论文简介：
　　桂林电子科技大学硕士学位论文 视频序列中运动目标检测与跟踪技术研究
　　 摘要
　　 视频序列中运动目标检测与跟踪是实现智能视频监控系统的关键技术之一。实际的视频监控系统应用的场景往往是错综复杂、变化较大的，实现具有准确性、实时性和鲁棒性的运动目标检测与跟踪是当前智能视频监控技术研究的方向。本文根据广西科学研究与技术开发计划项目《基于图像传感器阵列目标跟踪监控系统的研究与实现》（桂科基0731020）的研制要求，研究了静态场景下单部摄像机中运动目标检测、目标跟踪的相关算法。给出了一种单摄像机下运动目标检测与跟踪的实现方案，并与本实验室另外一名同学共同搭建了基于多摄像机的目标检测与跟踪实验平台，进行了相应实验。主要工作如下：
　　 1、针对帧差法和背景差分法在运动目标检测方面的不足，对背景差分法进行了相应的改进和完善。改进算法给出一种背景提取及更新方法，采用形态学滤波和面积阈值限制条件对分割结果进行处理，并利用图像矩为后续跟踪求出可靠的目标质心。实验结果表明，改进的运动目标检测算法能够快速、精确并较完整地检测运动目标。
　　 2、Lucas Kanade光流法是基于稀疏特征点的跟踪方法，存在跟踪目标容易丢失且鲁棒性不高的缺点。模板匹配法全图搜索目标模板、计算量大、实时性差。针对这两种算法在目标跟踪方面的不足，对其进行了相应的改进和完善。将目标质心作为特征点，利用Lucas Kanade光流法对其跟踪，并在跟踪后的质心邻域内采用菱形搜索方法搜索目标模板减小模板匹配的计算量；将模板匹配定位之后更正的目标质心作为下一帧跟踪的特征点，可以减小单一Lucas Kanade光流法跟踪目标质心带来的误差，实现可靠跟踪，并为后继的多摄像机目标交接提供可靠数据。
　　 3、设计并实现了基于多摄像机的目标检测与跟踪实验平台，此平台能实现运动目标检测、目标跟踪、目标运动轨迹生成和目标交接等功能。
　　 关键词：运动目标检测；目标跟踪；背景提取；Lucas Kanade光流法；模板匹配
　　
　　 目录
　　 摘要I
　　 Abstract II
　　 第一章绪论1
　　 1.1 课题研究的背景与意义. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
　　 1.1.1 智能视频监控的应用背景. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
　　 1.1.2 智能视频监控系统中运动目标检测和跟踪的研究意义. . . . . . 1
　　 1.2 国内外研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
　　 1.2.1 国外研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
　　 1.2.2 国内研究现状. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
　　 1.3 概述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
　　 1.3.1 运动目标检测. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
　　 1.3.2 目标跟踪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
　　 1.4 关键技术和主要工作. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
　　 第二章系统方案设计7
　　 2.1 方案设计. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
　　 2.1.1 设计总体目标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
　　 2.1.2 系统处理框架. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
　　 2.2 单摄像机运动目标检测跟踪处理流程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
　　 2.3 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
　　 第三章运动目标检测10
　　 3.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
　　 3.2 运动目标检测算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
　　 3.2.1 帧差法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
　　 3.2.2 背景差分法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
　　 3.2.3 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
　　 3.3 混合高斯模型. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
　　 3.3.1 混合高斯模型的建立及更新. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
　　 3.3.2 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
　　 3.4 改进的运动目标检测算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
　　 3.4.1 背景提取和更新. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
　　 3.4.2 阈值选取. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
　　 3.4.3 图像后处理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
　　 { IV {
　　 目录
　　 3.4.4 提取运动目标. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
　　 3.4.5 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
　　 3.5 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
　　 第四章目标跟踪24
　　 4.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
　　 4.2 CamShift算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
　　 4.2.1 CamShift算法描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
　　 4.2.2 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
　　 4.3 Lucas Kanade光流法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
　　 4.3.1 问题提出. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
　　 4.3.2 跟踪算法描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
　　 4.3.3 迭代的光流法计算过程. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
　　 4.3.4 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
　　 4.4 模板相关匹配算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
　　 4.4.1 基本原理. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
　　 4.4.2 归一化互相关匹配. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
　　 4.4.3 最小绝对差值匹配. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
　　 4.4.4 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
　　 4.5 改进的目标跟踪算法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
　　 4.5.1 模板匹配的搜索方法. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
　　 4.5.2 目标模板的选择及更新. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
　　 4.5.3 改进的目标跟踪算法描述. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
　　 4.5.4 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
　　 4.6 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
　　 第五章实验平台的设计与实现42
　　 5.1 引言. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
　　 5.2 实验平台构成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
　　 5.2.1 硬件组成. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
　　 5.2.2 软件开发平台. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
　　 5.2.3 实验平台设计原则及功能要求. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
　　 5.3 实验平台模块设计及实现. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
　　 5.3.1 单摄像机运动目标检测与跟踪. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
　　 5.3.2 多摄像机目标交接. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
　　 5.4 实验结果与分析. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
　　 5.4.1 基于单摄像机的运动目标检测跟踪实验结果与分析. . . . . . . 48
　　 5.4.2 基于多摄像机的运动目标检测跟踪实验结果与分析. . . . . . . 50
　　 { V {
　　 桂林电子科技大学学位论文
　　 5.5 小结. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
　　 第六章总结和展望53
　　 参考文献54
　　 致谢58

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