基于Kalman滤波器的红外标志点快速识别与跟踪
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第 ３ Ｏ卷 第 ４期
２ ０ １ ４年 ８月
德 州 学 院 学 报
Ｊｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｄｅ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ０。 Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ．， ２ ０ １ ４
基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 器 的 红 外标 志点 快 速 识别 与 跟 踪
在环 境 中始终 保 持唯一 性 ．
法 主 要有 以下 三 大类 ． １ ） 基 于颜 色 信 息 的跟 踪 方法 ． 此类 方 法 一般 利 用 跟 踪对 象所 穿 衣 服 的颜 色 、 皮 肤 。 或 人 脸 ， ５ ］
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４一 Ｏ ３ —２ ９
邢 巧 娜
（ 德 州 学 院 物 理 与 电子 信 息 学 院 ， 山 东 德州 ２ ５ ３ ０ ２ ３ ）
摘 要 ： 在军事上 ， 利 用 移 动 机 器 人 跟 踪 前 方 的 引导 员 ， 在 野 外 复 杂 环 境 中完 成 后 勤 运 输 与 救 援 任 务 有 重 要 的
作 者 简 介 ：邢 巧 娜 （ １ ９ ８ ６一 ） ， 女， 陕西榆林人 ， 助教 ， 硕士， 主 要 从 事 图像 处 理 研 究 ．
２ ８
德州 学 院学 报
第 ３ Ｏ卷
点识 别 的过程 ． 在保 证 红 外 标 志点 识 别 准 确性 的前
意义． 针对野外复杂 环境这个应用背景 ， 提 出了一个基 于红外标志点的视觉跟踪 系统 ， 该 系统有 效的解决 了传统 的
视 觉 跟 踪 方 法 受 周 围环 境 影 响 而 不 能 够 准 确 的识 别 跟 踪 对 象 的 缺 陷 ； 针 对 传 统 的 标 志 点 识 别 采 用 全 局 搜 索 的 方 法 计算量 大、 实时性差 的缺陷 ， 提 出 了 一 种 基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 器 预 测 的红 外 标 志 点 的 识 别 方 法 ， 该 方 法 较 传 统 的 标 志
点识别方法识 别速度提高 了 ９ ３ ． 关键 词 ： 红 外 标 志 点 ；Ｋ ａ ｌ ｍቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ滤 波 器 ；标 志 点 识 别 中 图分 类 号 ： ＴＰ ３ ９ １ ． ４ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ —９ ４ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４— ０ ０ ２ ５ —０ ８
等 的颜色 信息 进行 跟踪 ． 但 是在 野外 复杂 环境 下 ， 随
引言
在 野外 复杂 环 境下 运输 机器 人 通过 跟踪 前 方 的 引导 员将 军 队后 勤保 障 物 资顺利 送 达运 输 目的 地在
军事 上 有着 重要 的 意义．实 现 移 动 机器 人对 引导 员
着 时间和 地 点不 断变化 的光 照将 导致 以上基 于颜 色 信息 对跟 踪 目标 的识别 很容 易失 败． ２ ） 基 于人 体 轮廓 特征 的跟 踪 方法 ． 文献［ ６ － Ｉ 中， 利用 跟踪 目标 的轮 廓 建 立 模 板 ， 然 后 利 用 图 像 序列 中检 测到 的轮 廓信 息 与 已近 建立 好 的轮廓 模板 进行 匹配 ， 从 而识别 出跟 踪 目标． 但是 ， 在 野 外 复 杂 环境 下， 光 照及 背景 随着 时 间和 地点在 不 断 的变化 ， 这将 很 容 易导 致轮 廓缺 失 或 变 形 ， 使 得 识 别 的 准 确性 降
低．
跟踪 的方法 有多 种 ， 但 由于 视 觉 传 感 器 定 位 准 确 性
