视频中运动目标跟踪仿真研究
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标跟 踪 的 未来 发展 方 向 。
关键词 ： 背景减差法 边缘梯度法 目标检 测与跟 踪 中图分类号 ： Ｐ Ｔ １ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ４ ０ ８ （ Ｏ ８ ０ （） ０ ４ ０ １ ７ － ９ ｘ ２ ０ ） １ｃ一 １ － ２ ６ ７
②形态学 处理 ： 形态学 处理包括 腐蚀与膨 胀 ， Ｉ分别 用于去除 孤立 的噪声前 景点和 填补 目标 区域 的４ ７ 。 ，Ｌ ③边缘 梯 度法求主 轴 运动 目标 的静态特征 ， 包括运动物 体 中心 位置 、外接矩形 框的大小 、面积 、运动方 向等 等 。在 许多情 况下 ， 要求得 运动 目标 的主轴 需 方 向。 主轴 方向体 现 了运 动 目标在视 频 中的 朝 向 ， 及 目标 的形 状分 布 。主轴定 义 如下 ： 以 如果 运动 目标 区域 内的 点到 一 条直线 的垂 直 距离 的 平方 和最 小 ， 直 线为 主轴 的 最优 表 该 示 。如果 重心 定义 为 区域 内所有 的点 的坐 标 的均 值 ， 则容 易证 明主 轴 必然 经过 区域 的 重 心 。为此 若要求得 主轴需要 找到主轴 的方 向。 在这 里 ， 出 了一 种新的算 法来求得 主轴 提 方 向 ： 缘梯 度法 。具体 算法 如下 ： 边 先进行 边 缘 检测 。 于运动 目 边缘上的每 一点【 Ｘ ， 对 标 ｙ，】 设 定一 个正方 形窗 １， ： 以该 点为 中心 ， ３ 取一 个 阈值 ｔ ｒｓ ｏｄ ｗｉｄ ｗ ， ｈ ｅｈ ｌ ｎ ｏ 使窗 口边长等于 阈 值 。然 后对 窗 口中所包 含的所 有边 缘上 的 点 进 行直线 拟合（ ｏｙｌ ） ｐ ｌ ｉ 。所求得 的直线斜 率 Ｐ ｔ ２运动目 标检测 步骤 ： 为 该 点的 梯 度 。求 得每 个 点的 梯 度 ， 后 求 然 ２ １ 背景模型建立 ． ①背景 消减 ： 在摄 像头 固定的 情况 下 ， 背 取边 缘梯 度的直方 图 ， 直方 图上峰 值位置 作 取 摄像 机静止 条件下 ， 图像序 列中的 运动 对 目标 进行 实时检 测 最常 用的 一种 方法 就是 背 景消 减法 是常 用 的运 动 目标 检 测方 法 。其 基 为 该 目标 当前 帧的 运 动 方 向。 景消减 （ ｃ ｇ ｏ ｎ ｕ ｔａ ｔｏ ） Ｂａ ｋ ｒ ｕ ｄ Ｓ ｂ ｒ ｃｉ ｎ 。这 种算 本思 想是 将 当前 帧图像 与事 先 存储 或者 实时 若差分 图像 中象素值大 ３滤波方法 目标跟踪 法需 要估 计 出一 个 不带 有运 动 目标 的 背景 模 得到的 背景 图像 相减 ， 干某 一 闽 值 ， 判此 象 素 点属 于 运动 目标 区 则 运 动 目标 跟 踪的 目的就 是通过 对 图像 序 型 ， 过计算 当前图像帧和 该背景 模型的差 别 通 否 就 计算 出 目标在每 一帧 图像 上的位 来确 定运 动 目 的 位置 ［。 目前 普遍 采 用的 域 ， 则 ， 判此象 素点 属于背 景 区域 。背景 列进 行分析 ， 标 ２ ｉ 前景 点的灰度值都 取值为 ０背景 置 ， 出 目 速度 的估计 。可靠性和 精度是跟 ， 方法是对 图像帧 中每 一个 点 ， 用一 个统计 模型 消减的结果 ， 给 标 ５。 来描述 其亮度 （ 色） 颜 的概 率分布 ， 在实际 中使 点灰度值 取值 为 ２ ５ 踪 过程 的两 个 重要 指标 ｉ 运动 目标 检测 。在
