收藏本站
《哈尔滨工业大学》 2009年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

基于可移动拍摄大场景下的人体运动跟踪关键技术的研究与应用

刘国军  
【摘要】:计算机视觉是已成为计算机领域中最热门的课题之一,然而,目前还没有一个标准的模式来解决所谓的“计算机视觉问题”,计算机视觉中的问题是根据实际应用而产生的,通常情况下,一类应用上已经验证的算法却很难推广到其他应用上。 本文主要研究在可移动拍摄大场景下的人体运动跟踪的关键技术,主要包括:针对大场景下,使用单摄像机架在三脚架上进行不变焦旋转拍摄,目标跟踪时需要补偿摄像机的自身旋转运动,即计算相邻两帧之间的单应矩阵,由于单应矩阵的计算是一个随机过程,因此,当跟踪过程中引入补偿摄像机自身运动的单应矩阵时,其单应矩阵的计算稳定性直接影响着跟踪的结果,如何对二者之间的关系进行评测;同时,如何将每帧图像快速准确配准到真实的场景模型中,即计算每帧图像到真实场景模型之间的单应矩阵,其精确度如何评测;大场景下的人体运动跟踪是一个非常复杂的问题,因为图像分辨率低、背景复杂、目标移动迅速以及存在遮挡,因此,需要更多的先验知识,包括更加精确的目标描述和更加鲁棒的跟踪器。 针对以上实际中存在的问题,本文以跟踪在大冰面上快速滑行的短道速滑运动员为应用背景,主要研究内容和创新点包括以下几个方面: (1)提出了在大场景使用单摄像机进行旋转拍摄下的人体运动跟踪的应用算法框架,确保了在复杂的体育应用中,也可具有较好的鲁棒性和稳定性。 (2)提出了一种新的有效算法以减小对于长图像序列自动配准多造成的累积误差,在该算法中,任何一帧图像只需经过3次映射便可转换到真实冰场坐标系下,即每帧图像到其对应的参考帧,参考帧到全景冰场,全景冰场到真实冰场模型,该算法避免了传统算法的多帧变换连续累乘,从而有效的降低了累积误差,而且这对于提高实际应用的稳定性是十分必要的。 (3)提出了描述目标更加精确的层次模型,这有助于在跟踪过程中,使得跟踪器知道什么时候以及如何来更新层次模型,这确保了模型更新的精确性: (4)采用多线索跟踪技术,即针对较小的头部区域使用模板匹配技术,对身体区域使用直方图匹配技术,这使得当运动员发生在弯道遮挡时或是滑到冰场上端挡板有颜色干扰时,跟踪表现的更加稳定; (5)提出了一种新的颜色核直方图的构建方法,在核函数中引入一个遮罩函数,有效的滤除了作为背景信息的干扰像素,大大提高了直方图匹配时的精确度; (6)利用UKF(Unscented Kalman Filter)本身的特性,可以精确的近似统计变量的均值和协方差,同时,采用Sigma点确定性采样,相比PF,采样点少,实际和理论上计算的效率都更高。并巧妙的将描述目标的层次模型和多线索跟踪技术融合到了UKF的跟踪框架中; (7)提出了一套新的对于在大场景进行旋转拍摄下的人体运动跟踪的评测方案,包括两个方面:1.与传统的跟踪方法相比,在跟踪的预测阶段多引入了一个去除摄像机自运动的计算,即相邻图像之间的单应矩阵,通过在手工标定的目标位置上加入不同噪声对此过程进行仿真模拟,详细的分析了其精确度与跟踪结果之间的关系。2.采用了一种间接方法,即标记点的实际冰场坐标系下的配准误差来作为实际跟踪结果的估计,来评测每一帧与真实冰场模型之间的单应矩阵的精确度,并从理论上分析了影响其精确度的因素所在。 本文提出的新的在大场景使用单摄像机进行旋转拍摄下的人体运动跟踪的应用算法框架还可推广到其他的相似应用中,如田径、自行车、赛车以及一些球类等场地运动项目中,尤其适合应用于体育运动项目的实时运动信息获取,体育电视转播中实时数据统计和战术模拟演示。同时,本文涉及到的一些关键技术还可应用在机器人视觉导航与定位,军事,虚拟现实,安全监控等方面。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TP391.41

手机知网App
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 袁泽剑,郑南宁,贾新春;高斯-厄米特粒子滤波器[J];电子学报;2003年07期
2 王兆其,张勇东,夏时洪;体育训练三维人体运动模拟与视频分析系统[J];计算机研究与发展;2005年02期
3 陈睿,刘国翌,赵国英,张俊,李华;基于序列蒙特卡罗方法的3D人体运动跟踪[J];计算机辅助设计与图形学学报;2005年01期
4 吴思,林守勋,张勇东;基于动态背景构造的视频运动对象自动分割[J];计算机学报;2005年08期
5 潘泉,杨峰,叶亮,梁彦,程咏梅;一类非线性滤波器——UKF综述[J];控制与决策;2005年05期
