运动目标的跟踪与识别算法研究

【摘要】近些年来，随着电子技术的快速发展，数字视频处理逐渐成为计算机视觉领域中的研究热点。运动目标的跟踪与识别技术是视频处理中重要的研究课题，也是众多视觉应用的基础技术。它首先从监控视频中检测出运动目标，然后根据相应的算法对其进行实时跟踪，最后再对目标的种类和行为做出识别判断。运动目标跟踪与识别系统的性能好坏直接决定了后续应用的准确性和可靠性。本文的主要工作内容是研究基于视频监控的运动目标跟踪与识别算法，它包含三个方面，分别是运动目标的检测、跟踪与分类识别。在目标的检测过程中，本文融合了对称差分和混合高斯背景模型算法，实现了目标的准确检测与提取；在跟踪方面，通过对传统Camshift方法的研究，提出了两种改进算法，使跟踪具有更好的鲁棒性和可靠性；在运动目标的识别中，本文采用的是支持向量机原理，通过提取目标的特征向量，对视频中运动的行人和车辆进行分类识别。运动目标的检测研究：首先，对检测的基本流程进行了系统的介绍，它包括图像的预处理、检测运算、差分图像的二值化处理以及数学形态学处理。其次，研究了帧间差分法、背景消除法、光流法等经典检测方法，并在此基础上提出了一种融合对称差分和混合高斯模型的算法，通过对三帧差法和混合高斯模型得到的二值图像进行相或运算，实现目标的准确检测与提取。运动目标的跟踪研究：讨论了Mean-shift(均值偏移)的基本原理以及Camshift目标跟踪算法。由于传统的Camshift仅提取目标的颜色特征，对光照及周围环境因素比较敏感，因此当目标运动的太快或者目标与背景的色度分量相近时，容易发生目标丢失、跟踪失败的现象。针对以上这两个问题，本文分别提出了基于Kalman滤波的Camshift跟踪算法和基于SURF的Camshift跟踪算法进行改进：当目标运动速度快时，在Camshift跟踪的基础上加入Kalman滤波，对目标的质心位置进行预测估计；当目标颜色与背景颜色相近时，我们引入SURF算法对前后两帧的运动目标进行特征点匹配，重新确定目标位置，从而实现准确持续的跟踪。通过对传统算法和改进算法进行对比实验可知，改进的Camshift算法可以在传统算法跟踪失败的情况下准确跟踪目标，提高了整个跟踪系统的鲁棒性和有效性。运动目标的识别研究：讨论了支持向量机(SVM)的基本原理、特点以及基于SVM的分类识别方法。本文通过提取运动目标的四维形状特征向量，利用支持向量机分类器对对视频中的行人和车辆进行分类识别。通过实验可知，人、车两类样本的分类准确率达到95%，实验结果表明支持向量机是一种有效的分类识别方法，它在众多的训练样本中找到类与类之间的支持向量，确定最优超平面，最终将两类样本分离开。
【作者】孟祥怡；
【导师】王学军；
【作者基本信息】吉林大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】运动目标跟踪；运动目标识别；Camshift；SURF；支持向量机；

【参考文献】
[1]陈涛.基于取向碳纳米管纤维的新型太阳能电池[D].复旦大学,2012.
[2]张禹良.山东LS公司网上支付项目的可行性及管理控制研究[D].新疆大学,工商管理,2013,硕士.
[3]巴鑫.Cu_2O/Cu薄膜电极的电化学沉积法制备及电催化还原CO_2的研究[D].华中师范大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[4]邱文君.干旱对西南地区植被净初级生产力的影响研究[D].山东师范大学,地图学与地理信息系统,2013,硕士.
[5]刘峰.实物资本、专利制度、研发成本与宏观经济增长[D].浙江工商大学,产业经济学,2014,硕士.
[6]杨玲亭.基于Helmholtz原理的中文新词识别[D].内蒙古大学,计算机科学与技术,2014,硕士.
[7]李奶花.PCOS引起排卵障碍不孕的中西医结合治疗方法临床研究[D].云南中医学院,中西医结合临床（专业学位）,2012,硕士.
[8]贺迟.超高速传输系统的传输特性研究[D].北京交通大学,通信与信息系统,2013,硕士.
[9]刘传慧.基于STEP中性文件的产品数据信息提取的研究[D].苏州大学,2003.
[10]戴舒红.羧甲基魔芋葡甘聚糖的分子特性及其与大豆分离蛋白复合膜特性的研究[D].湖北工业大学,食品科学,2013,硕士.
[11]牛文勇,王君,李建平,张殿华,张其生,赵胜国,陈建华.基于工业PC和PLC的中厚板轧机监控系统[J].冶金自动化,2001,06:33-36.
[12]李俊兵,杨天贵,苏光奎.基于模糊神经网络的高光谱数据挖掘方法[J].微型机与应用,2004,01:59-60.
