1、第 30卷 第 3期2009年 6月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报Journal of North China Institute ofW ater Conservancy and Hydroelectric PowerVol130 No13Jun. 2009收 稿 日 期 : 2009 - 01 - 14作 者 简 介 :邱 道 尹 (1961 ) ,男 ,江 苏 丹 阳 人 ,教 授 ,在 读 博 士 研 究 生 ,主 要 从 事 智 能 化 信 息 系 统 方 面 的 研 究 .文 章 编 号 : 1002 - 5634 (2009) 03 - 0045 - 02帧 差 法 在
2、运 动 目 标 实 时 跟 踪 中 的 应 用邱 道 尹 , 张 文 静 , 顾 波 , 刘 新 宇(华 北 水 利 水 电 学 院 ,河 南 郑 州 450011)摘 要 :介 绍 了 一 种 运 动 目 标 实 时 跟 踪 方 法 ,主 要 利 用 改 进 的 帧 插 法 检 测 目 标 ,并 根 据 目 标 运 动 方 向 来 控 制摄 像 机 移 动 . 经 实 际 应 用 证 明 ,该 方 法 满 足 了 运 动 目 标 跟 踪 的 实 时 性 要 求 ,符 合 工 程 实 际 的 需 要 .关 键 词 :运 动 目 标 检 测 ;帧 差 法 ;目 标 检 测中 图 分 类 号 :
3、TP391. 41 文 献 标 识 码 : A运 动 目 标 自 动 跟 踪 是 指 对 目 标 进 行 连 续 的 检 测并 确 定 其 运 动 轨 迹 1 . 在 视 频 监 控 领 域 中 ,目 标 智能 识 别 与 自 动 跟 踪 系 统 是 近 几 年 来 的 研 究 重 点 . 在军 事 、 国 防 和 工 业 等 领 域 有 着 广 泛 的 应 用 前 景 .当 前 运 动 目 标 的 检 测 方 法 主 要 有 3类 :光 流法 2 、 帧 间 差 分 法 3 和 背 景 差 分 法 4 . 背 景 差 分 法具 有 简 单 、 运 算 速 度 快 等 诸 多 优 点 ,使 得
4、 该 法 作 为 运动 目 标 检 测 的 基 本 方 法 被 普 遍 采 用 . 但 该 法 暴 露 出若 干 问 题 :一 种 是 因 外 部 条 件 引 起 的 ,如 对 光 线 的 变化 、 噪 声 等 造 成 差 分 图 像 检 测 精 度 不 高 ,甚 至 失 效 ;另 一 种 是 由 差 分 图 像 法 本 身 内 在 局 限 引 起 的 ,主 要有 空 洞 5 、 拖 影 ,以 及 运 动 目 标 被 拉 长 等 现 象 . 光 流法 6 虽 然 能 够 适 用 于 静 态 背 景 和 动 态 背 景 两 种 环境 ,有 较 好 的 适 应 性 ,但 是 其 计 算 复 杂 度
5、 高 ,运 算 时间 开 销 很 大 ,不 能 满 足 实 时 性 的 要 求 . 帧 差 法 7 比较 简 单 ,实 时 性 高 ,它 主 要 包 括 减 背 景 方 法 和 相 邻 帧相 减 法 ,即 三 帧 差 分 法 . 减 背 景 方 法 存 在 背 景 获 取 困难 、 受 光 照 影 响 严 重 且 更 新 困 难 等 问 题 . 三 帧 差 分 法受 光 照 和 阴 影 影 响 较 小 . 笔 者 对 三 帧 差 分 法 进 行 改进 ,提 出 了 一 种 简 单 有 效 的 运 动 目 标 检 测 方 法 .1 运 动 目 标 实 时 跟 踪 系 统1. 1 帧 差 法 的
6、基 本 原 理帧 间 差 分 法 的 基 本 原 理 就 是 将 前 后 两 帧 图 像 对应 像 素 点 的 灰 度 值 相 减 ,在 环 境 亮 度 变 化 不 大 的 情况 下 ,如 果 对 应 像 素 灰 度 相 差 很 小 ,可 以 认 为 此 处 景物 是 静 止 的 ;如 果 图 像 区 域 某 处 的 灰 度 变 化 很 大 ,可以 认 为 这 是 由 于 图 像 中 运 动 物 体 引 起 的 ,将 这 些 区域 标 记 下 来 ,利 用 这 些 标 记 的 像 素 区 域 ,就 可 以 求 出运 动 目 标 在 图 像 中 的 位 置 . 一 般 采 用 的 帧 差 法 是
7、 在连 续 的 图 像 序 列 8 中 2个 或 3个 相 邻 帧 间 采 用 基 于像 素 的 时 间 差 分 并 且 阈 值 化 来 提 取 图 像 的 运 动 区域 . 该 运 动 目 标 实 时 跟 踪 系 统 是 采 用 三 帧 差 分 来 进行 运 动 目 标 检 测 ,这 种 方 法 不 仅 能 提 高 运 动 目 标 检测 9 的 速 度 ,而 且 提 高 了 所 检 测 运 动 目 标 图 像 的 完整 性 .1. 2 运 动 目 标 实 时 跟 踪 系 统 的 原 理 与 流 程首 先 收 集 某 一 时 间 段 里 的 视 频 序 列 图 像 f1 , f2 , , ft
8、 用 于 背 景 的 提 取 . 设 fk ( x, y ) , fk + 1 ( x, y )和fk + 2 ( x, y)为 视 频 序 列 中 间 隔 的 3帧 图 像 ( 1 k + 2 t) , ( x, y)为 对 应 帧 的 坐 标 ,如 图 1所 示 . 把 第 1帧作 为 背 景 帧 ,用 第 k + 1帧 减 第 k帧 获 得 第 k帧 与 第k + 1帧 的 差 分 图 像 , M 1 为 所 获 差 分 图 像 的 质 心 ,如图 2 ( a)所 示 . 用 第 k + 2帧 减 去 第 k帧 获 得 第 k帧 与第 k + 2帧 的 差 分 图 像 , M 2 为 所
9、 获 差 分 图 像 的 质 心 ,如 图 2 ( b)所 示 . 质 心 点 M 1 , M 2 坐 标 ( X, Y)的 计 算方 法 为X = x yX f ( x, y) x yf ( x, y) - 1Y = x yYf ( x, y) x yf ( x, y) - 1将 质 心 M 1 和 M 2 比 较 后 ,确 定 云 台 及 摄 像 头 的转 动 方 向 ,依 此 来 移 动 云 台 及 摄 像 头 ,继 续 跟 踪 运 动目 标 . 整 个 系 统 流 程 图 如 图 3所 示 .2 实 际 应 用图 4是 运 动 目 标 跟 踪 系 统 在 实 际 使 用 中 采 集 的
