视频监控系统中的运动目标检测算法研究

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1、致谢本文是在方帅老师的指导下完成的。方老师严谨的学风和求实的精神及广博的知识给我留下了深刻的印象。在我攻读硕士学位期间，方老师是我的导师，在课题上给予我精心的指导和教诲，使我获益良多。在算法的设计和系统的实现过程中，方老师耐心地对我进行指导和帮助，并给予我很多鼓励和启发。在此谨向辛勤培育我的老师表示衷心地感谢。此外，感谢孙洪伟等同学的无私帮助。最后，感谢所有老师和同学给予的关怀和帮助，在此一并表示深深的谢意。IU作者：王宏群2008年5月10日第一章绪论1．1课题背景及其理论与实际意义计算机智能视频监控是计算机视觉领域一个新兴的应用方向和备受关注的前沿课题。伴

2、随网络技术和数字视频技术的飞速发展，监控技术正向着智能化、网络化方向不断前进。监控系统功能日益强大，但是依然需要工作人员不问断地分析监视场景内的活动，日夜值守，工作量繁重。因此计算机视觉和应用研究学者适时提出新一代监控一一视频监控的概念。视频监控在不需要人为干预情况下，利用计算机视觉和视频分析的方法对摄像机拍录的图像序列进行自动分析，实现对动态场景中目标的定位、识别和跟踪，并在此基础上分析和判断目标的行为，从而既能完成日常管理又能在异常情况发生时及时做出反应。计算机视频监控系统不仅符合信息产业的未来发展趋势，而且代表了监控行业的未来发展方向，蕴藏着巨大的商机和

3、经济效益，受到学术界、产业界和管理部门的高度重视。视频监控系统已经应用于小区安全监控、火情监控、交通违章、流量控制、军事和银行、商场、机场、地铁等公共场所安全防范等，并且将有着更加广泛的应用前景。但现有的视频监控系统通常只是录制视频图像，用来当作事后证据，没有充分发挥实时主动的监控作用。如果将现有的视频监控系统改进成为智能视频监控系统，就能够大大地增强监控能力、降低不安全隐患，同时节省人力物力资源，节约投资。运动目标检测是计算机智能视频监控的一个重要部分，它是计算机安全监控、目标识别与跟踪、运动图像编码、基于内容的检索等视频分析和处理应用的关键步骤。为了能够提

4、高监控系统的识别能力，完成复杂背景下的目标跟踪，要求运动目标检测算法要比较完善：同时，为了提高跟踪的响应速度和跟踪精度，又要求在电视扫描周期内完成大量图像数据的实时处理，这就要求运动目标检测算法要简单有效并适合于硬件实现。1．2国内外动态目标检测发展与现状技术综述目前，对视频监控的研究与应用方兴未艾。其中的运动目标检测属于视觉中的低级处理部分运动检测，也是近年来被广泛关注的研究热点。早在上世纪70年代Leese，Novak等人以影像灰度值统计云层的卫星照片，分离背景与物体。80年代运用二维影像光流法，梯度法能够处理小运动范围的移动目标检测，90年代后背景减除，

5、时间差分，运用区域块的光流计算提取特征块来识别物体。运动分析是近年来计算机视觉领域中备受关注的前沿方向，尤其在美国，英国等国家已经开展了大量相关项目的研究。1997年美国国防高级研究项目署(DefenseAdvancedResearchProjectsAgency)设立了卡内基梅隆大学为首，麻省理工学院等高校参与的视觉监控重大项目VSAM(VisualSurveillanceandMonitoring)，英国的雷丁大学己开展了对车辆和行人的跟踪及其交互作用识别的相关研究。在国内，运动图像分析己在人体运动检测与跟踪、智能交通、机器人视觉、运动目标检测与跟踪等诸方

6、面展开了深层次研究。对于运动图像的检测分析，背景图像是静止的情况，现阶段的研究成果比较成熟，也易于广泛实现，常见的有背景减除法、时间差分方法等，而对动态变化的背景图像，由于外界条件的复杂多变性，研究方法不可能完全一致，因而各研究方法也会有不同的适用性。现阶段的常用方法有基于光流方法，基于背景模型方法，基于嫡的运动目标检测法等等。运动检测的目的是从序列图像中将变化区域从背景图像中提取出来。运动区域的有效分割对于目标分类、跟踪和行为理解等后期处理是非常重要的，因为以后的处理过程仅仅考虑图像中对应于运动区域的像素。然而，由于背景图像的动态变化，如天气、光照、影子及混

7、乱干扰等的影响，使得运动检测成为一项相当困难的工作。目前几种常用的方法有：背景减除、时间差分、光流、扩展的EM算法、能量运动检测、基于数学形态学的场景变化检测等。1．3现有监控系统中动态目标检测存在的不足与改进难点目前常用的运动目标检测方法有三种：动态背景下的运动目标检测的光流法，静态背景下的运动目标检测的相邻帧差法和背景减法。1．3．1光流法光流是空间运动物体被观测面上的像素点运动产生的瞬时速度场，包含了物体表面结构和动态行为的重要信息。一般情况下，光流由相机运动、场景中目标运动，或两者的共同运动产生。光流计算方法大致可分为三类：基于匹配的、频域的或梯度的方

8、法。2光流法的优点是能够检测独立运动的