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1、运动物体跟踪算法的设计与实现 摘要：运动目标的检测与跟踪是计算机视觉和图像编码领域的重要研究之一，在军事、 医学和科研等领域都有广泛的应用。运动目标检测与跟踪算法的设计直接影响跟踪效 果的准确性和稳定性，研究设计鲁棒性好、精确度高的跟踪算法一直是计算机视觉领 域的研究热点之一。 本文主要设计实现基于 OpenCV 的运动物体跟踪算法。论文首先概述了系统开发环 境和运动物体跟踪算法；然后论文详细描述了基于 OpenCV 实现运动物体跟踪算法的数 据结构；其次重点讨论了如何设计实现判断每一个像素是前景还是背景的前景检测模 块、使用前景检测的结果检测新进入场景的新团块检测模块、团块跟踪模块、轨迹生
2、成、轨迹后处理以及物体跟踪流程模块等；最后论文对运动物体跟踪算法进行了初步 理论分析。 关键词：图像处理；运动跟踪；目标检测；Kalman 滤波器 DesignDesign andand ImplementationImplementation ofof thethe MotionMotion ObjectObject TrackingTracking AlgorithmsAlgorithms Abstract: Motion object detection and tracking is the main research field in computer vision and imag
3、e coding, which has been widely applied in military，medicine and scientific research etc. The accuracy and stability of tracking effect depend on the design of algorithms to a great extent. It is still one of research hot point to research design an accurate and robust algorithm in computer vision.
4、This article main design realizes based on the OpenCV mobile track algorithm. The paper has first outlined the system development environment and the mobile track algorithm; Then the paper described in detail has realized the mobile track algorithm construction of data based on OpenCV; How did next
5、discuss has designed realizes judges each picture element is with emphasis the prospect or the background prospect examination module, the use prospect examination result examination enters the scene newly the new briquetting examination module, the briquetting track module, the path production, the
6、 path post-processing as well as the object track flow module and so on; Finally the paper has carried on the preliminary theoretical analysis to the mobile track algorithm. Keywords: Image Processing，Motion Tracking，Object Detection，Kalman Filter I 目录 序言 .1 第 1 章 系统开发环境概述 2 1.1 VISUAL C+ 2 1.1.1 Vi
7、sual C+的特点 2 1.1.2 VC+的组成 2 1.2 OPENCV 3 1.2.1 OpenCV 的特点3 1.2.2 OpenCV 的功能4 1.2.3 OpenCV 模块4 第 2 章 运动物体跟踪算法概述 5 2.1 运动物体跟踪算法研究的背景和发展现状 5 2.1.1 论文的背景及意义 5 2.1.2 运动物体跟踪算法的研究和发展现状 5 2.2 运动跟踪系统的技术概述 7 第 3 章 运动物体跟踪算法具体描述 8 3.1 背景统计量的累积 8 3.2 运动模板 9 3.3 对像跟踪 .11 II 3.4 光流 .14 3.5 预估器 .16 第 4 章 运动物体跟踪算法正确
8、性测试 .20 4.1 基本结构 .20 4.1.1 团块 .20 4.1.2 团块列表 .21 4.1.3 团块跟踪参数 .21 4.2 模块描述 .22 4.2.1 前景检测模块 .22 4.2.2 新团块检测模块 .23 4.2.3 团块跟踪模块 .24 4.2.4 轨迹生成模块 .26 4.2.5 轨迹后处理模块 .27 4.2.6 跟踪流程模块 .29 4.3 程序运行结果与分析 .30 第 5 章 运动物体跟踪性能初步理论分析 .31 5.1 打印帮助 .31 5.2 分析输入参数 .31 5.3 打开视频 .32 5.4 打印参数 .32 5.5 创建所需要的模块 .33 5.6
