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动态背景下的目标检测与跟踪系统设计

作　者: 李建楠
导　师: 张永宏
学　校: 南京信息工程大学
专　业: 系统分析与集成
关键词: 跟踪系统互信息检测目标跟踪步进电机控制系统实现
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

视频图像目标检测与跟踪作为计算机视觉的热点研究方向,随着科学技术的高速发展,成为众多学者不断追求突破的领域。人们希望能够通过摄像机的移动自动完成目标的跟踪过程,从而脱离人类的辅助。本文则以此作为研究背景,重点对动态背景下的目标检测跟踪系统进行研究设计,包括检测算法、跟踪算法、以及步进电机云台的控制,最终实现该跟踪系统。本文针对传统检测算法应用在动态背景时,出现的目标误检测问题,提出一种基于互相关信息的动态背景目标检测算法,该算法结合连续图像间的互信息值对目标进行检测。首先对图像进行一次二维Mallat小波分解,取其近似分量；通过Pso(粒子群)与Powell混合优化搜索策略,寻找最大互信息值,此时图像在空间上最匹配,同时应用空间转换模型、双线性插值技术完成图像的空间匹配；消除变化背景后,采用改进的三帧差分相乘法,增强目标区域,完成基于最大互信息的运动目标检测。通过实验证明该算法的准确性和可行性。目标跟踪技术包括目标定位与跟踪两个步骤。本文通过形心法对目标进行定位,具体采用最小二乘法实现运动目标的位置定位,得到目标的坐标信息,画出目标的运动轨迹。跟踪部分,本文选取Mean-shift的改进算法-Camshift算法,结合OpenCV实现该算法在不同场景下,对序列图像运动目标的跟踪,证明了该算法良好的适应性和准确性。为实现整个跟踪系统,步进电机的控制方面,本文引入分数阶的概念,设计分数阶控制器,通过Simulink对电机系统进行仿真,实现分数阶PIλDμ与传统PID的控制效果对比,证明本文算法在调节时间以及控制精度方面的优越性。在以上检测、跟踪以及步进电机的控制算法基础上,实现了跟踪系统的硬件设施连接调试、云台的运动控制、参数计算,并基于MFC完成软件系统,最终实现对水平运动目标的实时检测与跟踪,证明了该系统良好的跟踪性能。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-8
第一章绪论  8-12
  1.1 研究背景及意义  8
  1.2 国内外的研究现状  8-10
    1.2.1 国外研究现状  9
    1.2.2 国内研究现状  9-10
  1.3 论文的结构与章节安排  10-12
第二章目标跟踪系统总体设计  12-18
  2.1 跟踪系统整体结构安排  12
  2.2 序列图像采集模块  12-13
  2.3 图像处理模块  13
  2.4 云台控制模块  13-15
  2.5 步进电机的驱动  15-16
  2.6 单片机控制  16-17
  2.7 本章小结  17-18
第三章运动目标检测算法研究  18-33
  3.1 静态背景下的目标检测方法  18-21
    3.1.1 帧间差分法  18-19
    3.1.2 背景差分法  19-20
    3.1.3 光流场法  20-21
  3.2 基于互相关信息的动态背景目标检测算法  21-27
    3.2.1 互信息相关概念  21-22
    3.2.2 小波变换  22-24
    3.2.3 空间变换  24-25
    3.2.4 双线性插值  25
    3.2.5 Pso与Powell混合优化策略  25-27
    3.2.6 改进的三帧差分检测  27
  3.3 本文算法实现  27-32
    3.3.1 互信息算法的步骤  27-28
    3.3.2 算法流程图  28
    3.3.3 实验结果与分析  28-32
  3.4 本章小结  32-33
第四章目标跟踪关键技术研究  33-43
  4.1 形心定位法  33-37
    4.1.1 最小二乘法实现  33-34
    4.1.2 目标定位实验结果及分析  34-37
  4.2 运动目跟踪算法  37-42
    4.2.1 Mean-shift跟踪算法  37-39
    4.2.2 本文Camshift跟踪算法  39-41
    4.2.3 跟踪算法实验与分析  41-42
  4.3 本章小结  42-43
第五章步进电机的控制算法研究  43-51
  5.1 两相混合步进电机模型建立  43-45
  5.2 PID控制算法  45-46
  5.3 分数阶PI~λD~μ算法  46
  5.4 步进电机控制系统仿真  46-50
    5.4.1 系统输入  47-48
    5.4.2 系统控制器  48
    5.4.3 示波器输出  48-50
  5.5 本章小结  50-51
第六章运动目标跟踪系统实现  51-59
  6.1 跟踪系统硬件连接  51-53
    6.1.1 步进电机相关知识  51-52
    6.1.2 驱动器接线原理  52-53
    6.1.3 系统硬件连接  53
  6.2 云台的运动参数计算  53-54
  6.3 跟踪系统软件界面实现  54-55
  6.4 跟踪系统的实验  55-58
  6.5 本章小结  58-59
第七章总结与展望  59-61
  7.1 总结  59
  7.2 展望  59-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
作者简介  65

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