基于视觉的目标跟踪技术概述

Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

基于视觉的目标跟踪技术概述　

于洪波　

（牡丹江大学黑龙江牡丹江１５７０１　１）　应用技术　

●Ｉ　

［摘要］本文首先对基于视觉的目标跟踪技术进行了概述，然后分别介绍了目标的表示方法、目标跟踪特征的选择和目标跟踪的算法，最后提出了目标跟　踪中存在的问题。本文为黑龙江省教育厅高职高专科学研究项目：“基于视觉的人体特征识别技术研究与应用”结题论文（项目批准编号：１２５２５１３７）。　

［关键词］目标跟踪，特征选择；跟踪算法　

中图分类号：ＴＰ３９１．４１　文献标识码：Ｂ　文章编号；１００９—９１４Ｘ（２０１５）０８—０２６５—０２　

Ｖｉｓｉｏｎ－Ｂａｓｅｄ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｏｖｅｒｖｉｅｗ　

Ｙｕ　Ｈｏｎｇｂｏ　

（Ｍｕｄａｎｊｉａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｍｕｄａｎｊｉａｎｇ，１５７０１１）　

［Ａｂｓｔｒａｃｔ］Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｖｉｓｉｏｎ－ｂａｓｅｄ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｒｅ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ｔｈｅ　ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｔａｒｇｅｔ，ｔｈｅ　

ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｃｓ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍｓ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｒｅ　

ｐｏｉｎｔｅｄ　ｏｕｔ．Ｔｈｉｓ　ａｒｔｉｃｌｅ　ａｌｓｏ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｌｕｄｉｎｇ　ｐａｐｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｒ　ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｌｌｅｇｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｐｒｏｊｅｃｔ　ｏｆ　ｅｄｕｃａｔｉｏｎ　ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｈｅｆｉｏｎ￣ｉａｎｇ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ：”Ｖｉｓｉｏｎ—Ｂａｓｅｄ　Ｈｕｍａｎ　Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ”　［Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ］ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｆｅａｔｕｒｅ　ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｔｒａｃｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　

