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基于主动轮廓模型的运动跟踪系统的研究

作　者: 许为龙
导　师: 王昕
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 主动轮廓模型运动跟踪 GVF Snake 卡尔曼滤波 DSP
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

序列图像中运动目标的检测与跟踪是计算机视觉和图像编码研究的主要内容,其涉及到图像处理、模式识别、自动控制、应用数学和人工智能等多个学科的知识,在机器人、智能监控系统、医学图像分析以及视频图像压缩和传输等领域中都有应用。主动轮廓模型是近年来图像和计算机视觉领域的研究热点。它融合了待处理问题的先验知识和图像特征,是对Marr提出的自下而上、信息单向传递的视觉计算理论的挑战。本课题主要研究如何将主动轮廓模型应用于运动跟踪任务中。本文首先对传统Snake模型进行深入研究,分析了其特点与不足,并提出使用其改进模型——GVF Snake模型进行运动跟踪。然后,针对主动轮廓模型对初始轮廓敏感的问题,本文引入卡尔曼滤波(Kalman filter)对运动目标的运动轨迹进行预测,从而使初始轮廓更加贴近目标实际轮廓。最后,本文还介绍了基于DSP的视频采集与处理系统的搭建方法,并成功植入运动检测程序,这位后续研究打好了基础。为了实现跟踪系统的完全自动化,本文提出了使用二次帧差法和投影法相结合的方法来完成跟踪系统的运动检测和目标初始轮廓提取功能。实验结果证明在背景稳定的情况下,系统能有效地检测到运动物体,并准确提取出运动物体的初始轮廓。在对目标轮廓进行运动跟踪的过程中,轮廓线往往会被背景中的非目标边缘所吸引而无法挣脱,从而影响轮廓的正确收敛。针对这一问题,本文提出了在跟踪过程中加入轮廓修正的方法来解决。轮廓修正是根据运动目标本身的轮廓特性和其运动信息,对GVF Snake模型收敛出的轮廓进行修正,把非目标轮廓部分修剪掉。实验证明这一方法使跟踪系统即使在很复杂的背景环境下也能有效地跟踪运动目标。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-7
第1章绪论  7-12
  1.1 课题研究背景及意义  7-8
  1.2 国内外研究现状  8-11
  1.3 本课题主要研究内容  11-12
第2章主动轮廓模型方法的研究  12-23
  2.1 引言  12
  2.2 传统主动轮廓模型  12-17
    2.2.1 传统Snake 模型原理  12-13
    2.2.2 传统Snake 模型的算法求解  13-16
    2.2.3 传统Snake 模型的优缺点与改进方法  16-17
  2.3 GVF Snake 模型  17-20
    2.3.1 边缘映射（Edge Map）  17-18
    2.3.2 梯度矢量流（GVF）  18
    2.3.3 GVF 的数值实现  18-20
    2.3.4 GVF Snake 模型的收敛  20
  2.4 GVF Snake 算法软件实现  20-22
  2.5 本章小结  22-23
第3章基于GVF Snake 模型的运动跟踪系统设计  23-37
  3.1 引言  23
  3.2 运动检测与目标初始轮廓提取  23-30
    3.2.1 初始轮廓选取中存在的问题与解决方法  23-24
    3.2.2 基于二次帧差法的运动目标分割  24-28
    3.2.3 基于投影法的运动目标检测与定位  28-30
  3.3 基于运动信息的轮廓修正方法  30-31
  3.4 运动跟踪系统设计与实验  31-36
    3.4.1 运动跟踪软件平台设计  31-33
    3.4.2 跟踪程序流程图  33-35
    3.4.3 实验结果与分析  35-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章基于卡尔曼滤波的初始轮廓运动补偿方法  37-49
  4.1 引言  37
  4.2 卡尔曼（Kalman）滤波  37-41
    4.2.1 卡尔曼滤波原理分析  37-40
    4.2.2 卡尔曼滤波发散问题与抑制方法  40-41
  4.3 卡尔曼滤波器设计  41-42
  4.4 卡尔曼滤波在运动跟踪系统中的应用  42-43
  4.5 跟踪实验与结果分析  43-47
    4.5.1 静态背景下的目标跟踪  44
    4.5.2 动态背景下的目标跟踪  44-45
    4.5.3 运动干扰下的目标跟踪  45-46
    4.5.4 对于非人脸的跟踪实验  46
    4.5.5 不同算法跟踪效果对照  46-47
  4.6 使用计算局部GVF 的方法提高跟踪速度  47-48
  4.7 本章小结  48-49
第5章基于DSP 的运动检测系统的设计与实现  49-59
  5.1 引言  49
  5.2 DSP 开发平台的选取  49-54
    5.2.1 DSP 特点分析  49-50
    5.2.2 ADSP-BF533 开发平台简介  50-54
  5.3 软件设计  54-56
  5.4 系统测试  56-58
    5.4.1 图像抓取  56-57
    5.4.2 图像处理  57-58
    5.4.3 测试结果  58
  5.5 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-64
致谢  64

基于主动轮廓模型的运动跟踪系统的研究

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