运动目标跟踪系统的设计与实现

I华中科技大学硕士学位论文

摘 要

目标检测和跟踪有很多的应用领域，包括智能交通网、视频内容分析和目标行

为理解等。MMDTS（Mulitple Moving Object Detection and Tracking System）是我们

研究的一个对于多个运动目标检测和跟踪的系统。它采用混合高斯模型建立背景模

型，通过连通成分分析和前景区域上的角点检测分别获得团特征和角点特征，接着

采用一个多层次级别的跟踪策略来稳定的跟踪独立目标。最后，扩展的应用系统还

具备目标跟踪轨迹自动记录，人车流量统计，车辆逆向行驶警告等功能。

本文所做的研究工作主要有MMDTS系统的设计与实现，和在此基础上的三个

扩展应用功能的实现。MMDTS系统包括背景建模，特征提取，特征跟踪和预测模

型部分。特征提取和预测模型选用了较为常用和成熟的技术来实现，背景建模和特

征跟踪是本文研究的重点。在背景建模部分，本文在经典的混合高斯背景建模方法

的基础上，加入了光线矫正和HSV颜色空间中阴影去除的考虑。在特征跟踪部分，

本文设计了一个多层次级别的跟踪策略，分别在团特征、独立目标特征、角点特征

上的匹配跟踪。三层级别的跟踪信息彼此交互和利用，使得跟踪能够适应实际的各

种情况，具备真正意义的实际应用。

MMDTS已经在多个数据库上测试，在检测和跟踪目标上均有较好的表现，能

适应场景光线的变动，在目标与目标之间出现交叉时也依然能跟踪独立目标。然而

系统也有不足之处，例如对于首次出现就交叠在一起的几个独立目标，系统会将它

们作为一个整体跟踪直到它们分离。最后，扩展的应用系统还具备目标轨迹自动记

录，人车流量统计，车辆逆向行驶警告等功能。

关键词：混合高斯 阴影检测 目标检测 角点检测 目标跟踪

II华中科技大学硕士学位论文

Abstract

Object detection and tracking has many applications in some area, including

intelligent transport network, video content analysis and object behavior understanding.

MMDTS is our system to detect and track multiple moving objects. In our systrem, a

mixture gaussian is used to model the background. Then, blob features are grouped by

using connected component label method and corner features are obtained by corner

detection in the foreground. Finally, a multi-level feature tracking strategy is used to track

independent object stably. Also, our extended system has three applications, object

tracking recording, people and vehicle counting and vehicle reverse traveling warning.

This paper's main research work is to design and implement the MMDTS system and

three extended applications. MMDTS system is content of background model, feature

extraction, feature tracking and prediction model. We select common and mature

technology for the feature extraction and prediction model. Background model and feature

tracking are the focus of the paper. Based on Mixed Gaussian Model we have two

cosiderations, luminous correction and shadow removal in HSV color space to modeling

the background. In the feature tracking part, we design a multi-level tarcking straegy to

tracking independent object by matching blob feature, independent object feature and

corner feature. Three levels of tracking information are used interact with each other, and

it can adapt variety situations in practical. This means it has real application.

MMDTS has been tested in multiple databases, and it has well performance in both

detection and tracking objects. It can adapt luminous change and handle objects crossing.

However, the system also has some shortcomings, such as objects overlaped at first time

would be tracked as one independent object. Also, our extended system has three

applications, object tracking recording, people and vehicle counting and vehicle reverse

traveling warning.

Keyword: Mixture Gaussian Model Shadow Detection Object Detection Corner

Detection Object Tracking

独创性声明

本人声明所呈交的学位论文是我个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，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人

或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已

在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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日期： 年 月 日

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本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权

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阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。

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不保密󰂅。

（请在以上方框内打“√”）

学位论文作者签名： 指导教师签名：

日期： 年 月 日 日期： 年 月 日

1华中科技大学硕士学位论文

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

视频监控系统的发展经历了几代系统的发展。第一代的VCR监控系统，采用模

拟视频信息，视频数据存储于录像带；第二代的DVR监控系统，采用模拟视频数字

化，数据存储于电脑硬盘中；第三代的IP监控系统，采用完全数字化，基于TCP-IP

网络。[1][2]

商业和个人用途的视频监控系统不是近来才出现的[3]

，上世纪60年代，受限于

美国联邦法律，视频监控系统只是在银行使用。随后在70年代，视频监控被使用在

商业建筑、医院、24小时便利店、艺术馆和其它的一些商业领域，此时的视频监控

系统都只是简单的显示监控场景和保存数字视频。90年代，得益于视频技术的进步，

视频监控扩大了它的使用范围和功能，例如异常事件的及时发现、海量视频数据的

检索、全天候24小时的实时监控、多数据源的有效组织、视频内容分析和行为检测

[4]

。当今视频监控任务的繁复多样和减轻监控劳动力的要求，都促使了视频监控的智

能化发展潮流。

全球范围内的智能视频监控产品主要有[5]

：美国的Vident、Verint、ObjectVideo；

以色列的Mate、Ioimage；日本的NICE。在世界范围内的智能视频监控市场中，美

国及欧洲国家占据了35%-36%，其中美国的ObjectVideo占据了其中的90%，智能

监控的关键技术和核心算法仍然掌握在这些国家当中。与国外相比，国内的智能视

频监控市场还有很大的差距，目前基本上处于空白[2]

，一般的智能监控系统中提到的

“智能监控”实际上还停留在普通网络（IP）监控的基础上，智能化的程度、智能

系统中的关键技术与核心算法都很缺乏。

智能视频监控系统中的关键技术有：运动目标的检测、分类、跟踪、目标行为

分析和识别、检测异常事件的智能处理等。其中运动目标的检测与跟踪是智能视频

监控的基础，也是整个智能监控系统最重要的一部分[3]

。本研究“运动目标跟踪系统

的设计与实现”，参考了国外众多优秀智能视频监控系统，它们有VSAM、W4、Hydra