[13]马牧.基于虚拟仪器的分布式测试系统的设计与实现[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[14]李舒伶,高建科.煤矸石山自然发火数学模型在红阳三矿新矸石山自燃防治中的应用[J].中国安全科学学报.2003(02)
[15]胡彦斌.GdBaCo_2O_(5+δ)基氧电极的高温电学性质和表面偏析现象的研究[D].哈尔滨工业大学,凝聚态物理,2014,硕士.
[16]刘宏.血管紧张素转换酶基因多态性与血管性痴呆发病关系的研究[D].青岛大学,病原生物学,2003,硕士.
[17]欧阳金鑫,熊小伏.接入配电网的双馈风力发电机短路电流特性及影响[J].电力系统自动化,2010,23:106-110+123.
[18]关慧颖.清入关前东北地区移民问题研究[D].黑龙江大学,中国古代史,2013,硕士.
[19]郑兵锋.网络不正当竞争行为的法律规制研究[D].山西财经大学,经济法,2013,硕士.
[20]朱金荣.小型医院废水处理工艺的设计及效果研究[D].吉林大学,环境工程,2012,硕士.
[21]丛阳.开关柜真空度在线监测系统研究[D].大连理工大学,电机与电器,2013,硕士.
[22]郭良纬.小额贷款公司的运营风险及监管问题研究[D].山东财经大学,金融学,2013,硕士.
[23]王辰.东北地区普通高校高水平乒乓球运动员比赛中的心态研究[D].哈尔滨工业大学,体育教育训练学,2014,硕士.
[24]李程昊,詹鹏,文劲宇,罗卫华,高凯,张忠林.适用于大规模风电并网的多端柔性直流输电系统控制策略[J].电力系统自动化,2015,11:1-7.
[25]泰然.个性化网络学习系统中认知风格测量工具研究[D].天津大学,软件工程,2013,硕士.
[26]王茹.商会纠纷解决机制研究[D].兰州大学,经济法学,2013,硕士.
[27]崔鲁江.中外联合办学背景下大学生价值观教育研究[D].黑龙江大学,马克思主义中国化研究,2013,硕士.
[28]叶青.电网黑启动中空载线路合闸过电压的程序设计及预测分析[D].华中科技大学,电气工程,2013,硕士.
[29]靳羽.无线电领域的本体模块化研究[D].吉林大学,计算机软件与理论,2014,硕士.
[30]高红星,左洪福.面向未来的民航数字化维修[J].江苏航空,2005,02:8-10.
[31]玉新靖.农村教育硕士专业成长过程探究[D].华中师范大学,课程与教学论,2014,硕士.
[32]王晓玲.生态翻译学视角下《黄帝内经·素问》英译研究[D].四川外国语大学,英语语言文学,2014,硕士.
[33]李弘立.论我国专利法上停止侵害责任的适用[D].西南政法大学,知识产权法（专业学位）,2012,硕士.
[34]夏勇.采用2π位相板产生的聚焦中空光束及其原子透镜[D].苏州大学,光学,2003,硕士.
[35]王静,刘湘南.地理专家系统的应用现状及发展趋势综述[J].地理与地理信息科学,2003,06:11-15.
[36]束洪春,孙向飞,于继来.粗糙集理论在电力系统中的应用[J].电力系统自动化,2004,03:90-95.
[37]韩兵安.汽车半主动悬架神经网络自适应控制研究[D].河北工程大学,机械设计及理论,2012,硕士.
[38]钟美.农村社区建设“第四模式”研究[D].湖南师范大学,行政管理,2013,硕士.
[39]付娟.浮点处理单元结构和算法研究[D].西北工业大学,计算机系统结构,2004,硕士.
[40]何夏琴.论人民调解的理论与实践发展[D].华东政法大学,法律（专业学位）,2012,硕士.
[41]曹阳.基于数据分析的陕西省公路行业安全生产责任体系研究[D].长安大学,交通运输工程（专业学位）,2014,硕士.
[42]孙作雷,张波,曾连荪,朱大奇.基于判别图模型的激光点云数据关联决策[J].控制与决策,2014,05:885-888.
[43]刘侃.高校员工关系质量、员工情感与员工绩效关系研究[D].重庆大学,企业管理,2014,硕士.
[44]吴庶青.苏尼特羊妊娠后期限制饲养对羔羊初生重影响及机理的研究[D].内蒙古农业大学,2003.
[45]刘恩泽.钢制车轮设计与疲劳分析的有限元仿真与验证[D].吉林大学,车辆工程,2014,硕士.
[46]杨昕.基于体验营销理论下的精品酒店室内设计研究[D].西南交通大学,环境艺术设计（专业学位）,2014,硕士.
[47]张会凯.参归益智方对阿尔茨海默病模型大鼠VEGF、P38MAPK表达的影响[D].河北医科大学,中西医结合临床,2013,硕士.
[48]杨璇.早期测定血清B7-H3在急性胰腺炎中的临床意义[D].苏州大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[49]程玉生.WebGIS—互联网地理信息系统的研究和实现[D].大连理工大学,2002.
[50]戎葆华.以Fe_2O_3为原料通过碳热还原制备LiFePO_4/C正极材料的研究[D].南京大学,材料物理与化学,2013,硕士.