１．绪论　

随着计算机技术和视频图像处理技术的飞速发展，基于视觉的目标跟踪技　

术日渐成为国内外各学者热衷研究的一门热点课题。目标跟踪过程是首先获得　

运动目标的位置、速度和轨迹等运动参数，然后通过对获得的参数进一步处理　

和分析，以获取运动目标从出现到消失过程中完整的运动轨迹。目标跟踪涉主　

要研究视频图像序列中运动目标的检测、提取、识别和跟踪等问题，涉及到机器　

视觉、图像处理和模式识别等多专业领域。由于基于视觉的目标跟踪技术有着　

广阔的应用前景，因此吸引了大批国内外研究学者参与研究，并已取得了很多　

成果。本文针对该技术的目标表示方法、特征选取、跟踪算法和目前存在的问题　几个方面进行概述分析。　

２，目标表示方法　

目标的表示方法是基于视觉的运动目标跟踪问题的基础。任何感兴趣的事　

物都可以作为跟踪目标，如街道上行走的路人或车辆、天空中飞翔的小鸟、海上　

行驶的轮船再或者是地面上爬行的蚂蚁等等都可以作为跟踪目标，目标跟踪在　

一些特定的场景和实际生活着非常重要的意义。目标通常可以由形状和外观来　

表示，下面我们将介绍两种常用的表示方法：基于目标形状的表示方法和基于　

目标形状与外观的表示方法【１１。　２．１基于目标形状的目标表示方法　

１）点表示法：目标通常由一个点或一系列点来表示，比如人体目标，可以由　

目标的一个中心点表示，也可以在目标身上设置一系列的点来表示。此种表示　

方法适用于跟踪目标无遮挡或者只有少部分遮挡的场景。　

２）目标的剪影和轮廓表示法：轮廓是指目标的边界，而目标轮廓的内部区　

域则称为目标的剪影。此种目标表示方法比较适合复杂的柔体形状的表示。　

３）基本几何形状表示法：目标由一个框定目标区域的形状表示，该目标区　

域形状通常是矩形或是椭圆形。由于在目标的运动过程中经常会发生形状上的　改变，因而此种表示方法比较适用于简单的刚体目标的表示。　

４滑架模型表示方式：由于骨架模型是通过中轴变换从目标轮廓提取，所　

以此种模型表示方式可以广泛地应用于铰接目标和刚体目标。　

５）铰接形状模型表示法：铰接目标是指有多个部分通过关节铰接在一起。　

比如人体就是一个铰接目标，通过关节将头、躯干和四肢等各个部分铰接在一　

起。目标模型的每一个部分可以由圆柱或椭圆表示，以表示一个完整的铰接目　

标，。　

２．２基于目标形状和外观的目标表示法　

随着跟踪技术的不断发展，近年来出现了很多将目标的形状与外形特征结　

合在一起的表示方法，下面介绍几种目标外观特征表示方法。　

１）模板表示法：模板通常用一些简单的形状或轮廓来表示。模板表示方法　

的优点是：既包含了目标的空间信息又包含了外形信息。缺点是不适用于多视　

点跟踪的场景。　

驯既率密度模型表示法：目标外形特征的概率密度估计既可以是有参数模　

型也可以是无参的密度估计。　

３）主动外观模型法：主动外观模型是对目标的外观和形状同时建模。　４）多视点外形模型法：多视点外形模型是对目标的不同视角进行编码，通　

过在给定的视点中提取不同的子空间来表示不同视点的目标［２］。　

目标表示在目标跟踪过程中有着非常重要的意义。到目前为止，目标表示　

还没有一个统一的表示方法，一般都是基于不同跟踪目标选择不同的表示方　

式。一个好的目标表示方法往往能决定跟踪的成败与跟踪的性能。　

３，特征选择　在对目标进行识别和跟踪时，主要是依靠检测目标的特征来识别或者跟　

踪，如果目标特征识别的好，有时甚至不需要对别的信息进行检测也可以完成　

跟踪。所以选择什么样的特征就显得尤为重要。一般认为良好的目标特征应该　

具有良好的区分眭、独立性、可靠性和数量少的特点。良好的区分性是指目标的　

特征相对于非目标物体的特征具有明显的差异，以便于特征的提取，独立性是　

指目标特征空间中的各特征值的独立的彼此之间是不相关的，可靠陛是指同类　

目标的特征值是相似的，因为特征数量与计算复杂度是成正比的，所以为了降　

低计算机复杂度通常需要构建特征空间以降低目标特征量的冗余信息，尽量用　

最少数量的信息来表示目标以降低计算复杂度。但是，若特征量太少，分辨率会　

大大降低。因此，需要全方面综合考虑做一个权衡。　

特征选择与目标表示方法有着密切的关系，比如说，颜色既可以作为目标　

的表示方法，同时也是目标特征选择所提取的，在诸如颜色、边缘、光流和纹理　

等目标跟踪特征中，其中颜色特征是跟踪中使用最广泛的特征。目前国内外很　

多模式识别界的研究人员都对特征的自动选取的研究极为关注。　

４．跟踪算法　．　

关于基于计算机视觉的目标跟踪算法的分类有很多种，通常我们将其分为　