6 侯志强;韩崇昭;;视觉跟踪技术综述[J];自动化学报;2006年04期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林鹰;付洋;;基于颜色与边界几何特征的移动侦测布防方法[J];安防科技;2008年05期
2 韩强;;基于广义Hough变换的手写文档整词定位[J];安徽电子信息职业技术学院学报;2011年05期
3 程一斌,汪松,任彬;利用弹簧模型提取物体轮廓[J];安徽大学学报(自然科学版);2001年02期
4 张坤,罗立民,舒华忠,杨芳;基于Level Set方法的Visible Human Being虚拟人图像处理[J];安徽大学学报(自然科学版);2005年04期
5 梁祥君,吴国忠,程文娟,朱俊红;颜色直方图在彩色物料识别中的应用[J];安徽机电学院学报;2000年01期
6 葛西旺;;一种精确的图像拼接方法[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2007年01期
7 张雪飞;;基于GVF模型的蔬果图像快速分割方法[J];安徽农业科学;2010年05期
8 程刚;郑小华;阳锋;徐祖舰;;三维全景视觉技术在农业机器人中的应用[J];安徽农业科学;2010年34期
9 汪慧兰;罗斌;;基于综合特征的彩色图像检索[J];安徽师范大学学报(自然科学版);2007年04期
10 何海燕;施培蓓;;基于改进AdaBoost算法的行人检测方法[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2009年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 谭守标;霍剑青;郝建;王晓蒲;赵永飞;谢行恕;;高分辨率软X射线显微成像下细胞的自动提取?[A];2005年“数字安徽”博士科技论坛论文集[C];2005年
2 刘善磊;张亮;;基于相位相关和SURF算法的关键帧实时匹配研究[A];江苏省测绘学会2011年学术年会论文集[C];2011年
3 隋树林;孙立宏;姚文龙;袁健;;融合改进UKF/SIFT信息的自主光学导航方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
4 汪力;叶桦;夏良正;;利用特征点定位嘴巴[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
5 季铮;张剑清;詹总谦;;基于特征不变量的目标识别定位方法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
6 陈莹;吴定会;;多传感车道检测及目标跟踪的新型融合方法[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
7 ;Loop-closing By Using SIFT Features for Mobile Robots[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年
8 黄慧敏;文成林;徐晓滨;;机载ISAR距离跟踪建模及其非线性滤波研究[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 ;A Hardware-Accelerated Segmentation Algorithm for Moving Object Generation[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 刘国成;王永骥;;一种基于粒子滤波的单目视觉目标跟踪算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨长强;激光扫描仪检校及车载激光点云的分类与矢量化研究[D];山东科技大学;2010年
2 李莎莎;反辐射导弹仿真系统技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 王玉全;基于全景视觉的移动机器人同时定位与地图创建方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 孟凡彬;基于随机集理论的多目标跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
