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《上海交通大学》 2011年
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基于立体视觉的目标检测与跟踪

蔡岭  
【摘要】:目前,由于传统监控系统的简单记录功能已经无法满足社会公共安全的更高层次要求,因此具有多目标识别与跟踪跟踪的新一代智能监控系统逐渐成为了重要的研究课题。智能地检测、跟踪场景中的目标能提高对关键场所的监控能力,及时发现潜在的危险因素,提高人民群众的安全感,防止恐怖主义的侵袭。 本论文着重研究如何采用计算机立体视觉以及模式识别等相关技术构成一套全自动的多目标在线检测与跟踪系统,实现对监控场景中多目标的统计、定位、跟踪以及运动轨迹分析,直至提取出目标的精确轮廓。主要研究工作有摄像机成像原理建模与参数标定分析,双目成像的立体视觉匹配与三维场景快速重建,核函数的全自动聚类分析以及多特征融合的能量泛函与偏微分求解。具体的创新点如下: 1.提出了基于核函数的离散点聚类算法将世界坐标系下的离散点聚合不同的集合,通过这些集合与监控场景中的目标建立一一对应关系,并以这些聚类的中心位置、方向等参数确定监控场景中的目标数量、位置与运动轨迹。相机坐标系下的特征点投影到地板平面的位置与高度作为已知参数,并构建世界坐标下的空间特征点密度分布函数。以mean-shift方法在不计算空间真实密度值的前提下直接估计其梯度方向,用爬山法搜索密度空间的所有局部最大值。以这些局部最大值为基础划分空间中的所有特征点形成聚类集合,检测监控场景中的目标。同时目标的跟踪问题也相应简化为空间最大值的更新过程。 2.提出以系统化的分层逐步组合模型融合颜色、纹理、边缘、帧差等多个特征构成统一的特征描述概率测度。选取目标与背景像素组成正负样本集合,并分别提取颜色和多尺度纹理特征构成非参数概率空间。组合多个特征构成背景与目标特征描述向量估计图像像素的条件概率,贝叶斯分类器以计算的后验概率区分背景像素与目标像素。另一方面,高斯混合模型在帧差特征中提取变化较大的区域,与图像边缘构成目标边缘的测度函数增强目标边缘同时抑制背景边缘。自适应权重函数评价不同特征的可靠性给予恰当的权重值组合,形成完整目标和背景的判断模型。 3.在活动轮廓模型框架下构建了一种区域测地活动轮廓模型,以区域模型在全局中快速推动活动轮廓大致定位目标轮廓,以测地模型在局部逐步细化结果直至完全与目标精确对齐。梯度下降流求解区域测地模型的偏微分方程,迭代初始化轮廓直至收敛到最小能量曲线。此外,基于目标运动特征的最优初始化轮廓设置可大大减少迭代次数,实现在线的目标轮廓跟踪。 4.设计一种新的场景特征提方法以图像邻域空间的四种基本梯度基元为依据,分离出纹理丰富的特征点作为匹配对象。两段式的匹配算法将左右视图的扫描线切分成不同片段后逐段分层对应匹配,随后归一化的交叉相关方法计算特征点的精确视差还原其相机坐标系下的三维坐标。 大量的实验证明本文所提的监控系统可在室内外环境中在线检测跟踪多个目标,对环境中的光照变化、阴影覆盖、目标遮挡等复杂条件都表现较好的抗干扰性能。此外,监控系统只需设置监控目标的空间形状参数,可广泛应用于解决行人或车辆等多类型目标的检测跟踪问题。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 尹红娟;基于改进摄像机标定的移动机器人视觉定位研究[D];燕山大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈棣湘,罗飞路,潘孟春;立体视觉测量中的图像匹配策略研究[J];光学技术;2002年05期
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3 郑小东,赵杰文,刘木华;基于双目立体视觉的番茄识别与定位技术[J];计算机工程;2004年22期
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7 杨长江,孙凤梅,胡占义;基于二次曲线的纯旋转摄像机自标定[J];自动化学报;2001年03期
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10 孟晓桥,胡占义;摄像机自标定方法的研究与进展[J];自动化学报;2003年01期
中国硕士学位论文全文数据库 前4条
1 刘冬冬;基于双目视觉和CamShift算法的目标检测与跟踪[D];山东大学;2006年
2 黄祖伟;基于双目立体视觉的目标跟踪算法研究[D];山东大学;2007年
3 王哲;立体视觉匹配及基于立体视觉的运动目标检测与跟踪方法研究[D];山东大学;2007年
4 赵聪;基于双目立体视觉的运动目标检测与跟踪[D];山东大学;2009年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 刘钰;韩峰;董楠;陆希成;雷鸣;;爆炸容器安全概率的统计分析方法[A];全国危险物质与安全应急技术研讨会论文集(下)[C];2011年
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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 ;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
7 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
8 周佳男;;一种拓扑纹理图像的相位场模型分割算法[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
9 Yang Taekyu;Kang Sukbum;;Tracking for Moving Object Using Invariant Moment and Particle Filter[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
10 黄进;胡英;马孜;汪洋;;弧形扫描系统关键技术研究[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 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
2 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
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 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
5 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
6 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
7 孔凡芝;引线键合视觉检测关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
