基于视频监控系统运动目标检测跟踪算法的研究与实现

基于视频监控系统运动目标检测跟踪算法的研究与实现内容摘要：

算法都存在自己的优势和缺陷 ,而且都只能 针对某种特定的环境才能够产生较好的检测、跟踪的效果。 就目前而言 ,不存在一个通用 的算法来解决这个问题。 因此 ,对于目标检测和跟踪算法的分析研究是和有必要的 ,也是 我们进行算法设计的一个必要的基础。 研究内容及创新点 本文选取视频序列中的运动目标的检测和跟踪作为研究重点。 最终 在嵌入式系统平台 上 , 结合 OpenCV 进行具体运动目标检测和跟踪算法的实现。 针对运动目标的正确识别与 分割 、 物体 之间 的相 互遮 挡和 重叠 、 处理 的实 时性 等难 点进 行研 究 , 着力 解决 这几 个难 点。 本文主要内容总结如下 : 在运 动目 标检 测方 面 : 重 点分 析目 前较 广泛 使 用的 光流 法 、帧 差法 、背 景差 分 法 , 指 出这 些算 法的 优 缺点 ,提 出 适用 于嵌 入式 系统 的检 测 方法 ,并 说 明该 算法 在 嵌入 式 linux 上面的实现 方式。 在 运动目标 跟 踪方 面 : 本 文将 详细 研究 运动 目 标跟 踪的 各 个算 法 , 分析 其优 缺 点 , 说 明其适用的范围 ,并提出一种基于码本模型的算法 ,并在嵌入式系统上实 现该算法。 最后 ,就是具体的实现工作了 ,准备在以三星的 S3C6410 为主芯片的开发板上进行具 体的 实现 工作 , 开发 板上 跑 操作 系统。 另外 , 本文 所研 究的 很多 问题 , 都涉 及 图像处理的相关问题 , 如果每个实现过程都完全自己用代码实现 , 那必然是个庞大的过程 , 工作量也是十分惊人的、 不太可能的 , 所以我们采用 Intel 的 OpenCVOpen Source Computer Vision Library 进行这些过程的实现。 开发环境的介绍该算法在 上进行开发。 Ubuntu 是一个以桌面应用为中心的 linux 操作系统。 “ ubuntu ” 译为 乌邦 托或 乌班 图 , 意思 为 “人 性” 、 “我 的存 在是 因为 大家 的存 在” , 是非 洲 传统的一个价值观 , 类似华人社会的 “仁爱” 思想。 Ubuntn 是基于 Debian 发行版和 GNOME 桌面环境 ,目标在于为用户提供最新的、最稳定的主要由自由软件构建而成的操作系统。 作为 linux 的一个发行版本 ,具有着 linux 的很多优势 ,如较低的成本、较低的管理成本、 在高性能运算方面也具有较强的优势、高可扩展性和可维护性 ,也正是由于 linux 具有这 么多的优势 ,近年来 ,开发人员逐渐倾向于采 用 linux 系统进行开发 ,而且在嵌入式终端 3 绪论 上 linux 操作系统的占有率 ,也逐年的增加。 在进 行设 计的 算法 中 , 设 计到 很多 的 数 字图 像 处理 相关 的 算法 ,如 果这 些基 本 的算 法 完全自己用代码来实现的话 ,将是十分巨大的工程 ,也是不太切合实际的。 这里我们采用 Intel 的 OpenCVOpen Source Computer Vision Library,OpenCV 是 Intel1999 年开始建立的 , 基于 BSD 许可 证授 权 (开 源 ) 发型 的跨 平台 计算 机数 据库 , 具有 很好 的跨 平台 性 , 可以 运 行在 Linxu 、 Window 和 MAC OS 等 操作系统上 ,这个库主要由 C 函 数构成 ,其中包含了 少量的 C++组成 , 是一 个轻 量级 但是 十分 高效 的计 算机 图像 库 , 实现 了数 字图 像处 理和 计 算机视觉方面的大部分算法。 另外 ,OpenCV 还具有开源的特性 ,所有使用者都可以免费 获得 Opencv 的源代码和安装包 ,使用者可以方面的使用 ,不需要其他外部支持也可以完 整的编译连接并生成可执行的程序。 