多摄像机环境下的运动目标跟踪技术的研究与应用

摘要

视频监控是安全防范系统的重要组成部分,它以其直观、准确、及时和信息内容丰富而被应用于许多场合。智能视频监控是对传统监控系统的智能化,从而减轻了人员的压力,扩大了监控范围。运动目标跟踪是智能视频监控的主要技术之一,而单摄像机跟踪系统的视野域有限,跟踪目标容易受到其他障碍物的干扰,因此研究多摄像机环境下的运动目标跟踪具有非常重要的意义。
　　本文以变电站场景下的运动目标跟踪为应用背景,研究了重叠多摄像机的目标跟踪方法,主要包括以下内容:
　　1.改进了一种基于一维标定物的多摄像机标定算法。该算法根据已知的点对应得到每组摄像机的基础矩阵,然后利用每个基础矩阵得到对应的每组摄像机的射影矩阵。为了从射影矩阵得到欧氏矩阵,完成多摄像机的标定,可以经过如下两个阶段得到由射影矩阵转化为欧氏矩阵的变换矩阵:第一阶段是求解第一组摄像机的变换矩阵,第二阶段是使用不同方法得到其他组摄像机的变换矩阵。
　　2.为了给运动目标跟踪算法提供输入数据,首先比较了背景减除法、一维高斯模型、高斯混合模型和核密度估计四种基于背景的前景目标提取算法,综合考虑之后选择背景减除法作为运动目标提取算法。然后详细叙述了概率占用图的构建方法,该概率占用图以运动目标的前景二值图像作为输入,产生目标在场景中出现的概率的近似值,该近似值可以作为后续运动目标跟踪算法的输入数据。
　　3.提出了结合 k最短路径和基于颜色的线性规划算法来求解多目标运动轨迹的方法。首先根据多个摄像机的监控区域建立网络流,以目标在监控区域中出现的后验概率计算各个时刻目标最有可能经过的网络节点。为了加快求解速度,提出了利用 k最短路径算法作用于网络流以得到 k个目标运动轨迹的方法。但是 k最短路径跟踪算法没有考虑目标的颜色信息,因此接下来提出了使用 k最短路径与基于颜色的线性规划相结合的方法,这种方法不仅降低了计算的时间复杂度,而且利用了目标的颜色信息,提高了跟踪的准确性。
　　4.设计了一个变电站场景下的跟踪系统。该系统使用多个摄像机对变电站的室内室外区域进行实时监控,利用本文提出的多摄像机跟踪算法对监控区域中的运动目标进行实时跟踪,同时保存监控数据,为事后管理人员提供帮助。

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第一章 绪 论

1.1 选题背景及意义

1.2 研究现状

1.3 主要工作

1.4 结构安排

第二章 基于一维标定物的多摄像机标定

2.1 一维标定物

2.2 基于消失点的多摄像机标定

2.3 一种新的基于一维标定物的多摄像机标定算法

2.4 实验结果与分析

2.5 本章小结

第三章 基于重叠多摄像机的运动目标检测

3.1 前景提取算法

3.2 概率占用图

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

第四章 基于重叠多摄像机的运动目标跟踪

4.1 基于概率占用图的目标跟踪原理

4.2 动态规划算法求解目标运动轨迹

4.3 结合k最短路径与线性规划算法求解多目标运动轨迹

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第五章 变电站场景下的多摄像机跟踪系统设计

5.1 系统整体结构

5.2 多摄像机标定

5.3 运动目标检测

5.4 生成概率占用图

5.5 跟踪算法实现多目标跟踪

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文主要贡献

6.2 下一步工作的展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果