10、连 续 4帧 的 视 频 图 像 ,把 第 1帧 作 为 背 景 帧 ,用 第 2帧 减 第 1帧 获 得 运 动 目 标 的 初 始 位 置 ,用 第 3帧 减 去第 1帧 获 得 运 动 目 标 运 动 后 的 位 置 . 通 过 判 断 运 动目 标 运 动 后 的 位 置 与 初 始 位 置 的 差 别 ,确 定 运 动 目标 的 运 动 方 向 和 位 置 . 通 过 向 云 台 发 送 控 制 命 令 ,控制 摄 像 机 达 到 运 动 目 标 运 动 后 的 位 置 . 由 图 4可 知 ,第 1, 2, 3帧 图 像 中 ,云 台 及 摄 像 头 并 没 有 移 动 ,而 到第
11、 4帧 时 ,通 过 判 断 运 动 目 标 确 实 移 动 后 ,云 台 及 摄像 头 的 位 置 才 发 生 了 变 化 . 图 5中 ( a) ( b) 分 别 是 图4中 ( a) 与 ( b) 和 ( a) 与 ( c) 差 分 后 的 二 值 图 .3 结 语利 用 此 改 进 的 帧 差 法 实 现 了 摄 像 头 对 动 态 目 标的 检 测 与 跟 踪 ,提 高 了 跟 踪 的 速 度 . 在 计 算 机 的 控 制下 ,云 台 能 够 自 动 跟 踪 运 动 目 标 ,使 其 始 终 在 摄 像 头的 监 测 范 围 内 . 此 方 法 适 合 于 运 动 快 且 形 变
12、较 大 的运 动 目 标 .参 考 文 献 1 徐 剑 .目 标 跟 踪 系 统 的 设 计 与 研 究 D . 陕 西 :西 北 工 业大 学 , 2005: 1 - 4. 2 Barron J, Fleet D, Beachem in. Performance of op tical flowtechniques J . International Journal of Computer V ision,1994, 12 (1) : 42 - 47. 3 Meier T, Ngun K N. V ideo segmentation for content2basedcoding J . I
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18、na tion M ethod ofNeura l Net w ith Supporting Vector M ach ineWANG L i1 , WANG Hong2mei2 , WU Zhen2zhou1(1. Taiyuan Power2supp ly B ranch Company of Shanxi Province, Taiyuan 030001, China;2. Changzhi Power2supp ly B ranch Company, Changzhi 046011, China)Abstract: The quality of power energy is paid
19、 more and more attention at the p resent age. According to general introduction of power en2ergy quality, the evaluate index system of power energy quality is extracted, and based on the p rincip le of combination evaluation, powerenergy is evaluated using BP Neural Net and Supporting VectorMachine.
20、 The testing results p rove the method is valid.Key words:power energy quality; combination evaluation; Supporting VectorMachine; Neural Net(上 接 第 46页 )Applica tion of Fram e D ifference M ethods in Rea l2tim e M ov ing Target Track ingQ IU Dao2yin, ZHANG W en2jing, GU Bo, L IU Xin2yu(North China In
21、stitute ofW ater Conservancy and Hydroelectric Power, Zhengzhou 450011, China)Abstract:A method of real2time moving target tracking is introduced. It app lies an imp roved frame difference to detect moving target,then according to moving direction, the camera is moved, so the function of real2time moving target tracking is comp leted. This methodfulfills the real2time requirement in moving target tracking and can meet the need of engineering.Key words:moving target detection; frame difference; object detection46 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2009年 6月
