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        復(fù)雜背景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)研究

        2016-02-01 00:12:01周慶芳
        文理導(dǎo)航 2016年3期

        周慶芳

        【摘 要】隨著社會發(fā)展需要,基于算法的視頻跟蹤成為一個(gè)軟件研發(fā)熱點(diǎn)。而Camshift算法作為一種低資源消耗,高可擴(kuò)展性的算法,是目前視頻跟蹤算法研究的熱點(diǎn)之一,對于需要低成本大范圍運(yùn)行的視頻跟蹤系統(tǒng)提供了一種有效的解決方案。

        【關(guān)鍵詞】運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤;Mean shift;Camshift

        1.視頻跟蹤概述

        視頻目標(biāo)跟蹤是計(jì)算機(jī)視覺研究領(lǐng)域的核心要點(diǎn)之一,其研究成果在諸多領(lǐng)域有非常廣泛的實(shí)際應(yīng)用。隨著社會生產(chǎn)設(shè)備的升級,越來越多的視頻捕捉設(shè)備被應(yīng)用到生活中,僅2011年,上海市僅為治安監(jiān)控就設(shè)置了超過4000人的專職視頻監(jiān)控人員,而在其他地區(qū),人均攝像頭比例有的竟高達(dá)1:15。計(jì)算機(jī)視頻處理能發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)對象同時(shí)進(jìn)行跟蹤,準(zhǔn)確標(biāo)示目標(biāo)在畫面中的位置,并且隨著畫面內(nèi)容同步跟進(jìn),可以在預(yù)先設(shè)置好警報(bào)事件的情況下為觸發(fā)警報(bào)的事件報(bào)警。

        2.Camshift算法簡介

        英國薩利大學(xué)的的研究成果TLD被認(rèn)為是目前最高效的視頻目標(biāo)跟蹤算法,然而該算法是一個(gè)面對高配置精確單目標(biāo)跟蹤的高效算法,卻不是一個(gè)普適解決方案。大部分問題都沒有一個(gè)普適的最優(yōu)解,實(shí)際問題情況復(fù)雜,沒有算法時(shí)間空間下界的標(biāo)準(zhǔn),因此,視頻目標(biāo)跟蹤的研究和開發(fā)工作依然存在著非常巨大的延伸空間。連續(xù)自適應(yīng)的Mean Shift算法(Continuously Adaptive Mean-SHIFT algorithm),最初是Gary、Bradski等人1999年提出的基于mean shift算法的一種人臉追蹤算法。實(shí)際上,Camshift算法是Mean Shift算法的一個(gè)改進(jìn),除了面部跟蹤,它在其他跟蹤問題中依然能達(dá)到較好的跟蹤效果。

        3.算法流程及實(shí)現(xiàn)

        Camshift算法過程可以如下描述:

        (1)讀取第一幀視頻圖像,將RGB顏色模式轉(zhuǎn)換為HSV顏色模式,提取出其中的Hue顏色分量。

        (2)外界干預(yù)選擇確定初始目標(biāo)及其區(qū)域,并以此區(qū)域初始化搜索框,統(tǒng)計(jì)目標(biāo)區(qū)域的Hue色相直方圖。(如圖1 (a))

        (3)以搜索框中心為圓心,根據(jù)目標(biāo)區(qū)域的色相概率標(biāo)注搜索半徑內(nèi)的像素矩陣,轉(zhuǎn)換該范圍內(nèi)圖像為反向投影圖。(如圖1 (b))

        (4)對(3)得到的反向投影圖用Mean Shift算法計(jì)算出搜索窗新的質(zhì)心位置,移動(dòng)搜索框的中心到新計(jì)算的質(zhì)心位置,并更新搜索框大小。

        (5)獲取下一幀圖像,用前一幀計(jì)算得到的搜索框的中心和大小來初始化當(dāng)前幀的搜索框,統(tǒng)計(jì)目標(biāo)區(qū)域的Hue色相直方圖,轉(zhuǎn)到(3)圖直到目標(biāo)離開視頻畫面或視頻畫面序列結(jié)束。(如圖1)

        Camshift算法可以用的是基于C的OpenCV庫代碼,OpenCV對Camshift主要函數(shù)Mean Shift和求反向投影圖函數(shù)有良好的優(yōu)化封裝,執(zhí)行效率較高,而且執(zhí)行速度快。

        4.本章小結(jié)

        Camshift算法對背景復(fù)雜的彩色視頻適應(yīng)性強(qiáng),效率較高,算法流程清晰易懂,具有良好的擴(kuò)展性。Camshift算法不需要預(yù)讀取整個(gè)視頻系列,可以逐幀進(jìn)行,節(jié)省存儲空間,同時(shí)能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)的跟蹤功能。同時(shí)其Mean Shift算法可證明在有限次迭代后總可以得到收斂的結(jié)果。

        所以Camshift算法作為一種低資源消耗,高可擴(kuò)展性的算法,是目前視頻跟蹤算法研究的熱點(diǎn)之一,對于需要低成本大范圍運(yùn)行的視頻跟蹤系統(tǒng)提供了一種有效的解決方案。

        【參考文獻(xiàn)】

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        [5]文志強(qiáng),蔡自興. MeanShift算法的收斂性分析[J]. Journal of Software,2007.2(18):205-212

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