9、 处理视频 .34 III 结束语 35 参考文献 36 致谢 38 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 38 页 运动物体跟踪算法的设计与实现 序言 随着计算机技术、通信技术、图像处理技术的不断发展，计算机视觉的应用领域 已经迅速拓宽，视频图像中运动物体的检测与跟踪已经成为该领域一个非常活跃的课 题。无论在民用还是军用方面，运动物体跟踪系统都获得了广泛的应用，例如在交通 监控、天文观测、医学研究、军事导航、运动分析等领域都有很高的实用价值。尤其 在军事应用中，运动物体跟踪技术已被成功地用于武器的成像制导、侦察和监视方面。 运动目标检测与跟踪处于整个视觉监视系统的最底层，是
10、各种后续高级处理如目 标分类、行为理解等的基础。运动目标检测是指从视频流中实时提取目标，一般是确 定目标所在区域和颜色特征等。目标检测的结果是一种“静态”目标前景目标， 由一些静态特征所描述。运动目标跟踪则指对目标进行连续的跟踪以确定其运动轨迹。 受跟踪的目标是一种“动态”目标运动目标，与前景目标相比，描述它的特征中 多了动态特征（如运动参数等） 。 运动物体跟踪算法是为了实现对视频中运动物体的跟踪。算法主要通过提取视频 中的图像帧序列，运用数字图像分析技术，识别出运动物体，进而对运动物体进行跟 踪，最终得到运动物体的轨迹。运动物体跟踪算法是智能视频监控的重要组成部分， 设计实现该算法具有一定
11、的实用价值。 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 38 页 第 1 章 系统开发环境概述 在 Windows 平台上使用 VC 开发环境，综合运用数字图像处理技术，基于 OpenCV 设计实现运动物体跟踪算法。 1.1 Visual C+ 1.1.1 Visual C+的特点 Visual C+是 Microsoft 公司推出的开发 Win32 环境程序，面向对象的可视化集 成编程系统。从功能上来看，它除了继承了 MFC1.0 的全部功能外，还增加了以下新 的特性： 1）全面支持文件的 Open、Save 和 Save As 等菜单项，并且采用了最近才使用的 文件列表形式。
12、 2）可以方便地进行打印和打印预显。 3）支持滚动窗口和切分窗口（Splitter Window） 。 4）支持工具条（Toolbar）和状态条（Status bar） 。 5）能够处理 Microsoft Visual Basic 控制。 6）能够方便地实现上下文相关帮助（Context Sensitive Help） 。 7）能够自动处理进入对话框中的数据。 8）实现 OLE 的接口更加简单、方便。 因此，它现在已经成为开发 Win32 环境程序，包括图像处理程序的主要开发工具。 1.1.2 VC+的组成 Visual C+包含了两套完整的 Windows 应用开发系统。由以下的部分组成：
13、 1）Visual 工作平台和创建过程：这是一个运行于 Windows 上的交互式开发环境， 它是直接从 Microsoft QuickC for Windows 演化而来的。 2）App Studio 资源编辑器：堪称是 Windows 应用，同时它本身就是通过使用 Visual C+工具及类库编写而成的，可以对自身的资源进行编辑。 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 38 页 3）C/C+编译器：Visual C+的编译器可以处理 C 和 C+源代码，它通过源代码文 件后缀来识别代码本身所使用的语言。 4）连接器：为了生成 EXE 文件，Visual C+的连接器需要对
14、编译器所生成的 OBJ 文件进行处理。 5）资源编译器：在编译状态和联编状态都要用到资源编译器。 6）调试器：为了能够对程序进行调试，在创建程序时必须设置编译器和连接器相 应的选项以便产生相应的可调试信息。 7）AppWizard：它会按照用户通过对话框指定的特性、类名及源代码文件名来产 生 Windows 应用的工作构架。 8）ClassWizard：能够给出原型、函数体以及将消息同应用框架相联系的相应代 码。 9）源程序浏览器：能够使人们从类或函数的角度来了解程序。 10）联机帮助：有关 WindowsSDK 参考手册及类库参考手册的全部内容都包含在 Visual C+的联机帮助中。 11
15、）Windows 诊断工具：用于对手工编制的 make 文件进行处理的 NMAKE 程序。 1.2 OpenCV OpenCV这一名称包含了Open和Computer Vision两者的意思。实际上，Open指 Open Source（开源，即开放源代码） ，Computer Vision则指计算机视觉。OpenCV 是Intel资助的开源计算机视觉库。它由一系列C函数和少量C+类构成，实现了图 像处理和计算机视觉方面的很多通用算法。 OpenCV拥有包括300多个C/C+函数的跨平台的中、高层 API。它不依赖与其它 的外部库，尽管也可以使用某些外部库。 1.2.1 OpenCV 的特点 O
16、penCV 作为开放的数字图像处理和计算机视觉软件平台，有以下特点： 1）开放 C 源码。 2）基于 Intel 处理器指令集开发的优化代码。 3）统一的结构和功能定义。 江苏技术师范学院毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 38 页 4）强大的图像和矩阵运算能力。 5）方便灵活的用户接口。 6）同时支持 MS-Windows 和 Linux 平台。 1.2.2 OpenCV 的功能 1）对图像数据的操作，包括分配、释放、复制、设置和转换数据。 2）对图像和视频的输入输出，指文件和摄像头作为输入，图像和视频文件作为输 出。 3）具有对矩阵和向量的操作以及线性代数的算法程序，包括矩阵积、解方程、特 征值以及奇异值等。 4）可对各种动态数据结构，如列表、队列、集合、树和图等进行操作。 5）具有基本的数字图像处理能力，如可进行滤波、边缘检测、角点检测、采样与 差值、色彩转换、形态操作、直方图和图像金字塔等操作。 6）可对各种结构进行分析，包括连接部件分析、轮廓处理、距离变换、各种距的 计算、模板匹配、Hough 变换、多边形逼近、直线拟合、椭圆拟合
