基于粒子滤波和卡尔曼滤波的复杂场景下视觉跟踪

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1、浙江大学硕士学位论文(2008)第一章绪论1．1论文研究的背景和意义人类感知外界信息，80％以上是通过视觉得到的。让计算机具有视觉是人类多年以来的梦想。随着信号处理理论的发展，人们试图用摄像机获得环境图像并将其转换成数字信号，用计算机实现对视觉信息进行处理。这就形成了计算机视觉这门学科。计算机视觉的研究目的是利用计算机代替人眼及大脑对于景物环境进行感知、解释和理解。它是一门交叉性很强的学科，涉及计算机、心理学、物理学、信号处理和应用数学等。近二十年随着各学科和计算机技术的发展，计算机视觉取得了蓬勃发展，在各领域取得了广泛的应用。智能视频监控系统是计算机视觉领域中近几年来兴起的

2、一个研究热点。智能视频监控系统是利用计算机视觉技术对视频信号进行处理、分析和理解，并对视频监控系统进行控制，从而使视频监控系统具有像人一样的智能。本论文研究的重点是利用计算机视觉技术在智能视频监控系统中应用的一些关键技术，主要侧重于智能视频监控系统中视频目标的跟踪研究。所谓视觉跟踪，就是指对图像运动序列中的运动目标进行提取、识别和跟踪，获得运动目标的运动参数，如位置，速度，以及运动轨迹，从而进行进一步的处理和分析，实现对运动目标的行为理解。融合了图像处理、模式识别、人工智能、自动控制等若干领域的先进技术。当今社会，智能视频监控系统在民用和军用中有着极大的应用前景。已融入到许多

3、住宅小区、停车场、街道、尤其是在银行、机场安检等关系到人们生命财产安全的特殊场合。智能视频监控的最终目的就是利用计算机视觉方法，在不需要人为控制的情况下，通过对摄像机拍摄的图像序列能进行自动分析，对被监控的场景中的变化进行定位、识别和跟踪，并基于此分析和判断目标的行为。在智能交通系统中，进行交通流量的控制，车辆异常行为以及行人行为判定等，都需要利用视觉跟踪技术。实现智能交通系统，要解决的关键问题是如何准确地对行人和车辆进行提取和跟踪，以及车辆运动轨迹判定和行人行为判定，Pai等人[1]还专门研究了十字路口的行人跟踪以保证驾驶员安全驾驶。智能交通系浙江大学硕士学位论文(2008

4、)统也是目前计算机视觉研究中的一个热点【2】。智能视频监控系统在军事上的一个重要应用就是对战场环境中的敌方目标进行快速准确的搜索，以及能够对快速变化的运动目标实施稳定可靠的跟踪，Tsao和Wen对此问题进行了讨论和研究【3】。特别是精确制导武器的大量运用以及震撼效果，使得全世界都在加强这方面的研究。例如：AVS(AerialVideoSurveillance)系统【4】，在这一方面进行了大量研究。在医学领域中，主要用于生物医学图像处理，通过不同时刻图像之间的运动估计来获取人体器官的运动变化信息，进而做出反映器官运动功能的描述，以便对病情进行检测，为治疗提供参考依据。由于超声波

5、图像中存在的噪声经常会淹没单帧图像中的有用信息，使静态分析十分困难，如果利用序列图像中目标在几何上的连续性和时间上的相关性，则得到的结果将更加准确。Ayaehe[5]等跟踪超声波序列中图像中心脏的跳动，为医生诊断心脏病变提供准确可靠的信息。Marais[6]等跟踪核磁共振视频序列中每一帧的扫描图像的脑半球，最后将跟踪结果用于脑半球的3D重建。视觉跟踪技术除了在以上的应用之外，还可以应用到很多方面。例如：对于人体运动的视觉跟踪，有大量文献对这一问题进行了研究【7】。此外，视觉跟踪技术应用于机器人视觉导航【8、9】，虚拟环境中的3D交互和虚拟人物角色的动作模拟实现等。1．2视觉跟

6、踪的国内外研究现状近些年来，随着计算机硬件性能的不断发展，基于图像传感器的视觉跟踪技术获得了迅猛发展，各种面向复杂应用背景的视觉跟踪系统也随之大量涌现。在1996年至1999年间，美国国防高级研究项目署(DARPA)设立了以卡内基梅隆大学为首联合美国十几所高等院校和研究机构参加的视频监控重大项目VSAM(VideoSurveillanceandMonitoring)【10】。主要目标是利用视频理解、网络通信、多种传感器融合等技术实现对未来城市、战场等进行自动监控。DARPA在2000年又资助了重大项目HID计划(HumanIdentificationataDistance)，

7、研究开发多模式的监控技术以实现远距离情况下人的跟踪、分类和识别，以增强国防、民用等场合免受恐怖袭击的保护能力。2浙江大学硕上学位论文(2008)在欧洲，欧盟EULTR(EuropeanUnionLongTermResearch)资助比利时Katholieke大学的电子工程系、法国国家计算机科学和控制研究院INRIA等欧洲著名的大学和研究机构联合研究为警察、法庭等司法机关提供基于图像处理的监控系统【ll】。目标是提供图像视频处理、理解技术让司法机关能从现有的监控系统的录像资料中获得更多有用的犯罪证据。另外