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1、图像探测、跟踪与识别技术实验报告专业： 探测制导与控制技术 学号： 11151201 姓名： 王进 2014 年 11 月图像探测、跟踪与识别技术实验 1实验三 复杂场景下目标的检测与跟踪一、实验目的1. 学习不同目标跟踪算法，对比不同算法对于复杂场景的效果；2. 学习 OpenCV 与 VS2010 的联合编程，提高编程能力。二、实验要求1. 要求学生至少使用一种目标跟踪算法对视频中出现的目标进行跟踪；2. 检验所选算法在复杂场景下的效果；3. 使用 VS2010/2012 和 OpenCV 进行编程；4. 本实验不要求目标检测，所以目标可以手动标出。三、实验步骤1. 想办法找到目标（可手动
2、框出） 。2. 编写目标跟踪函数代码；四、实验报告1、 CAMSHIFT 算法原理CAMSHIFT 算 法 是 利 用 目 标 的 颜 色 直 方 图 模 型 将 图 像 转 换 为 颜 色 概 率 分 布 图 ， 初 始化 一 个 搜 索 窗 的 大 小 和 位 置 ， 并 根 据 上 一 帧 得 到 的 结 果 自 适 应 调 整 搜 索 窗 口 的 位 置 和 大 小 ，从 而 定 位 出 当 前 图 像 中 目 标 的 中 心 位 置 。这 个 算 法 可 以 分 为 三 个 部 分 ：1、 色 彩 投 影 图 （ 反 向 投 影 ） ：(1).RGB 颜 色 空 间 对 光 照 亮
3、度 变 化 较 为 敏 感 ， 为 了 减 少 此 变 化 对 跟 踪 效 果 的 影 响 ， 首先 将 图 像 从 RGB 空 间 转 换 到 HSV 空 间 。 (2).然 后 对 其 中 的 H 分 量 作 直 方 图 ， 在 直 方 图 中代 表 了 不 同 H 分 量 值 出 现 的 概 率 或 者 像 素 个 数 ， 就 是 说 可 以 查 找 出 H 分 量 大 小 为 h 的 概率 或 者 像 素 个 数 ， 即 得 到 了 颜 色 概 率 查 找 表 。 (3).将 图 像 中 每 个 像 素 的 值 用 其 颜 色 出 现的 概 率 对 替 换 ， 就 得 到 了 颜 色
4、概 率 分 布 图 。 这 个 过 程 就 叫 反 向 投 影 ， 颜 色 概 率 分 布 图 是 一个 灰 度 图 像 。2、 MEANSHIFTMEANSHIFT 算 法 是 一 种 密 度 函 数 梯 度 估 计 的 非 参 数 方 法 ， 通 过 迭 代 寻 优 找 到 概 率 分 布的 极 值 来 定 位 目 标 。算 法 过 程 为 ：(1).在 颜 色 概 率 分 布 图 中 选 取 搜 索 窗 W(2).计 算 零 阶 距 ：计 算 一 阶 距 ：图像探测、跟踪与识别技术实验 2计 算 搜 索 窗 的 质 心 ：(3).调 整 搜 索 窗 大 小宽 度 为 ； 长 度 为 1.