目前 ,做图像处理和机器视觉相关应用方面的研究 , 大量的使用该开源库 , 而且很多人也把该库或者该库的部分移植到 DSP 、ARM 等硬件上。 对于广大的本科和研究生同学 ,也提供了很大的便利。 可以免费利用该 库进行毕业设计。 这里 ,我也把 Opencv 移植到嵌入式 linux 上面 ,作为毕业设计的基本算法库。 本章总结 本章从 研究 背 景、 研究 现 状、 研究 的内 容及 创 新点 、开 发 环境 等几 个方 面展 开 论文。 主要 对 自己 的研 究 内容 进行 说明 , 并对 当前 目标 检 测和 目标 跟踪 的 普遍 研究 内容 进 行分 析 ,提出的想法和思路 ,并提出自己设计算法的创新点。 开发环境是进行算法实现和仿真的基本要求。 从系统软件和依赖的基 本库 2 个方面 , 说明我们的开发环境。 说明系统软件和依赖的基本库的优势 , 具有很好的可靠性、 通用性、 跨平台性、低成本性等各个方面进行说明 ,这些是进行算法和程序设计的基本要求 ,为我 们程序和算法的设计和实现提供了可靠的保障。 4 汕头大学工学院 2020 届硕士学位论文 第 2 章 系统介绍和总体设计 我们 旨在 实现 一个 视频 监 控中 的目 标检 测和 目 标跟 踪系 统 ,对 于系 统的 软硬 件 做整 体 的设计 ,以便能够实现我们准备实现的功能和性能。 这里我们对我们系统的要求进行具体 的 分析 ,确定了我们实现的平台 ,包括硬件、系统软件、图像处理库等。 系统功能分析 目标 检测 和跟 踪系 统 ,这 里就 是对 监控 系统 中 ,出 现在 视 场内 的运 动目 标 ( 如 人、 车 辆 )进行检测 ,然后随着目标的移动 ,实时地跟踪运动的目标。 因为在实际的运用中 ,我 们所采用的摄像头都是有一定可视角的 ,不可能覆盖 360 度范围 ,总是存在一定的监控死 角。 当我们检测到有运动目标进入视场后 ,对运动目标进行跟踪 ,并且实时地把运动目标 当前所在视场内的坐标反馈给系统 ,系统根据反馈的运动目标的坐标 ,实 时地控制云台 , 通过云台的转动 ,从而保证运动目标的中心一直处在视场的中心位置。 随着 嵌入 式系 统的 发展 , 一方 面主 芯片 的主 频 越来 越高 , 处理 一些 复杂 算法 的 实时 性 越来越好。 另一方面更多实时性好、稳定可靠的操作系统的出现 ,在嵌入式设备上面都可 以很好的运行 ,嵌入式设备逐渐成为工业、民用、军用等各方面 青睐的实现系统。 这里我 们也采用嵌入式系统进行实现 ,主芯片采用三星的 S3C6410 ,片上运行 linux 操作系统 , 采用 Intel 的 Opencv 作为图像处理的基本 图形库。 详细的软硬件介绍 ,在下文进行。 硬件平台介绍 S3C64XX 系 列 的 应 用 处 理 器 芯 片 是 三 星 主 推 的 , 三 星 目 前 主 要 推 出 S3C6400 和 S3C6410,这 2 款主芯片都是 ARM11 架构 的芯 片 , 而且 硬件 管脚 兼容 ,2 个芯片的功能是 基本 伤痛 的 , 最明 显的 区别 就是 S3C6410 带有 2D/3D 硬件 加速。 主频 最高 可以 达到 677M , 足以处理我们的算法。 5 系统介绍和总体设 计 网口 串口 ARM11 (S3C6410 ) LCD 彩屏 核心板 摄像头 触摸屏 图 21 嵌入式硬件结构图 Fig. 21 Hardware structure of embedded systemS3C6410 处理器是一个强大的处理器 ,尤其它的 MFCMulti Foramt Codec 单元。 这 是 一 个 视 频 Codec 模块 , 支持 MPEG4 ,Profile, P3 和 VC1 Main Profile 编解码功能。 支持 1/2 和 1/4 像素的运 动估计 ,支持 MPEG4 AC/DC 预测 ,支持 ,对于 MPEG4 还支 持可 逆 VLC 和 Data Partition 功能 ,支持码流控 制 (CBR 或者 VBR ) ,编 解码 同时 进行 的时 候。