摘 要： 运动 目标的检 测与分 割在 计算机视 觉 系统中 ， 一个 非常重要 的 问题 。本文 对视频 中 目标跟 踪的不 同方法进行 了仿真研 究 。通 是 过 Ｍａ ｌｂ程 序来获取视 频， 用背景减 差法来检测 出运 动 目标 ， 了得 到 目标的主轴 方向 ， 出 了边 缘梯度 法。实验证 明， ｔａ 使 为 提 该方法效果 明 显 。使 用 Ｅ ＫＦ和 Ｕ ＫＦ来 对 目标 进 行 跟 踪 。 将跟 踪 结 果 和 目标 检 测 结 果 进 行 了比 较 ， 明 了不 同滤 波 跟 踪 方 法 的 效 用 。 同时 ， 展 望 了 目 说 也
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业 Ｑ：
Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ａｎ ｄ Ｔｅｃ ｈｎＯ Ｏｇｙ ｎ Ｊ Ｊ ｎｏｖａｔｏｎ ｉ Ｈｅｒ ｄ动 目标跟踪仿真研 究
章方华 蒋爱平 （ 华东理工大学信 息学院 上海 ２ ０ ３ ） ０ ２ ７
１引言
在计算机 视觉 系统 中 ， 运动 目 的检测 与 标 分 割是 一 个非 常 重要 的 问题 ， 用 于视 频 监 应 视 、交 通 监 测 、 图像 压 缩 等 许 多方 面 。 在 进行 运动检测 时 ， 见的一种 情况是摄 像机处 常 于静 止状态 ， 并且镜头 的焦距 是固定的 ， 此时 ， 图像 中的 背景区域 固定 不动０。在 本文 中 ， ‘ １ 为 了便 于得 到物体 的运动 模型 ， 通过 Ｍａ ｌ ｂ 将 ｔａ 程 序来获 取 一段 视频 。先 根据 预定 的轨 迹 画 出物体 运动每一幅 图像 ， 通过 相应 函数 可以将 图像 合并成所需要 的视频 。在视 频 中， 可以认 为摄 像 头 处于 静止 的 状态 ， 景 区域 固定 不 背 动 。通 过背景减 差法来对 运动 目 进行检 测 。 标 在提 取出运动 目 主轴方 向时 ， 出了边缘梯 标 提 度法 。 目标 检测 的结果 作 为两 种滤 波跟 踪方 法（ ＫＦ ＵＫＦ 的观 测输入进 行 目标跟 踪 。通 Ｅ ， ） 过滤波跟 踪的结果 及 目标 检测的结果 的 比较 ， 说 明 了滤 波跟踪 的 作用 及不 同滤 波方 法进 行 跟踪结 果的 差异 。
关键词 ： 背景减差法 边缘梯度法 目标检 测与跟 踪 中图分类号 ： Ｐ Ｔ １ ３ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ４ ０ ８ （ Ｏ ８ ０ （） ０ ４ ０ １ ７ － ９ ｘ ２ ０ ） １ｃ一 １ － ２ ６ ７
②形态学 处理 ： 形态学 处理包括 腐蚀与膨 胀 ， Ｉ分别 用于去除 孤立 的噪声前 景点和 填补 目标 区域 的４ ７ 。 ，Ｌ ③边缘 梯 度法求主 轴 运动 目标 的静态特征 ， 包括运动物 体 中心 位置 、外接矩形 框的大小 、面积 、运动方 向等 等 。在 许多情 况下 ， 要求得 运动 目标 的主轴 需 方 向。 主轴 方向体 现 了运 动 目标在视 频 中的 朝 向 ， 及 目标 的形 状分 布 。主轴定 义 如下 ： 以 如果 运动 目标 区域 内的 点到 一 条直线 的垂 直 距离 的 平方 和最 小 ， 直 线为 主轴 的 最优 表 该 示 。如果 重心 定义 为 区域 内所有 的点 的坐 标 的均 值 ， 则容 易证 明主 轴 必然 经过 区域 的 重 心 。为此 若要求得 主轴需要 找到主轴 的方 向。 在这 里 ， 出 了一 种新的算 法来求得 主轴 提 方 向 ： 缘梯 度法 。具体 算法 如下 ： 边 先进行 边 缘 检测 。 于运动 目 边缘上的每 一点【 Ｘ ， 对 标 ｙ，】 设 定一 个正方 形窗 １， ： 以该 点为 中心 ， ３ 取一 个 阈值 ｔ ｒｓ ｏｄ ｗｉｄ ｗ ， ｈ ｅｈ ｌ ｎ ｏ 使窗 口边长等于 阈 值 。然 后对 窗 口中所包 含的所 有边 缘上 的 点 进 行直线 拟合（ ｏｙｌ ） ｐ ｌ ｉ 。所求得 的直线斜 率 Ｐ ｔ ２运动目 标检测 步骤 ： 为 该 点的 梯 度 。