（光学工程专业论文）基于彩色图像识别的目标跟踪研究.pdf

摘要 摘要 本文阐述了用于彩色图像跟踪中的图像分割、目标搜索、目标识别、目标定 位以及跟踪控制的基本方法和技术。提出了几个关于彩色目标快速跟踪的图像处 理方法和跟踪控制技术。建立了基于彩色图像识别的目标跟踪系统，并完成了相 关实验。具体完成的工作包括下面几个方面。 提出了运用色彩特征对目标进行跟踪的新模式。该跟踪新模式充分利用了色 彩对目标运动不敏感的特性，把目标赖以存在的色彩形态当成跟踪的对象，通过 对目标色彩形态的跟踪来实现对目标进行跟踪的目的。该跟踪模式为实现目标的 实时陕速跟踪奠定了基础。 提出了基于边界链码搜索的彩色图像分割方法。该方法充分利用了区域的连 通性和区域边界处色彩的突变性，通过对目标区域边界的链码标识，将目标区域 从图像中分割出来。利用链码来标识边界，这为边界的提取提供了方便，同时， 也为利用边界进行图形运算提供了根本保证。 提出了基于局域旋转搜索的彩色目标快速跟踪方法。该方法充分考虑到了目 标的随机运动方向，在跟踪点四周搜索目标保证了目标搜索的准确性，减少了目 标的丢失率。由于是在局域范围内搜索目标，因此，该方法为解决目标的快速跟 踪问题提供了一条有效的途径。该方法在3 5 0 m h z 的微机和2 5 帧秒采集速度的 c c d 摄像机所构成的跟踪系统中得到了应用，其图像处理速度达到2 0 帧秒，相 对于系统的图像采集速度而言，系统的图像跟踪效率为8 0 。 提出了基于区域融合的目标跟踪方法。该方法充分利用了前后相邻两帧图像 之间的相关性，对由于噪声的影响而误分割的目标区域进行了融合处理。该方法 是解决在色彩噪声影响下的目标跟踪问题的一种有效方法。 设计了跟踪的自动化控制系统模型。运用模糊控制理论，通过图像传感器运 动的方式来对目标实行跟踪操作，充分反映了人的视觉形为，起n t 简单、方便 的跟踪效果。图像处理和图像传感器的运动跟踪同时进行的方法是解决目标实时 跟踪的有效手段。 摘要 建立了一个纂于彩色图像识潮的酲穑跟踪系统。该系统的结构紧凑，成本低 廉。运行在w i n d o w s 环境下的跟踪系统威用软件界面友好，操作方便。 芙键词：彩色基撂跟踪、彩色图像识弱、边爨链弼搜索、岗域旋转搜索、区域 融合、模糊跟踪控制 l i 竺! 堡垒呈! _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ 一 a b s t r a c t t h i st h e s i sp r e s e n t st h eb a s i ca p p r o a c h e sa n dt e c h n i q u e so ni m a g es e g m e n t a t i o n ， t a r g e ts e a r c h i n g ，t a r g e tr e c o g n i t i o n ，t a r g e tl o c a l i z a t i o na n dt r a c k i n gc o n t r o li n t h e a p p l i c a t i o no f c o l o ri m a g et r a c k i n g s o m ei m a g ep r o c e s s i n ga p p r o a c h e sa n dt r a c k i n g c o n t r o l t e c h n i q u e so nf a s tt r a c k i n g o fc o l o rt a r g e ta r e p r o p o s e d t a r g e tt r a c k i n g s y s t e m b a s e do nc o l o r i m a g er e c o g n i t i o n i s b u i l t ，m e a n w h i l e ，s o m er e l e v a n t e x p e r i m e n t sa r ea c c o m p l i s h e d t h ee m p h a s i s i nt h i st h e s i si ss u m m a r i z e da sf o l l o w s an o v e lm o d e lo n t a r g e tt r a c k i n gu s i n gc o l o rf e a t u r ei sp r o p o s e d ，w h i c hm a k e s f u l lu s eo ft h ec o l o ri n v a r i a n c et om o t i o n ，a c h i e v et h er e a l - t i m et r a c k i n go f t a r g e tb y m e a n s o f t r a c k i n go f c o l o rr e g i o no f t a r g e t t h em o d e l h a sf o u n d e d t h ef o u n d a t i o no n r e a l t i m ea n df a s tt r a c k i n go f t a r g e t a na l g o r i t h r no fc o l o r i m a g es e g m e n t a t i o n b a s e do nb o u n d a r yc h a i nc o d