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基于特征点的目标跟踪算法研究

作　者: 丁尤蓉
导　师: 王敬东
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 目标跟踪特征点提取特征点匹配粒子滤波协方差矩阵
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 24次
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内容摘要

随着信息技术的迅猛发展，基于视频的目标跟踪技术在很多领域具有广泛的应用价值。复杂的背景下，人们通过人眼以及大量的先验知识，可以轻松的对运动目标进行跟踪。但是，如何利用机器视觉技术通过视频流获得运动目标的相关信息从而进行目标跟踪则是一项充满挑战的工作。本文研究了基于特征点目标跟踪算法，基于特征点目标跟踪算法分为特征点提取算法和特征点匹配两个部分。为了满足目标跟踪系统的实时需求，本文选择了耗时量少的FAST特征点提取算法，并采用了同态滤波和自适应阈值对FAST算法进行优化。优化后算法具有在不同光照情况下适应能力较强的特点，且达到了抑制多个特征点块的目的。在特征点匹配过程中，采用了金字塔的KLT光流匹配技术。针对匹配后存在不稳定特征点的问题，本文提出了一种前后向匹配法去除不稳定特征点，从而增加了跟踪的准确性。在特征点跟踪过程中间，随着不稳定特征点的逐渐剔除，目标的有效特征点逐渐减少甚至消失。针对特征点跟踪这一缺点，本文运用了特征点跟踪与粒子滤波结合的方法。采用了协方差矩阵技术来描述目标，作为粒子滤波的观测值。实验表明，基于协方差矩阵的粒子滤波算法具有一定的抗同色干扰的能力，并且整体优化后的算法跟踪稳定性较高。针对目标被短时间严重遮挡情况，本文提出了一种遮挡情况下的跟踪策略。通过不断扩大搜索区域，将运动目标的梯度以及颜色信息等多个融合来实现对运动目标的重新识别。实验表明，当目标遮挡结束时，算法可以准确的识别目标。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-11
缩略词  11-12
第一章绪论  12-18
  1.1 课题的研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-15
  1.3 基于特征点的目标跟踪方法概述  15-16
  1.4 本文的研究内容和创新点  16-18
    1.4.1 本文的研究内容  16-17
    1.4.2 本文的创新点  17-18
第二章 FAST 快速特征点提取算法  18-30
  2.1 引言  18
  2.2 FAST 特征点提取算法原理概述  18-19
  2.3 FAST 特征点提取算法的优化  19-24
    2.3.1 图像光照强度补偿  19-22
    2.3.2 自适应阈值的确定  22-23
    2.3.3 局部非极大值抑制法  23-24
  2.4 实验结果及分析  24-30
    2.4.1 FAST 算法优化前后实验结果分析  24-27
    2.4.2 不同特征点提取算法性能对比  27-30
第三章基于 FAST 特征点的目标跟踪算法  30-38
  3.1 引言  30
  3.2 特征点的匹配技术  30-33
    3.2.1 特征点的匹配技术概述  30
    3.2.2 KLT 光流匹配技术  30-32
    3.2.3 金字塔的 KLT 光流匹配技术  32-33
  3.3 前后向匹配法去除不稳定特征点  33-34
  3.4 基于 FAST 特征点的目标跟踪算法流程  34
  3.5 实验结果及分析  34-38
    3.5.1 前后向匹配法去除不稳定点实验结果分析  34-36
    3.5.2 基于特征点跟踪算法存在的缺点  36-38
第四章目标跟踪与粒子滤波结合方法研究  38-59
  4.1 引言  38
  4.2 粒子滤波算法原理概述  38-46
    4.2.1 贝叶斯重要性采样定理  39-40
    4.2.2 序列重要性采样  40-42
    4.2.3 粒子的退化现象  42
    4.2.4 标准的粒子滤波算法步骤  42-43
    4.2.5 正则粒子滤波算法  43-45
    4.2.6 粒子滤波算法仿真实验结果分析  45-46
  4.3 基于协方差矩阵的粒子滤波技术  46-50
    4.3.1 融合多种信息的目标协方差矩阵表示  46-47
    4.3.2 积分图法  47-49
    4.3.3 协方差矩阵之间的相似度  49
    4.3.4 基于协方差矩阵的粒子滤波技术步骤  49-50
  4.4 目标跟踪与粒子滤波结合方法  50-53
    4.4.1 目标跟踪与粒子滤波结合方法流程  50-51
    4.4.2 目标跟踪与粒子滤波结合的实验分析  51-53
    4.4.3 抗同色干扰的实验分析  53
  4.5 遮挡情况下目标的跟踪策略  53-57
    4.5.1 部分遮挡情况本文算法的实验效果  54
    4.5.2 完全遮挡情况跟踪策略  54-55
    4.5.3 目标在遮挡情况下的跟踪流程图  55-56
    4.5.4 实验结果及分析  56-57
  4.6 本文整体跟踪算法的流程  57-59
第五章运动目标跟踪系统的实验平台  59-62
  5.1 引言  59
  5.2 系统硬件  59-60
  5.3 系统软件  60-62
第六章总结与展望  62-64
  6.1 工作总结  62-63
  6.2 研究展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-69
在学期间的研究成果及发表的学术论文  69

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