8 林颖;基于水平集方法的图像分割关键技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 王作为;具有认知能力的智能机器人行为学习方法研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 杨萌;非线性滤波及在惯导系统传递对准中应用研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 马彦平;基于数字图像的冬小麦、夏玉米长势远程动态监测技术研究[D];华中农业大学;2010年
2 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
3 饶吉来;基于图像处理的型面联接件检测技术研究[D];河南理工大学;2010年
4 张小亮;非线性规划的信赖域算法[D];河南理工大学;2010年
5 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
6 孙静;基于双目立体视觉的多相机三维重建技术实现[D];山东科技大学;2010年
7 宗雯雯;基于双目立体视觉的特征点匹配关键技术研究与应用[D];山东科技大学;2010年
8 徐芳芳;优化问题的PVD算法研究[D];山东科技大学;2010年
9 雒燕飞;地质灾害应急地理信息数据库设计及其应用[D];山东科技大学;2010年
10 唐红梅;基于辐射与空间信息的遥感图像检索[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 许允喜;蒋云良;陈方;;基于2D-3D双目运动估计的立体视觉定位算法[J];光电工程;2011年09期
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4 雷静桃;;我国机器人发展历程(企业部分)[J];机器人技术与应用;2009年02期
5 厉茂海;洪炳熔;罗荣华;;用改进的Rao-Blackwellized粒子滤波器实现移动机器人同时定位和地图创建[J];吉林大学学报(工学版);2007年02期
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10 卢惠民;张辉;杨绍武;郑志强;;一种鲁棒的基于全向视觉的足球机器人自定位方法[J];机器人;2010年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 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
2 姜肖楠;月球探测器软着陆视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 林琳;机器人双目视觉定位技术研究[D];西安电子科技大学;2009年
2 李爽;基于视觉的移动机器人定位[D];哈尔滨工程大学;2009年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 廖素英,杨华军;基于区域相关的动态匹配方法[J];光电工程;2004年S1期
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郑江滨;视频监视方法研究[D];西北工业大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 王利敏;梯度矢量流(GVF)变形模型在医学图像分割中的应用[D];中国海洋大学;2004年
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3 介鸣;黄显林;卢鸿谦;;基于立体视觉的月面地形重构[J];黑龙江大学自然科学学报;2007年05期
4 王彦霞;王震洲;刘教民;;基于双目立体视觉的三维建模算法[J];河北科技大学学报;2008年03期
5 刘浩然;张文明;刘彬;;基于双目立体视觉实现物体三维测量的研究[J];光子学报;2009年07期
6 胡志萍,欧宗瑛,李云峰;海上工作平台固定用导管架下水运动参数立体视觉测定[J];仪器仪表学报;2003年S2期
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6 胡志萍;欧宗瑛;李云峰;;海上工作平台固定用导管架下水运动参数立体视觉测定[A];首届信息获取与处理学术会议论文集[C];2003年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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3 猛犸;《冰川时代3》背后的3D奥秘[N];电脑报;2009年
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中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 蔡岭;基于立体视觉的目标检测与跟踪[D];上海交通大学;2011年
2 丁菁汀;立体视觉在实际应用中的若干问题研究[D];浙江大学;2012年
3 单红梅;基于立体视觉汽车轴距左右差检测系统研究[D];吉林大学;2011年
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5 厉丹;视频目标检测与跟踪算法及其在煤矿中应用的研究[D];中国矿业大学;2011年
6 徐巧玉;大型装备在线三维视觉测量系统关键技术研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
7 张阳;仿人眼的结构原理和关键视觉技术研究[D];浙江大学;2011年
8 崔雨勇;智能交通监控中运动目标检测与跟踪算法研究[D];华中科技大学;2012年
9 林慧英;基于立体视觉的汽车车身与车轴位置偏差检测系统的研究[D];吉林大学;2008年
10 王骐;基于虚拟立体视约束的视角无关手语识别研究[D];哈尔滨工业大学;2008年
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1 陈白帆;移动机器人立体视觉三维重建系统的研究与开发[D];中南大学;2004年
2 余晓菲;Randot立体视检测图对弱视儿童立体视锐度的临床观察[D];浙江大学;2008年
3 方林;立体视觉皮层诱发电位特征提取研究[D];浙江大学;2002年
4 张传文;视频序列的运动目标检测与跟踪研究[D];安徽工业大学;2011年
5 黄神治;移动背景下运动目标检测与跟踪技术研究[D];浙江大学;2011年
6 李竞超;基于立体视觉的三维重建[D];北京交通大学;2010年
7 许凌羽;视觉坐标测量机仿真模型的研究[D];青岛大学;2006年
8 庞羽佳;主动式高速目标探测方法的研究[D];天津大学;2004年
9 沙里瓦特;显微立体视觉中的匹配技术研究[D];大连理工大学;2005年
10 温博;月球车视觉导航方法研究[D];哈尔滨工业大学;2007年
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