5、2s；(4).移 动 搜 索 窗 的 中 心 到 质 心 ， 如 果 移 动 距 离 大 于 预 设 的 固 定 阈 值 ， 则 重 (2)(3)(4)，直 到 搜 索 窗 的 中 心 与 质 心 间 的 移 动 距 离 小 于 预 设 的 固 定 阈 值 ， 或 者 循 环 运 算 的 次 数 达 到 某一 最 大 值 ， 停 止 计 算 。 关 于 MEANSHIFT 的 收 敛 性 证 明 可 以 google 相 关 文 献 。3、 CAMSHIFT将 MEANSHIFT 算 法 扩 展 到 连 续 图 像 序 列 ， 就 是 CAMSHIFT 算 法 。 它 将 视 频 的 所 有
6、帧 做MEANSHIFT 运 算 ， 并 将 上 一 帧 的 结 果 ， 即 搜 索 窗 的 大 小 和 中 心 ， 作 为 下 一 帧 MEANSHIFT算 法 搜 索 窗 的 初 始 值 。 如 此 迭 代 下 去 ， 就 可 以 实 现 对 目 标 的 跟 踪 。算 法 过 程 为 ：(1).初 始 化 搜 索 窗(2).计 算 搜 索 窗 的 颜 色 概 率 分 布 （ 反 向 投 影 ）(3).运 行 MEANSHIFT 算 法 ， 获 得 搜 索 窗 新 的 大 小 和 位 置 。(4).在 下 一 帧 视 频 图 像 中 用 (3)中 的 值 重 新 初 始 化 搜 索 窗 的
7、大 小 和 位 置 ， 再 跳 转 到 (2)继续 进 行 。CAMSHIFT 算 法 能 有 效 解 决 目 标 变 形 和 遮 挡 的 问 题 ， 对 系 统 资 源 要 求 不 高 ， 时 间 复 杂 度低 ， 在 简 单 背 景 下 能 够 取 得 良 好 的 跟 踪 效 果 。 但 当 背 景 较 为 复 杂 ， 或 者 有 许 多 与 目 标 颜 色相 似 像 素 干 扰 的 情 况 下 ， 会 导 致 跟 踪 失 败 。 因 为 它 单 纯 的 考 虑 颜 色 直 方 图 ， 忽 略 了 目 标 的空 间 分 布 特 性 ， 所 以 这 种 情 况 下 需 加 入 对 跟 踪 目
8、 标 的 预 测 算 法 。2、CAMSHIFT 算法实现在 OpenCV 库 中 ， CvCamShiftTracker 类 就 是 用 来 实 现 CAMSHIFT 算 法 的 ， 使 得 进 行二 次 开 发 变 得 很 简 单 。 该 函 数 为 ： int cvCamShift(const CvArr *prob_image， CvRect window， CvTermCriteria criteria， CvConnectedComp *cornp， CvBox2D *box=NULL)；prob_image： 目 标 直 方 图 的 反 向 投 影 window： 初 始 搜 索
9、 窗 口 criteria： 确 定 窗 口 搜 索 停 止 的 准 则 comp： 生 成 的 结 构 ， 包 含 收 敛 的 搜 索 窗 VI 坐 标 (comp rect 字 段 )与 窗 口 内 有 像 素点 的 和 (comps area 字 段 ) box： 目 标 的 带 边 界 盒 子 。 如 果 非 NULL 则 包 含 目 标 的 尺 寸 和 方 向 。3、实验流程图像探测、跟踪与识别技术实验 34 实 验 结 果 与 分 析本 实 验 中 ， 用 笔 记 本 自 带 的 摄 像 头 来 跟 踪 一 运 动 物 体 ， 下 图 4-图 7 一 系 列 图 像 是 采用 CA
10、MSHIFT 算 法 跟 踪 运 动 物 体 部 分 图 像 。选 定 目 标 ：跟 踪 目 标 ：图像探测、跟踪与识别技术实验 4图像探测、跟踪与识别技术实验 5由 此 可 见 ， 基 于 颜 色 直 方 图 的 CAMSHIFT 算 法 可 以 有 效 地 解 决 目 标 变 形 和 旋 转 问 题 ，而 且 运 算 效 率 很 高 ， 可 以 实 时 跟 踪 运 动 目 标五、思考题1. 复杂背景下如何使用背景差分法进行跟踪？将当前帧减去背景帧即可提取出运动目标，当然还存在有其他一些干扰，若噪声或背景物品的移动。然后再对提取出的感兴趣的目标进行检测跟踪。2. 基于核函数的 meanshift 算法是什么意思？meansift 算法中对区域内所有点都一样处理没有区别，而实际用于跟踪时，考虑到遮挡物等干扰一般都从边界进入而不会从区域内部突然出现，则可以通过对区域边界范围点进行一定程度的忽略从而达到抵抗遮挡的效果。而具体实现则是在 meanshift 算法中通过核函数给各个点加入和位置相关的权。