高、 适 合 本文 ３ ～５ ｍ 量程范 围、 成本 适 中， 所 以 本
文选 择视 觉 传感 器 对 引 导 员 进 行 跟 踪 定 位． 但 由于 传 统 的视 觉跟 踪 方法 存在 受 光照 和 背景 变化 影 响较 大 的缺 陷 ， 本 文 提 出一 种 基 于 红 外 标 志 点 的视 觉 跟
２ 红 外标 志 点 跟 踪 系统
２ ． １ 红 外标 志点 跟踪 系统 的选择 目前 ， 基 于移 动机 器 人对 行人 的视 觉 跟 踪 的 方
的工 作 ； 另 一方 面解 决 了人 体 红外 成 像 跟 踪 方 法受 其他 人 干扰 的缺 陷 ， 在 野 外 复 杂 环境 下 用 红 外 标 志 点 的红外 特征 取 代人 体 的红 外 特 征 ， 使 得 跟 踪 目标
踪 系 统．
３ ） 基于红外成像 的跟踪方法Ｌ ７ ］ ． 利 用 人 体 与 周 围环 境 辐射 能量 的差 异 ， 通 过 红 外 成像 将 人 体 与 周 围环 境 区分 开来 ， 从 而达 到识别 与 跟踪 的 目的． 这 种 方法 不受 光 照与 复 杂 环 境 变 化 的影 响 ， 但 是 如 果
视 野 中 同时 出现两 个 或 者 两个 以 上 的人 ， 由 于不 同
针对 传 统 的标 志点识 别 方法 采 用全 局搜 索 的识
别 方 法不 仅计 算 量大 、 实 时性 差 ， 而且 系统 的抗干 扰
能力 也较 弱 的 缺 陷 ， 本 文 提 出 了一 种 基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ 滤波 预测 的红 外 标 志 点 的快 速识 别 方 法 ， 通 过 该 方 法来 提 高跟踪 系 统 的实 时性 和在 复 杂环境 下 的抗 干
扰 能 力．
人 体所 成 的红外 图像 没 有 太 大差 异 ， 这将 导 致 不 能 准确识 别 跟踪对 象 ．
针 对 以上传 统 的视觉 跟踪 方法 受 光照 和背 景变 化 影 响较 大 的缺 陷 ， 本 文 提 出一 种 基 于红 外 标 志 点 的视觉 跟踪 系统 ． 所 提 出 的跟 踪 系 统一 方 面 利 用 了 红 外成 像跟 踪方 法 的优 势 ， 不 受 光 照 和复 杂 环 境 的 变 化对 跟踪 目标 识 别 准确 性 的影 响 ， 且 可 以全 天 候
２ ０ １ ４年 ８月
德 州 学 院 学 报
Ｊｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｄｅ ｚ ｈ ｏ ｕ Ｕｎｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ
Ｖｏ １ ． ３ ０。 Ｎｏ ． ４
Ａｕ ｇ ．， ２ ０ １ ４
基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 器 的 红 外标 志点 快 速 识别 与 跟 踪
在环 境 中始终 保 持唯一 性 ．
法 主 要有 以下 三 大类 ． １ ） 基 于颜 色 信 息 的跟 踪 方法 ． 此类 方 法 一般 利 用 跟 踪对 象所 穿 衣 服 的颜 色 、 皮 肤 。 或 人 脸 ， ５ ］
收 稿 日期 ：２ ０ １ ４一 Ｏ ３ —２ ９
邢 巧 娜
（ 德 州 学 院 物 理 与 电子 信 息 学 院 ， 山 东 德州 ２ ５ ３ ０ ２ ３ ）
摘 要 ： 在军事上 ， 利 用 移 动 机 器 人 跟 踪 前 方 的 引导 员 ， 在 野 外 复 杂 环 境 中完 成 后 勤 运 输 与 救 援 任 务 有 重 要 的
作 者 简 介 ：邢 巧 娜 （ １ ９ ８ ６一 ） ， 女， 陕西榆林人 ， 助教 ， 硕士， 主 要 从 事 图像 处 理 研 究 ．
２ ８
德州 学 院学 报
第 ３ Ｏ卷
点识 别 的过程 ． 在保 证 红 外 标 志点 识 别 准 确性 的前
意义． 针对野外复杂 环境这个应用背景 ， 提 出了一个基 于红外标志点的视觉跟踪 系统 ， 该 系统有 效的解决 了传统 的