四类，分别是基于目标区域的跟踪、基于目标特征的跟踪、基于目标变形模板的　

跟踪和基于目标模型的跟踪　。　

①基于目标特征的跟踪算法：基于目标特征的跟踪算法采用相关算法的　

原理，使用目标的某个或某些特征作为相关的对象。该算法的优点是：对于目标　

特征有遮挡或者由于光照、视角等原因对图像表象造成变化时，能表现出很好　

的鲁｛牵．陛，具有良好的跟踪效果。缺点是：如何选择合适的特征对特定的运动目　

标进行表示相对困难。　②基于目标区域的跟踪算法：该方法的基本思想是：首先对先验知识或图　

像进行分割以获取目标模板信息，然后再运用相关算法在序列图像中跟踪目　

标。此跟踪算法的优点是：算法简单，目标跟踪稳定，跟踪精度高　缺点是：算法　

要求目标不能有太大遮挡与形变，对于尺度或旋转等图像变形问题，模板匹配　

较困难或存在模板的飘逸问题；当搜索区域较大的情况下，时耗很大。　

③基于目标模型的跟踪算法：该算法的基本思想是：将目标的三维结构模　

型和运动模型与实际的跟踪场景相结合，得出目标的三维模型参数，进而确定　

目标的瞬时运动参数　该算法的优点是：可以可靠的跟踪运动状态发生变化的　

目标，并能精确地分析出运动目标的三维运动轨迹。主要缺点是：获得所有运动　

目标的精确几何模型和实现实时的运动目标跟踪较困难。　

④基于变形模板的跟踪算法：变形模板是指纹理或边缘可以按～定的限定　

条件变形的面板或曲线。其原理是：变形模板在内部弹性力和各种外部驱动力　

的作用下，能力逐渐减小逐渐接近于目标的轮廓，最终达到分割出运动目标的　

科技博览ｉ

　２６５　应用技术　

Ｉ■　Ｃｈｉｎａ　ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｒｅｖｉｅｗ　

数字电视机机顶盒技术探讨　

张大鹏冯锐　

（大连东方广视数字技术有限公司１１６０２３）　

［摘要］目前，数字电视机的普及范围逐渐扩大，主要是数字电视机的优势明显，其在信号传输、画面清晰度等方面都优于传统方式。数字电视机的发展力　度不断加强，同时也带动了机顶盒技术的发展，而机顶盒技术是数字电视机中不可缺少的组成部分，辅助数字电视机的应用。因此，本文以数字电视机为研究对象，　

着重分析机顶盒技术。　

【关键词］数字电视机；机顶盒技术；信号转化　中图分类号：ＴＮ９４９．１９７　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１５）０８—０２６６一ｏ１　

机顶盒是一项具有信号转化功能的设备，机顶盒技术可以按照数字电视机　

的需要实现信号转化，满足数字电视机的需求。机顶盒按照传输媒体的异同，可　

以大致分成三类，最终目的都是服务于数字电视机，体现机顶盒技术在数字电　

视机发展中的重要性，而机顶盒技术也确实发挥了显著作用，推进数字电视机　

的应用与发展。　

一，数字电视机机顶盒技术　

数字电视机机顶盒技术，可以分为两个部分，即：软件和硬件。机顶盒技术　

在软件与硬件的设计下，应用到数字电视机内，保障数字电视机的稳定性。分析　

数字电视机机顶盒技术，如下：　

１、软件设计　

机顶盒技术中的软件设计，协助数字化的信号转化，完成机顶盒到数字电　

视机的信号传输。机顶盒技术中的软件部分，实际与硬件存在明显的对应性，同　

样是硬件设计的基础。软件设计中采取编程的方式，提高了机顶盒技术的使用　

效率。机顶盒技术软件设计的构架较为复杂，其中包含诸多操作系统，各类操作　

系统都具有实时的特点，例如：　ｕｔｅ／Ｏｓ２０，在机顶盒中负责处理工作，达到　

高度集成的特点“】。按照机顶盒技术的性质，软件设计可以分为三个部分，分析　

如：（１）界面层，各层内容均独立存在，界面层软件根据各层的需求展示出不同的　

效果，包括视频、图像效果等，界面层对操作能力要求高，软件设计时应该注重　

控件的应用，保障界面层软件程序的整体性，（２）中间层，机顶盒技术此部分内的　

软件非常多，既包含机顶盒自带的开发软件，也包括后期植入的三方软件，每项　

软件都可实现独立运行，期间不会产生任何干扰，最终完成信号转化的任务。（３）　

文件系统层，其是机顶盒技术中的闪存系统，是以Ｆｌａｓｈ为主的存储层，保护机　

顶盒内的数据，防止数据丢失　

２、硬件设计　数字电视机机顶盒技术中的硬件设计可以分为两项内容，第一是信道解　

调、解码，解调数字电视机的信号，通过接收、转码的方式便于数字电视机识别，　

可以利用ＱＰＳＫ解调的方式，促使转化的信号能够经由卫星传递到电视机；第