運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)研究

鄧曉咼

摘要：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤是計(jì)算機(jī)技術(shù)在視覺領(lǐng)域重點(diǎn)研究方向，在視頻監(jiān)控記錄，人機(jī)交互合作，虛擬現(xiàn)實(shí)推演和圖像壓縮處理等方面廣泛應(yīng)用。在各種復(fù)雜多變環(huán)境和不同條件下準(zhǔn)確跟蹤目標(biāo)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的方法主要有光流法，幀間差分法等等，移動(dòng)目標(biāo)跟蹤計(jì)算的方法包括相對(duì)平均值算后的漂移算法，卡爾曼濾波算法和根據(jù)不同特征性進(jìn)行的相關(guān)算法。隨著經(jīng)濟(jì)的展，人們的安全防范意識(shí)也越來越強(qiáng)，智能化視頻監(jiān)控有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。因此，對(duì)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)的研究有著重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè);運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤;視頻監(jiān)控

中圖分類號(hào)：TN219

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672 -1578（2019）08 - 0274 - 01

1.引言

視覺是人類感知環(huán)境的重要手段，大量有意義的信息都包含在運(yùn)動(dòng)中。人的雙眼對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)更為敏感。計(jì)算機(jī)視覺是利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)視覺信息處理的一門學(xué)科，視頻圖像相對(duì)于靜態(tài)圖像的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間的不間斷性和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息的獲取。融合了多種技術(shù)，能夠達(dá)到視頻成像播放以及追蹤研究的目的。

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤過程可以分為兩個(gè)方面：目標(biāo)檢測(cè)與目標(biāo)跟蹤。第一部分：運(yùn)動(dòng)物體檢測(cè)，被監(jiān)視場(chǎng)景中的移動(dòng)物體要做到全時(shí)檢測(cè)并收集相關(guān)信息。第二部分：移動(dòng)過程的追蹤，分析移動(dòng)目標(biāo)的狀況，根據(jù)目標(biāo)的特點(diǎn)決定使用的相應(yīng)的算法，移動(dòng)目標(biāo)跟蹤可以提供目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡并準(zhǔn)確定位目標(biāo)位置，最重要的是可以分析預(yù)測(cè)目標(biāo)接下來的可能行為并能提供具體的數(shù)據(jù)信息。

2.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)研究

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)過程分為三個(gè)層次，面向像素級(jí)的檢測(cè)，面向變化區(qū)域級(jí)的檢測(cè)和面向幀級(jí)的檢測(cè)。面向像素級(jí)的檢測(cè)是指對(duì)包含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視頻序列圖像進(jìn)行差分，二值化，逐點(diǎn)檢測(cè)判斷背景與運(yùn)動(dòng)目標(biāo);面向變化區(qū)域級(jí)的檢測(cè)是指對(duì)像素檢測(cè)后得到的二值圖像中的目標(biāo)區(qū)域采用形態(tài)學(xué)濾波和連通性檢測(cè)的方法提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度;面向幀級(jí)的檢測(cè)是指對(duì)整幀圖像進(jìn)行去噪處理，使其適應(yīng)環(huán)境光線變化。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)算法的實(shí)質(zhì)就是當(dāng)場(chǎng)景中有新目標(biāo)進(jìn)入或者場(chǎng)景中有目標(biāo)移動(dòng)時(shí)，通過檢測(cè)算法能夠得知有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)，再利用目標(biāo)分割方法把進(jìn)入場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)（前景）從背景圖像中分離出來的方法。按照檢測(cè)算法的原理主要可以分為三類：背景差分法、光流法、幀間差分法。

背景差分法分為兩種類型，既定背景和計(jì)劃背景。既定背景是指在開始檢測(cè)之前移動(dòng)目標(biāo)的活動(dòng)場(chǎng)景。在檢測(cè)過程當(dāng)中，通過比較當(dāng)前時(shí)幀與背景之間的差異獲得移動(dòng)目標(biāo)的樣板，借助于形態(tài)學(xué)的開閉運(yùn)算等方法進(jìn)行濾波去噪和輪廓平滑。。

