基于立体视觉的运动目标轨迹重建技术

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1、硕士学位论文基于立体视觉的运动目标轨迹重建技术MOVINGTARGETTRAJECTORYRECONSTRUCTIONBASEDONSTEREOVISION赵海旭哈尔滨工业大学2016年6月国内图书分类号：TP391.41学校代码：10213国际图书分类号：004密级：公开工学硕士学位论文基于立体视觉的运动目标轨迹重建技术硕士研究生：赵海旭导师：范晓鹏教授申请学位：工学硕士学科：计算机科学与技术所在单位：计算机科学与技术学院答辩日期：2016年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TP391.

2、41U.D.C:004DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMOVINGTARGETTRAJECTORYRECONSTRUCTIONBASEDONSTEREOVISIONCandidate：HaiXuZhaoSupervisor：Prof.XiaoPengFanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：ComputerScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofComp

3、uterScienceandTechnologyDateofDefence：June,2016Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要视频目标的检测跟踪一直是计算机视觉领域研究的热点和难点之一，在智能交通、机器人、人机接口、武器制导、工业控制、医学治疗等方面得到了越来越丰富的应用。其目的是为了捕获视频中感兴趣的目标，为后续的处理提供目标位置和轨迹信息。本文探讨了基于立体视觉原理的运动目标轨迹的三维重建技术。首先利用改进的ViBe运动目标检

4、测算法对图像的颜色和深度信息建模，根据图像颜色和深度的变化检测出视频中的运动目标，提取出精确的目标图像。随后用改进的KCF跟踪方法跟踪运动目标，在保持原算法对目标的变化适应性的同时，针对目标长时间遮挡的情况做出了改进，使跟踪过程更加稳健，避免了跟踪漂移的发生。最后基于立体视觉原理计算出目标的三维空间位置，将计算出的轨迹点根据需要拟合成目标轨迹。在运动目标检测阶段，传统的ViBE（VisualBackgroundExtractor）运动目标检测算法常常会产生一些人们不期望的前景区域，例如Ghost区域、目标阴影、光照变化

5、等。本文提出了一种利用深度的相对变化模式来识别前景与背景的改进ViBE检测算法。首先利用图像颜色与深度信息建立双背景模型；随后利用颜色背景模型检测当前帧内可能的前景区域；最后引入深度背景模型识别前景区域中存在的虚假活动前景，给出了背景区域、鬼影区域、阴影区域的背景模型更新方法。算法实现简单、计算量小，对于前景假目标有较高的辨识能力，能够同时消除多种错误前景，并且对于深度图像中的无效深度、噪声等进行了处理，可靠性大大提高。实验结果表明，本算法可以有效消除Ghost区域、目标阴影、光照变化等情况，与ViBE算法相比平均检测

6、精度上升了34.68%，在处理640*480的彩色图像时运行的平均FPS为34.96，完全能够满足实时处理的要求。在运动目标跟踪阶段，传统的KCF（KernelizedCorrelationFilter）目标跟踪算法在处理长时间遮挡时会发生漂移。为了解决这个问题，本文提出了利用目标区域深度分布信息识别目标遮挡、动态调节模型更新率以及合成训练集减少负样本噪声的改进KCF算法。首先，根据目标区域的深度分布情况计算目标遮挡率；随后利用目标遮挡率调节模型更新率，使目标在发生遮挡时适当降低模型更新率；最后在目标发生遮挡时利用遮挡

7、MASK合成目标训练集，使跟踪模型向目标逼近。经过处理，改进的KCF算法有效地减少了负样本噪声，保持了跟踪器对目标的稳定跟踪，能够适应目标长时间遮挡的情况。-I-摘要最后介绍了针对清晰和模糊目标的轨迹重建技术，对于清晰目标，利用目标特征点和区域匹配相结合的图像自动匹配技术，精细重建目标上的点，用目标点坐标计算目标质心，得到目标空间位置。对于运动模糊目标，针对双目视频中左右视图的运动目标不同步的问题，提出了利用轨迹插值的方法解决运动目标匹配的问题。运用方向微分方法求出瞬时目标运动方向，基于目标瞬时运动方向的导数与质心位置

8、信息，利用Hermite插值方法得出方向导数和位置信息逼近真值的质心轨迹,每一对同步帧产生插值的空间轨迹点。为提高轨迹重建的准确度，减少测量过程中的随机误差，探讨了采用针对同一目标多角度测量的方法来提升精度。最后，将不同时刻得到的目标位置信息，利用非线性曲线拟合技术得到目标运动轨迹。关键词：立体视觉；目标检测；目标跟踪；轨迹重建；