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1、l基于背景差分法的物体识别基于背景差分法的物体识别OBJECT RECOGNITION BY BACKGROUND DIFFERENCE METHOD专专 业：业： 自动化自动化姓姓 名：名： 指指 导导 教教 师：师： 申请学位级别：申请学位级别： 论文提交日期：论文提交日期： 学位授予单位：学位授予单位： 摘 要图像识别技术在很多领域都是产业现代化的基础，所以在当今社会它成为了研究的热门学科。由于被测物体会由于时间的不同，背景的不同，气候的不同,被测物体会表现出不同的外形特征，具有错综复杂和瞬间转变的性质1，所以图像识别的准确率一直是一个难以解决的课题。而基于背景差分的图像识别技术则能很好
2、地解决这一困难的问题，它是整个图像识别领域中最基础并且可靠性最高的一门科学2。这种方法以将背景图片与实时图像作差分的方法有效提高普通图像识别方法的准确度3，也可以对运动物体做出准确性较高的识别，并且具有较快的处理速度，能在 OpenCV1.0 的帮助下完成目标。目前，基于背景差分的图像识别主要应用于车辆流量检测技术4、车牌检测5、弱信号的目标检测、稻米粒优劣的判断、运动人体检测等领域。本文使用 USB 外接摄像头从外界获得背景与被测视频流，在 Windows 系统下利用 Visual Studio C+6.0 与 OpenCV 1.0 结合编程的方法6，对背景与被测视频流做差分，从而达到物体识
3、别的目的。由于使用的摄像头分辨率较低，所以测量的结果精确度并不是很高，测量物体也较为简单，如何利用高分辨率的摄像头以及高版本OpenCV 函数来识别更复杂的被测物体是今后的研究目标。关键词： 背景差分； 图像识别； Opencv；Visual Studio C+6.0 ABSTRACTImage Recognition has been one of the most popular deciplines because that its the key of Industrial modernization in numerous fields. The measured objects w
4、ill be in difference shape for the difference of seasons; background and temperature.They are complex and variable, thus, its really a tough work to increase the accuracy of Image Recognition. Image recognition technology based on background subtraction, a subject that is very reliable and accurate
5、in the Image Recognition field, solves that problem well.This method improves the accuracy effectively by differencing the video stream to a background picture, it also can identificat the moving subject effectively, it can progress a subject in high speed by the using of the opencv 1.0. At present,
6、 Image Recognition is often utilized in the field such as vehicle traffic detection technology，target detection of weak signals, judge the merits of rice and Human Movement detection,there we get backgroud and video stream from the outside world by USB external camera, programme with opencv 1.0 by v
7、isual studio C+6.0 in the operating system of Windows.Then we identificate a subject by differencing backgroud and video stream.The acurracy of Image Recognition is below the ideal situation because of the resolution of USB external camera.Also the subject is very simple.Its our future research goal
8、s that using USB external camera with a high resolution and a high version of the opencv function to identificate more complex objects.Key words: Background difference；Image Recognition；opencv；visual studio C+6.0目 录摘 要.IABSTRACTII目 录III第一章前言1第一节 计算机领域的物体识别的发展历史1第二节 计算机图像获取技术现状及前途2第三节 计算机图像识别技术现状及前途4