在計(jì)劃背景的背景差異實(shí)現(xiàn)中，沒有提前預(yù)定目標(biāo)的移動(dòng)場(chǎng)景。通過疊加幾個(gè)連續(xù)幀的灰度圖像，然后執(zhí)行中值濾波來確立目標(biāo)移動(dòng)場(chǎng)景。然后，區(qū)分當(dāng)前的關(guān)鍵幀與既定背景圖像，并且通過諸如形態(tài)學(xué)的方法通過濾波，去噪等技術(shù)來使得移動(dòng)目標(biāo)的大致輪廓得以收集。

由于背景差分算法的建立背景僅僅是真實(shí)可靠背景的近似值，因此在移動(dòng)物體較小以及背景中存在劇烈運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)檢測(cè)到的結(jié)果有一定的差異。

幀間差分方法進(jìn)行目標(biāo)檢測(cè)計(jì)算簡(jiǎn)便。因?yàn)橄噜弾拈g隔時(shí)間較短，所以這種方法通常對(duì)場(chǎng)景光線的變化不太敏感。幀間差分法最重要的是實(shí)時(shí)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中的相異變化而后抽離提取相應(yīng)目標(biāo)。

光流法完整地利用了圖像本身的信息。光流是指空間中物體被觀測(cè)面上的像素點(diǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的瞬時(shí)速度場(chǎng)，包含了物體表面結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)行為等重要信息。建立在光流法的移動(dòng)物體檢驗(yàn)是采用變化目標(biāo)隨著時(shí)間的改變而改變的光流特性的基礎(chǔ)之上，因?yàn)楣饬鞑恢皇前獧z測(cè)的目標(biāo)物體的移動(dòng)信息，而且還包含連接物體運(yùn)動(dòng)的大量信息和運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景的三維結(jié)構(gòu)變化，所以不但移動(dòng)中的目標(biāo)檢測(cè)適合這種方法，并且也多運(yùn)用于跟蹤移動(dòng)目標(biāo)，特別是相對(duì)于移動(dòng)變化中的攝像機(jī)來說，它可以用來單獨(dú)地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)。

3.運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究

當(dāng)跟蹤目標(biāo)時(shí)，目標(biāo)自身和目標(biāo)所在的環(huán)境將對(duì)目標(biāo)跟蹤算法的基本計(jì)算產(chǎn)生或多或少的變化，根據(jù)不同的情況有不同的跟蹤算法。

基于均值漂移目標(biāo)跟蹤算法的基本思想是：通過反復(fù)迭代搜索特征空間中樣本點(diǎn)最密集的區(qū)域，搜索點(diǎn)沿著樣本密度增加的方向漂移到局部密度最大值。均值漂移算法原理簡(jiǎn)單、迭代效率高，但是迭代過程中搜索區(qū)域大小對(duì)算法的準(zhǔn)確性和效率有很大的影響。

卡爾曼濾波目標(biāo)跟蹤算法是基于卡爾曼濾波器是一個(gè)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)序列進(jìn)行線性最小方差估計(jì)。運(yùn)算過程簡(jiǎn)便，同步計(jì)算運(yùn)行良好。經(jīng)常用以預(yù)測(cè)跟蹤活動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)行狀態(tài)，極大地縮小了范圍。

基于重點(diǎn)屬性特點(diǎn)的追蹤計(jì)算是以典型特征的目標(biāo)跟蹤方法為基礎(chǔ)收集目標(biāo)相關(guān)的特征信息，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)出現(xiàn)在視頻序列圖像中采用匹配算法，接下來跟蹤移動(dòng)目標(biāo)。一般劃分為三個(gè)步驟進(jìn)行：第一步是利用目標(biāo)檢索結(jié)果提取目標(biāo)的典型特征，如角點(diǎn)，邊界，明確區(qū)域，顏色，形狀等。在第二步中，在連續(xù)幀圖像上找到關(guān)鍵點(diǎn)、特征點(diǎn)。第三步，依據(jù)相似性度量來確定當(dāng)前幀中目標(biāo)的最佳位置。

4.結(jié)語(yǔ)

目前，智能化視頻監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)仍處于普及階段，但隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們的安全防范意識(shí)也越來越強(qiáng)，這意味著智能化視頻監(jiān)控有著廣泛的應(yīng)用市場(chǎng)。因此，對(duì)作為視頻監(jiān)控系統(tǒng)關(guān)鍵組成部分的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與跟蹤技術(shù)的研究有著重要的理論意義與應(yīng)用價(jià)值。

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