基于字典學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤算法研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、最近幾十年，隨著國家經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，國家綜合實(shí)力獲得了快速增長。計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、通信技術(shù)和多媒體技術(shù)等科學(xué)技術(shù)得到了長足的發(fā)展，其中，計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)已經(jīng)成為當(dāng)下最熱門的科學(xué)技術(shù)之一。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)匯集了計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域里大量的研究人員，在視頻圖像分析中，獲得了大量的應(yīng)用，同時(shí)，它也是一門較前沿和跨多種學(xué)科的技術(shù)，融合了模式識(shí)別、圖像處理、人工智能等多領(lǐng)域的理論知識(shí)。經(jīng)過多年的發(fā)展，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)在軍事制導(dǎo)、安防監(jiān)控、

2、智能交通、氣象分析、視頻編碼和視覺導(dǎo)航等多個(gè)領(lǐng)域得到了廣闊的應(yīng)用，并取得了大量的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　目標(biāo)跟蹤是視頻圖像分析中的核心和難點(diǎn)技術(shù)，跟蹤結(jié)果對(duì)智能監(jiān)控系統(tǒng)的效果起到了決定性的作用。在理論和實(shí)際應(yīng)用中，該課題仍有些許問題和難點(diǎn)尚待解決。在復(fù)雜并動(dòng)態(tài)變化的場景下，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)除了會(huì)受到周圍環(huán)境的影響，其自身運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的觀測形變也會(huì)帶來檢測和跟蹤的難度。
　　傳統(tǒng)的基于圖像特征匹配的跟蹤算法中提取的尺度不變特征可以獲得較好的匹

3、配跟蹤效果，然而這樣的特征提取比較耗時(shí)。本文提出了一種魯棒的實(shí)時(shí)目標(biāo)跟蹤方法，通過提取目標(biāo)的多尺度平移、旋轉(zhuǎn)特征來構(gòu)建冗余字典，提高了算法的魯棒性，并利用此字典表示待跟蹤目標(biāo)集特征，查找與目標(biāo)模板最近鄰的待跟蹤目標(biāo)則為跟蹤的最終結(jié)果。這種基于字典學(xué)習(xí)的實(shí)時(shí)跟蹤算法可以魯棒實(shí)時(shí)地跟蹤單目標(biāo)。本文的主要研究內(nèi)容和工作如下：
　　1.結(jié)合當(dāng)前的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了現(xiàn)有的目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù)，分析了各種不同算法的優(yōu)缺點(diǎn)。典型的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法有

4、兩種：基于運(yùn)動(dòng)分析的跟蹤算法和基于圖像模板匹配的跟蹤算法；基于運(yùn)動(dòng)分析的方法有光流法、背景建模法，此方法無法解決目標(biāo)長期靜止時(shí)的跟蹤問題；基于圖像模板匹配的方法通過獲得目標(biāo)的特征信息，并將該信息與目標(biāo)模板信息對(duì)比來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。目標(biāo)特征提取的質(zhì)量會(huì)影響整個(gè)算法的性能。
　　2.針對(duì)傳統(tǒng)的圖像匹配跟蹤算法的不足，本文構(gòu)建圖像特征集合的冗余字典來跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。本文提出的目標(biāo)跟蹤算法由分類和學(xué)習(xí)兩部分組成。分類階段從采樣圖像中分類出最大

5、可能包含目標(biāo)的圖像，即實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)跟蹤的問題。分別提取采樣圖像的多尺度特征，目標(biāo)特征信息通過字典投影到變換空間并保留了原始特征信息。學(xué)習(xí)階段是對(duì)目標(biāo)模板和字典的更新，跟蹤到新的目標(biāo)位置后在其附近采樣一定的正樣本，對(duì)正樣本適當(dāng)?shù)某叨?、旋轉(zhuǎn)、仿射等變換構(gòu)成訓(xùn)練樣本，然后提取訓(xùn)練樣本的Haar-like特征，聚類后的Haar-like特征構(gòu)成新的完備基，同時(shí)采集的正樣本特征在新的完備基上的投影便是新的特征模板，此模板就是原始特征信號(hào)的表示。

6、r>　　3.算法的實(shí)時(shí)性在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn)，嵌入式系統(tǒng)由硬件平臺(tái)和上位機(jī)軟件平臺(tái)兩部分組成。本文選擇Camera Link接口的數(shù)字相機(jī)，該接口是為數(shù)字相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)傳輸提出的一種接口協(xié)議和標(biāo)準(zhǔn)，其最高的傳輸速率達(dá)到2.38 Gbps。FPGA接收到高速實(shí)時(shí)圖像信號(hào)后整理打包給DSP進(jìn)行目標(biāo)跟蹤處理，跟蹤結(jié)果通過PCI傳輸給上位機(jī)實(shí)時(shí)顯示。
　　本文對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤算法做了詳細(xì)的研究，結(jié)合傳統(tǒng)的目標(biāo)跟蹤算法的優(yōu)缺點(diǎn)，在算法的計(jì)算復(fù)