5 丁国强;惯性导航系统传递对准技术关键问题研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
6 王小旭;非线性SPKF滤波算法研究及其在组合导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
7 王兴梅;水下声纳图像的MRF目标检测与水平集的轮廓提取方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
8 梁洪;基于内容的医学图像检索及语义建模关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 任桢;图像分类任务的关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 丁继成;弱信号条件下GPS接收机关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 孙涛;基于DR骨密度分析系统的研究[D];南京医科大学;2010年
2 张淑芳;基于LabVIEW的便携式汽车仪表检测仪的研制[D];安徽工程大学;2010年
3 宋抗;压缩机活塞圆度误差数字检测系统研究[D];河南理工大学;2010年
4 周雪梅;基于颜色和形状特征的图像检索技术研究[D];河南理工大学;2010年
5 张聪炫;基于蚁群算法由直线光流场重建三维结构的研究[D];南昌航空大学;2010年
6 田冰;基于SOM网的多目标图像轮廓提取技术的研究[D];南昌航空大学;2010年
7 袁猛;基于变分理论的光流计算技术研究[D];南昌航空大学;2010年
8 赵永刚;图像检索中形状描述和匹配算法研究[D];南昌航空大学;2010年
9 邓小铭;基于OpenCV的物体三维检测系统研究[D];南昌航空大学;2010年
10 陈忠翔;基于立体视觉的三维重建方法研究[D];南昌航空大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前5条
1 管旭军,芮国胜;基于UKF的单站无源定位算法[J];电光与控制;2004年01期
2 王淑一,程杨,杨涤,崔祜涛;UKF方法及其在方位跟踪问题中的应用[J];飞行力学;2003年02期
3 蔡洪;Unscented Kalman滤波用于再入飞行器跟踪[J];飞行器测控学报;2003年03期
4 武延鹏,尤政,任大海;采样Kalman滤波器在天文卫星定姿滤波中的应用[J];清华大学学报(自然科学版);2003年08期
5 周桃庚,郝群,沙定国;U-卡尔曼滤波在状态估计中的应用[J];仪器仪表学报;2003年S1期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 林青;范晶晶;胡波;;多摄像头目标跟踪动态单应投影方法研究[J];复旦学报(自然科学版);2011年04期
2 马兰;;体育人物通讯的写作技巧[J];中国记者;1986年11期
3 胡越;;技巧、力量和姿态的结合——对体育照片的几点要求[J];新闻战线;1963年11期
4 ;编辑参考[J];传媒观察;1995年08期
5 陈芳烈;“电信与体育”,携手共庆奥运百岁华诞[J];知识就是力量;1996年05期
6 顾育豹;声如千骑疾 何以展荧屏?——体育影视片创作反思[J];声屏世界;1997年02期
7 关欣;奥运与科学——不解的缘分[J];科学中国人;2001年09期
8 田斌锋;;名人微博不能“恶人先告状”[J];新闻实践;2011年08期
9 黄玉;ESPN──美国体育的里程碑[J];电视研究;2000年05期
10 杨昌忠;体育肖像摄影特征及处理手法[J];中国记者;1999年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 石育原;何晶;刘伯强;牟泊濡;许爱民;冯延民;周余来;赵连军;;Chitosan对提高运动员短道速滑成绩及其他相关研究[A];中国生物化学与分子生物学会第八届会员代表大会暨全国学术会议论文摘要集[C];2001年
2 赵伟;赵清波;;关于我国体育保险经纪发展的思考[A];第七届全国体育科学大会论文摘要汇编(一)[C];2004年
3 马锋;;论体育俱乐部资源管理与可持续性发展[A];自主创新与持续增长第十一届中国科协年会论文集(3)[C];2009年
4 陶伟刚;冯新喜;;一种新的目标跟踪自适应滤波算法[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