9、第四节 色彩标准分类5第二章差分法应用6第一节 数学中的差分法6第二节 背景差分法和帧间差分法6第三章Opencv 的介绍与使用.8第一节 opencv 简介 .8第二节 有关图像识别的 opencv 函数 9第四章利用 C+实现图像获取与识别13第一节 C+的发展阶段.13第二节 C+的特点14第三节 基于背景差分法的物体识别的程序14第四节 程序运行结果22第五章结论27参考文献28致 谢301第一章 前言本章主要介绍了与论文相关的计算机的发展历程和计算机图像识别和背景 差分的发展现状，并列举了一系列的研究成果，论述了本实验的实验目的以及 工作条件。第一节 计算机领域的物体识别的发展历史图
10、像识别，又称计算机图像识别，指通过计算机摄录或存储等途径获得的图片进行处理，分析最终对其进行识别理解的过程。在工业生产自动化的当代社会，仅仅通过人类对物体进行感官判断来辨别产品或者其他事物显然已经不能满足快节奏运转的世界，在这种大背景下，计算机图像识别技术诞生了，它通过摄像头从外界获取视频形式的数据，再将其变成图片形式数据，和已经输入的或者即时更新的数据作比较，以此来判断目标物体是否符合要求，这一工作模式十分类似于人脑和眼的协调工作模式，因此计算机图像识别这一技术在很多行业迅速得到应用，利用摄像头工作的计算机，甚至机器人等高科技产品不断产生，在一些高危险性，环境恶劣，可活动体积小等不适合人类行
11、动或需长时间工作的特殊环境下发挥了重要作用，大大的降低了特殊职业人群的工作环境和生存率，也加快了行业发展速度。在这一社会大环境下，越来越多的企业以及个人都着手研发计算机图像识别这一门科学，计算机 1946 年被发明至今这不到 100 年时间里，计算机图像识别技术已经获得了很大的进步。工业自动化以来，每个工厂每天都要出厂数以万计的产品，由自动化流水线制造的产品虽然次品率已经极大降低，但还是存在，用人眼来判断正品次品虽然可行，但是需要耗费大量人力物力，不但降低了生产效率，还为企业浪费大量资金，在企业的需要下，产生了基于图像识别的次品监测装置，该装置只需要少量操作人员，而且操作简单，一般工人经过培训
12、即可使用，既加快了工作效率，也节约了资金，迅速在工业生产、制造业广泛应用。洪水、地震、火灾乃至核事故造成的辐射等等恶劣环境下往往是人类所不能长期停留甚至不能生存的，一旦遇到这些事故，救援工作往往十分难以展开，救援人员经常束手无策，坐视一个个生命远去。为了改变现状，科学家研制出一种救灾机器人，它能在这些环境下以人操作，和自主探测方式进行救灾活动，提高了救援速度，也提高了救援人员的生还率，立即成为世界机器人研究界的研究热点。在当今社会反恐环境日益严峻的情况下，相应的武器装备的改变也在悄然发生，二战以来的大威力，大杀伤2力进程火炮逐渐失去了原来的地位，取而代之的是火力适当，附带伤害小的精确战术武器电
13、视制导导弹，图像制导导弹，这种武器快速精确，能够有效打击武装分子并把平民伤害降到最低，符合当今世界人道主义的主题，逐渐受到各国的青睐。人脸识别是现今最热门的研究方向之一，在磁卡解锁的锁闭方式安全性以及稳定性不能得到保证的情况下，愈来愈多的对安全性要求过高的机构采取了人脸识别或虹膜识别模式，虽然价格昂贵，仪器体积庞大，具有科研能力的单位较少，但这种方式具有可靠性高，使用方便等优势。迄今为止，图像识别领域已经取得了极大的进步，但随着科技的发展，它随时都有可能获得更大的进步。第二节 计算机图像获取技术现状及前途自 1973 年面世以来，摄像机一直是人类记录动态物体的唯一方法，在计算机上应用的图像获取
14、装置也只有摄像头，所以摄像头的发展极大地影响了图像获取技术的发展。40 多年前美国安培公司推出世界第一台可以投入实际使用的摄像机。这种摄像机采用摄像管作为摄像元件，因此寿命低，性能不稳定而且价格高昂等缺陷限制了摄像机的普及，一直到摄像机的下一次革命，这种高贵的产品一直只能用于特定领域，无法民用化。1976 年，摄像机技术迎来了一次革命性的飞跃。JVC 公司推出第一台家用摄像机，使用的是 VHS 格式（Video Home System，家用摄像系统） ，VHS 采用12.65 毫米盒带，极大地降低了摄像机价格，简便了其操作，使其在推出之后广受大众喜爱，迅速在民用市场上普及，将摄像这一技术带入人
15、们观念。在市场的推动下，VHS 很快暴露出了其弱点清晰度低，仅仅有 250 线的清晰度广为使用者诟病，为弥补这一不足，JVC 公司很快研制出一种 SVHS 摄影机，这种摄像机可以拍摄高达 400 线的视频，满足了大众需求。然而 VHS 与 SVHS 庞大的体积却让它在流通的时候遇到了巨大的阻力，因此，1982 年，VHS-C 和 S-VHS-C 两个型号的摄像机应运而生。这两种摄像机的机能与前两种相差无几，均使用同样宽度的磁带，可以通过适配器连接到录像机上观看，但 92mm X 69mm X 23mm 的轻便体积让其在对前者的竞争中占尽优势，称为社会主流，摄像机也由这股风潮进入我国。VHS-C
16、 和 S-VHS-C 的成功并没有终结摄像机轻便小体积化的脚步，反而加速了其进程，继 JVC 公司之后，索尼（SONY） ，夏普（Sharp） ，佳能（Canon）也推出了自己的小型摄像机8mm 摄像机，通称 V8。这种摄像机采用 8mm 磁带，体积的缩小给摄像3机带来的负面效果就是拍摄清晰度降低为 270 线，而且这种摄像机拍摄的磁带不能再用 VHS 录像机播放，只能用摄像机播放。V8 面世不久，索尼公司又独自推出了一款家用摄像机Hi8，同样使用8mm 磁带的 Hi8 结构更加精密，摄像清晰度达 400 线，将家用摄像机性能推至又一高水平。随着时代发展，VHS、SVHS、VHS-C、S-VHS-C、V8 和 Hi8 都不能满足用户需求，于是，DV 应运而生。DV，全称 digital video camrecoder（数码摄像机） ，以小体积的 Mini DV 为存储介质，分辨率可达 500 线远高于前面任何一种摄像机的清晰度的低于 400