求 得每 个 点的 梯 度 ， 后 求 然 ２ １ 背景模型建立 ． ①背景 消减 ： 在摄 像头 固定的 情况 下 ， 背 取边 缘梯 度的直方 图 ， 直方 图上峰 值位置 作 取 摄像 机静止 条件下 ， 图像序 列中的 运动 对 目标 进行 实时检 测 最常 用的 一种 方法 就是 背 景消 减法 是常 用 的运 动 目标 检 测方 法 。其 基 为 该 目标 当前 帧的 运 动 方 向。 景消减 （ ｃ ｇ ｏ ｎ ｕ ｔａ ｔｏ ） Ｂａ ｋ ｒ ｕ ｄ Ｓ ｂ ｒ ｃｉ ｎ 。这 种算 本思 想是 将 当前 帧图像 与事 先 存储 或者 实时 若差分 图像 中象素值大 ３滤波方法 目标跟踪 法需 要估 计 出一 个 不带 有运 动 目标 的 背景 模 得到的 背景 图像 相减 ， 干某 一 闽 值 ， 判此 象 素 点属 于 运动 目标 区 则 运 动 目标 跟 踪的 目的就 是通过 对 图像 序 型 ， 过计算 当前图像帧和 该背景 模型的差 别 通 否 就 计算 出 目标在每 一帧 图像 上的位 来确 定运 动 目 的 位置 ［。 目前 普遍 采 用的 域 ， 则 ， 判此象 素点 属于背 景 区域 。背景 列进 行分析 ， 标 ２ ｉ 前景 点的灰度值都 取值为 ０背景 置 ， 出 目 速度 的估计 。可靠性和 精度是跟 ， 方法是对 图像帧 中每 一个 点 ， 用一 个统计 模型 消减的结果 ， 给 标 ５。 来描述 其亮度 （ 色） 颜 的概 率分布 ， 在实际 中使 点灰度值 取值 为 ２ ５ 踪 过程 的两 个 重要 指标 ｉ 运动 目标 检测 。在
摘 要： 运动 目标的检 测与分 割在 计算机视 觉 系统中 ， 一个 非常重要 的 问题 。本文 对视频 中 目标跟 踪的不 同方法进行 了仿真研 究 。通 是 过 Ｍａ ｌｂ程 序来获取视 频， 用背景减 差法来检测 出运 动 目标 ， 了得 到 目标的主轴 方向 ， 出 了边 缘梯度 法。实验证 明， ｔａ 使 为 提 该方法效果 明 显 。使 用 Ｅ ＫＦ和 Ｕ ＫＦ来 对 目标 进 行 跟 踪 。 将跟 踪 结 果 和 目标 检 测 结 果 进 行 了比 较 ， 明 了不 同滤 波 跟 踪 方 法 的 效 用 。 同时 ， 展 望 了 目 说 也
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业 Ｑ：
Ｓｃｉ ｅｎｃｅ ａｎ ｄ Ｔｅｃ ｈｎＯ Ｏｇｙ ｎ Ｊ Ｊ ｎｏｖａｔｏｎ ｉ Ｈｅｒ ｄ动 目标跟踪仿真研 究
章方华 蒋爱平 （ 华东理工大学信 息学院 上海 ２ ０ ３ ） ０ ２ ７
１引言
在计算机 视觉 系统 中 ， 运动 目 的检测 与 标 分 割是 一 个非 常 重要 的 问题 ， 用 于视 频 监 应 视 、交 通 监 测 、 图像 压 缩 等 许 多方 面 。 在 进行 运动检测 时 ， 见的一种 情况是摄 像机处 常 于静 止状态 ， 并且镜头 的焦距 是固定的 ， 此时 ， 图像 中的 背景区域 固定 不动０。在 本文 中 ， ‘ １ 为 了便 于得 到物体 的运动 模型 ， 通过 Ｍａ ｌ ｂ 将 ｔａ 程 序来获 取 一段 视频 。先 根据 预定 的轨 迹 画 出物体 运动每一幅 图像 ， 通过 相应 函数 可以将 图像 合并成所需要 的视频 。在视 频 中， 可以认 为摄 像 头 处于 静止 的 状态 ， 景 区域 固定 不 背 动 。通 过背景减 差法来对 运动 目 进行检 测 。 标 在提 取出运动 目 主轴方 向时 ， 出了边缘梯 标 提 度法 。 目标 检测 的结果 作 为两 种滤 波跟 踪方 法（ ＫＦ ＵＫＦ 的观 测输入进 行 目标跟 踪 。通 Ｅ ， ） 过滤波跟 踪的结果 及 目标 检测的结果 的 比较 ， 说 明 了滤 波跟踪 的 作用 及不 同滤 波方 法进 行 跟踪结 果的 差异 。