5 李军;张华;单梁;;一种基于Mean shift和粒子滤波的综合目标跟踪算法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第七分册)[南京理工大学学报(增刊)][C];2009年
6 魏崇毓;徐善驾;王东进;;多探测器目标跟踪算法分析[A];第九届全国信号处理学术年会(CCSP-99)论文集[C];1999年
7 郭春;罗鹏飞;;一种基于小波变换的目标跟踪算法研究[A];第十届全国信号处理学术年会(CCSP-2001)论文集[C];2001年
8 刘进忙;姬红兵;董红波;;基于红外单站的航迹跟踪方法[A];第八届全国信号与信息处理联合学术会议论文集[C];2009年
9 杜方芳;刘士荣;邱雪娜;;一种改进的粒子滤波目标跟踪算法[A];PCC2009—第20届中国过程控制会议论文集[C];2009年
10 齐志泉;徐义田;宋野;王来生;;具有动态级联结构的在线Boosting算法[A];2009年中国智能自动化会议论文集(第五分册)[东南大学学报(增刊)][C];2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者 贺利娟;体育是天神的欢娱[N];中国财经报;2008年
2 王豫斯;短道项目成功的关键在青少年培养[N];光明日报;2008年
3 刘勃;严师出高徒[N];吉林日报;2008年
4 本报记者 薛严;冰上夺冠 始于“足下”[N];科技日报;2010年
5 本报记者 邢巍;朝鲜短道队是神秘之旅[N];中国体育报;2007年
6 本报记者 王向娜 潘恩 (本报记者 王向娜);“妈妈”的汗水与泪水[N];中国体育报;2010年
7 本报记者 王向娜;四年规划四步走[N];中国体育报;2010年
8 本报记者 李中文;四十几秒内的故事[N];人民日报;2003年
9 李中文;辛庆山为何感叹[N];人民日报;2003年
10 记者 朱大明 丰雷;市委市政府表彰冬奥健儿[N];长春日报;2010年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 刘国军;基于可移动拍摄大场景下的人体运动跟踪关键技术的研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 朱娟;蒙特卡洛滤波算法在目标跟踪中的应用[D];中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所);2010年
3 唐军;目标跟踪WMSN的定位方法与动态分簇研究[D];浙江大学;2009年
4 王宏强;目标融合跟踪技术及性能预测研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
5 詹建;基于无线传感器网络的协同技术研究[D];兰州大学;2007年
6 张鹏林;复杂场景视频序列图像运动物体提取方法研究[D];武汉大学;2005年
7 薛皓;时间异步条件下的无线传感器网络目标跟踪关键技术研究[D];北京邮电大学;2009年
8 刘亮;视频传感器网络中目标定位跟踪问题研究[D];北京邮电大学;2009年
9 朱佳滨;短道速度滑冰战术理论体系的构建及其应用[D];北京体育大学;2008年
10 赵砚;低轨星座的目标跟踪算法研究[D];国防科学技术大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 黄苜;支持向量回归机粒子滤波器非刚体目标跟踪[D];西南大学;2008年
2 李春昌;多频连续波雷达系统脱靶量测量与目标跟踪算法研究[D];西安电子科技大学;2010年
3 陈勇;面向水质监测的鱼类目标跟踪与运动行为建模系统研究[D];浙江工业大学;2010年
4 Zakirul Alam Bhuiyan(阿拉姆);无线传感器网络中协作的能量高效的目标跟踪协议研究[D];中南大学;2009年
5 薛雷;机载对地光电双模传感器融合跟踪方法与仿真研究[D];上海交通大学;2011年
6 刘涛;基于粒子滤波的目标跟踪算法研究[D];西南大学;2010年
7 简小明;基于SIFT补偿和粒子滤波的航拍目标跟踪[D];西安电子科技大学;2011年
8 刘向阳;多传感器跟踪算法研究[D];西安电子科技大学;2001年
9 钱永青;基于kalman预测目标跟踪的人机接口[D];中南民族大学;2010年
10 王琳;视频运动目标跟踪中有关问题的研究[D];西北大学;2006年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026