复杂背景中目标相关跟踪算法的研究及实现

摘要

随着科学技术的迅猛发展，相关跟踪技术的研究在军事跟踪、安防监控、机器人等技术发展中有着广阔的应用前景和重要的理论意义。在实际目标跟踪过程中，特别是复杂背景中的目标跟踪，由于目标机动性高，对目标的跟踪相对困难。在此跟踪条件下，相关跟踪算法是最常用的一种，它易于实施、跟踪精度高，但其计算量大、易累积误差，使其不利于在实际跟踪系统中使用，针对相关跟踪算法存在的问题，本文对其进行了分析和研究。 本文主要研究基于图像灰度的相关跟踪算法，并在此基础上构建了一个实时目标跟踪系统的实验验证平台，实现对复杂背景中运动的目标进行实时跟踪。首先，在分析、比较现有的相关跟踪算法的基础上，采用跟踪性能较好的去均值相关跟踪算法；其次，通过去均值相关跟踪算法公式的变形和跟踪波门的设置相结合，减少相关度量的总体计算量：再次，将本文提出的模板更新策略、目标失锁判断及重新捕获准则与相关跟踪算法相结合，来解决跟踪过程中可能会出现的目标局部遮挡情况下与目标丢失的跟踪、目标重新捕获等问题；然后，建立一个云台控制系统，该系统接收图像处理后的目标位置信息，并利用Ⅵsual C++提供的串口控件MSComm向云台发送相应的控制指令，实现实时监控跟踪目标；最后，构建一个基于相关跟踪算法的实时目标跟踪系统实验验证平台，对本文改进的相关跟踪算法进行验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2目前该领域的研究概况及存在问题

1.2.1目前研究概况

1.2.2目前存在的问题

1.3本文主要研究工作

1.4本文结构安排

第2章电视图像跟踪系统概述

2.1电视图像跟踪系统总体结构

2.2课题主要软硬件环境

2.3系统的软件结构

2.3.1目标视频图像序列采集

2.3.2设定跟踪波门和目标模板

2.3.3图像预处理

2.3.4目标检测

2.3.5目标图像取差

2.4本章小结

第3章相关跟踪算法

3.1相关跟踪算法

3.1.1相关跟踪算法的基本原理

3.1.2初始模板的选取

3.2基于图像像素灰度值的相关算法

3.2.1绝对平衡搜索算法(ABSA)

3.2.2归一化互相关算法(NCCA)

3.2.3去均值相关算法(MRCA)

3.3相关跟踪的快速匹配算法

3.3.1序贯相似度检测算法(SSDA)

3.3.2粗精匹配算法

3.4本章小结

第4章基于以太网的云台跟踪系统构成

4.1云台控制系统结构

4.2网络通信协议

4.2.1 Winsock概述及通信协议分析

4.2.2网络通信的实现

4.3串口通信

4.3.1串口通信方式

4.3.2 MSComm控件的设置

4.3.3数据的发送

4.4云台控制代码

4.5云台控制实验及结果分析

4.6本章小结

第5章目标自动跟踪技术的实现

5.1相关跟踪算法的实现

5.1.1相关算法的选择

5.1.2去均值相关算法的简化

5.2目标的提取

5.2.1目标自动选取

5.2.2人为目标选取

5.3目标模板的选取

5.3.1模板的类型

5.3.2模板的大小

5.4跟踪波门

5.5模板自适应更新策略

5.6目标的失锁判断及重新捕获

5.6.1目标的失锁判断

5.6.2目标的重新捕获

5.7目标局部被遮挡情况的处理

5.8本章小结

第6章目标跟踪实验

6.1实验目的

6.2实验设备

6.3实验系统工作原理

6.4实验结果及分析

6.4.1目标由远及近的跟踪实验

6.4.2目标丢失及重新捕获实验

6.4.3目标遮挡实验

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