比较  65-66
  4.6 本章小结  66-67
第五章目标跟踪技术在军事目标精确打击中的应用  67-72
  5.1 引言  67
  5.2 军事目标精确打击系统  67-68
    5.2.1 系统的构成  67-68
    5.2.2 系统模块介绍  68
    5.2.3 系统的优点  68
  5.3 软件实现及处理结果  68-71
    5.3.1 军事目标精确打击系统软件主界面  69
    5.3.2 地面目标锁定跟踪结果  69-71
  5.4 本章小结  71-72
第六章总结与展望  72-74
  6.1 总结  72
  6.2 展望  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
在学期间的研究成果及发表的学术论文  79

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