宽基线目标追踪技术分析

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1、重庆大学硕士学位论文1绪论从而获得各个状态样本的权值，最后得到加权后的后验概率。其关键是通过给定的一系列观测数据如何准确地推断目标状态的后验概率密度，并对目标进行有效的表征，其中滤波过程包括了非线性滤波方法：扩展卡尔曼滤波BKF[4]、粒子滤波PF[5]（ParticleFilter）等，前者是经典并得到了广泛应用的方法，而后者具有简单易行、对非线性及非高斯噪声环境具有良好的适应能力，且在一定程度上解决了粒子数匮乏的问题。第2部分的过程可以用一个简单模式来表示，其中包括了目标状态的两个模型：状态模型：sk=fk(

2、sk−1,wk)（1.1）观测模型：zk=h(sk,vk)（1.2）其中，{sk,k∈Ν}，{zk,k∈Ν}分别表示目标状态和观测数据。状态模型表示了系统的演化；观测模型表示了观测与状态的变化关系。两个模型均可以通过先验知识的方法得到。根据观测数据连续地估计状态目标状态sk的后验概率密度：p(sk

3、z1:k)∝p(zk

4、sk)p(sk

5、z1:k−1)（1.3）PosteriorLikelihoodPrior其中p(s

6、z)=p(s

7、s)p(s

8、z)ds（1.4）kk−1∫kk−1k−11:k−1k−1

9、sk−1PriorTransitionposterior根据式（1.1），目标状态转移到概率模型可表示为p(sk

10、sk−1)，即已知k-1时刻状态的后验概率密度，根据状态转移的概率模型可以递归地计算k时刻目标状态的后验概率密度，其过程如图1.1所示。图1.1目标运动状态估计过程Fig.1.1Theestimationofobjectmotion2重庆大学硕士学位论文1绪论在典型的目标追踪技术中，目标的运动状态估计是其中的关键问题之一。其需要依赖于先验帧中的追踪结果，提供给后续视频帧中的目标一个有效的运动估计，即不

11、能实现针对单帧的目标追踪。典型的目标追踪技术可能存在以下3个问题：1）导致追踪误差的累积而造成追踪过程的最终崩溃；2）精确地运动估计将依赖于众多先验知识，而这样将有可能严重影响应用系统的实时性；3）诸多典型的目标追踪技术集中在变化相对较小的应用环境中的应用，而实际应用环境中，同一个目标或者场景，在不同的视觉条件下（如光照变化、尺度变化、视角偏移与旋转、摄像机抖动等）将会表现出不同的外观，这种能引起物体呈现不同观测信息的环境被广泛地称为宽基线条件。众所周知，当人们在不同视角、环境和距离等条件下去观测同一物体时，可以

12、获得不同的物体信息。引起物体观测信息变化的原因在于不同条件存在不同的基线。从狭义上来看，基线就是指两个摄像机之间的光轴间的距离相对于被观察物体的距离，即摄像机的两个观测点之间的运动距离。窄基线就是指该运动距离的变化范围较小，从而获得的被观察的物体信息差异相对不大；宽基线就是指该运动距离的变化范围相对较大，从直接视觉信息上比较，被观察的物体信息发生了较大变化。从广义上来看，基线已经不再是上述定义中真实存在的观测点之间的运动距离，而是泛指造成同一物体的观测信息改变的影响因素。窄基线条件假设摄像机焦距及其他内参数变化不

13、大；摄像机位置不会相差很远，不会有较大的转动，对应点在相邻区域内并且其支撑邻域是相似的等约束条件。而宽基线条件更符合实际应用情况，它不作过多约束性的假设。宽基线表示对图像上的任意点，在另一图像上的对应点可以为任意位置；摄像机可以任意移动，且摄像机的焦距及其他内参数可以有较大的变化；一幅图像上的景物在另一幅图像上可能被遮挡；对应点的支撑邻域有相似的地方，但是由于摄像机位置的变化及光照的变化，单依靠邻域的相似不能得到正确的对应。图像的噪声、模糊、光照变化、尺度变化、视角变化、摄像机抖动、变形等宽基线影响因素始终影响着

14、对目标的有效表征，进而困扰着目标追踪技术的性能。同时典型的目标追踪技术依赖于目标的状态估计性能，而多数目标的状态估计在一个设定的小范围中进行搜索且依赖于先验帧的目标追踪结果，全局或大范围的搜索方案将严重影响技术应用的实时性。由于存在上述情况，典型的目标追踪技术不适合宽基线目标追踪，仅适用于窄基线条件。从宽基线的定义可以看出一种鲁棒而实用的特征表示方法是宽基线目标追踪中必不可少的部分之一。宽基线目标追踪技术将从本质上挖掘物体未变化的信息，模拟人类视觉从纷繁芜杂的表象中提取不变信息的能力，并借助于此，实现对目标的追踪

15、，而其中关键技术之一就是不变特征技术。从本质上看，宽基线目标追踪问题实际上是目标不变特征的3重庆大学硕士学位论文1绪论提取与匹配问题。目标不变特征的提取技术的成熟将使宽基线目标检测和追踪成为可能。不变特征是指不会随着图像变化（旋转、缩放、仿射变换、视角变化、光线变化等）的变化而变化，保持稳定的区域或像素点及其对应的特征描述。因此，宽基线目标追踪技术的研究是局部不变特征匹配