视 觉 跟 踪 方 法 受 周 围环 境 影 响 而 不 能 够 准 确 的识 别 跟 踪 对 象 的 缺 陷 ； 针 对 传 统 的 标 志 点 识 别 采 用 全 局 搜 索 的 方 法 计算量 大、 实时性差 的缺陷 ， 提 出 了 一 种 基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 器 预 测 的红 外 标 志 点 的 识 别 方 法 ， 该 方 法 较 传 统 的 标 志
点识别方法识 别速度提高 了 ９ ３ ． 关键 词 ： 红 外 标 志 点 ；Ｋ ａ ｌ ｍቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｎ滤 波 器 ；标 志 点 识 别 中 图分 类 号 ： ＴＰ ３ ９ １ ． ４ １ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ４ —９ ４ ４ ４ （ ２ ０ １ ４ ） ０ ４— ０ ０ ２ ５ —０ ８
等 的颜色 信息 进行 跟踪 ． 但 是在 野外 复杂 环境 下 ， 随
引言
在 野外 复杂 环 境下 运输 机器 人 通过 跟踪 前 方 的 引导 员将 军 队后 勤保 障 物 资顺利 送 达运 输 目的 地在
军事 上 有着 重要 的 意义．实 现 移 动 机器 人对 引导 员
着 时间和 地 点不 断变化 的光 照将 导致 以上基 于颜 色 信息 对跟 踪 目标 的识别 很容 易失 败． ２ ） 基 于人 体 轮廓 特征 的跟 踪 方法 ． 文献［ ６ － Ｉ 中， 利用 跟踪 目标 的轮 廓 建 立 模 板 ， 然 后 利 用 图 像 序列 中检 测到 的轮 廓信 息 与 已近 建立 好 的轮廓 模板 进行 匹配 ， 从 而识别 出跟 踪 目标． 但是 ， 在 野 外 复 杂 环境 下， 光 照及 背景 随着 时 间和 地点在 不 断 的变化 ， 这将 很 容 易导 致轮 廓缺 失 或 变 形 ， 使 得 识 别 的 准 确性 降
低．
跟踪 的方法 有多 种 ， 但 由于 视 觉 传 感 器 定 位 准 确 性
高、 适 合 本文 ３ ～５ ｍ 量程范 围、 成本 适 中， 所 以 本
文选 择视 觉 传感 器 对 引 导 员 进 行 跟 踪 定 位． 但 由于 传 统 的视 觉跟 踪 方法 存在 受 光照 和 背景 变化 影 响较 大 的缺 陷 ， 本 文 提 出一 种 基 于 红 外 标 志 点 的视 觉 跟
２ 红 外标 志 点 跟 踪 系统
２ ． １ 红 外标 志点 跟踪 系统 的选择 目前 ， 基 于移 动机 器 人对 行人 的视 觉 跟 踪 的 方
的工 作 ； 另 一方 面解 决 了人 体 红外 成 像 跟 踪 方 法受 其他 人 干扰 的缺 陷 ， 在 野 外 复 杂 环境 下 用 红 外 标 志 点 的红外 特征 取 代人 体 的红 外 特 征 ， 使 得 跟 踪 目标
踪 系 统．
３ ） 基于红外成像 的跟踪方法Ｌ ７ ］ ． 利 用 人 体 与 周 围环 境 辐射 能量 的差 异 ， 通 过 红 外 成像 将 人 体 与 周 围环 境 区分 开来 ， 从 而达 到识别 与 跟踪 的 目的． 这 种 方法 不受 光 照与 复 杂 环 境 变 化 的影 响 ， 但 是 如 果
视 野 中 同时 出现两 个 或 者 两个 以 上 的人 ， 由 于不 同
针对 传 统 的标 志点识 别 方法 采 用全 局搜 索 的识
别 方 法不 仅计 算 量大 、 实 时性 差 ， 而且 系统 的抗干 扰
能力 也较 弱 的 缺 陷 ， 本 文 提 出 了一 种 基 于 Ｋａ ｌ ｍａ ｎ 滤波 预测 的红 外 标 志 点 的快 速识 别 方 法 ， 通 过 该 方 法来 提 高跟踪 系 统 的实 时性 和在 复 杂环境 下 的抗 干
扰 能 力．
人 体所 成 的红外 图像 没 有 太 大差 异 ， 这将 导 致 不 能 准确识 别 跟踪对 象 ．
针 对 以上传 统 的视觉 跟踪 方法 受 光照 和背 景变 化 影 响较 大 的缺 陷 ， 本 文 提 出一 种 基 于红 外 标 志 点 的视觉 跟踪 系统 ． 所 提 出 的跟 踪 系 统一 方 面 利 用 了 红 外成 像跟 踪方 法 的优 势 ， 不 受 光 照 和复 杂 环 境 的 变 化对 跟踪 目标 识 别 准确 性 的影 响 ， 且 可 以全 天 候