e s e a r c h i n gi sp r o p o s e d ，w h i c hm a k e sf u l lu s eo f t h ef e a t u r eo fc o n n e c t e dc o m p o n e n t a n dt h es u d d e nc h a n g ew i t hc o l o ra tb o u n d a r yt os e g m e n t t a r g e tb y m e a n so f m a r k i n g o fb o u n d a r yo f t a r g e tr e g i o n ，p r o v i d e sc o n v e n i e n c et ob o u n d a r ye x t r a c t i o n ，a c h i e v e g r a p hp r o c e s s i n gu s i n gb o u n d a r y a na l g o r i t h mf o rf a s t t r a c k i n go fc o l o ro b j e c tb a s e do nc o l o rl o c a l s e a r c hi s p r o p o s e d ，w h i c hc o n s i d e r sf u l l yt h er a n d o mm o t i o no ft a r g e t s e a r c h i n go ft a r g e t a r o u n dt r a c k i n gp o s i t i o ne n s u r et h es u c c e s si ns e a r c h i n g t a r g e t ，r e d u c el o s i n go f t a r g e t b e c a u s eo fl o c a ls e a r c h i n go f t a r g e t ，t h ea l g o r i t h mp r o v i d e sae f f e c t i v ew a yi nw h i c h t h ef a s t t m c k i n gp r o b l e mw i l lb es o l v e d t h ea l g o r i t h mh a sb e e na p p l i e d i nt h e t r a c k i n gs y s t e m 喇t lc p u a t3 5 0 m h za n dc c dc a m e r aa t2 5f r a m e s s e c o n d t h e p r o c e s s i n gv e l o c i t yi su p t o2 0 f r a m e s s e c o n d ，t r a c k i n ge f f i c i e n c yi su p t o8 0 a t r a c k i n ga l g o r i t h mb a s e do nr e g i o nf u s i o ni sp r o p o s e d ，w h i c hm a k e su s ef u l lo f t h ec o r r e l a t i o nb e t w e e nt w oc o n t i g u o u sf r a m ei m a g e st of u s et a r g e tr e g i o nw h i c hi s s e g m e n t e dw r o n g l yb e c a u s eo ft h ei n t e r f e r e n c ef r o mn o i s e t h i sa l g o r i t h mi s a e f f e c t i v eo n et h a ts o l v e st h e t a r g e tt r a c k i n gp r o b l e mw i m c o l o rn o i s e i i i a b s t r a c t aa u t o m a t i c w a c k i n gc o n t r o lm o d e l i sd e s i g n e d ，i nw h i c hf u z z yc o n t r o lt h e o r yi s a p p l i e d t h et r a c k i n gm o d e lu s i n g t h em o t i o no f i m a g e s e n s o rr e f l e c tt h eb e h a v i o ro f h u m a nv i s i o nf u l l y , w h i c ht a k e st h ee f f e c to f s i m p l ea n d c o n v e n i e n c e t h ea p p r o a c h o fs i m u l t a n e o u sw o r kb e t w e e ni m a g ep r o c e s s i n ga n ds e n s o rt r a c k i n gi se f f e c t i v ew a y i nw h i c ht h ep r o b l e mo nr e a l t i m et r a c k i n go f t a r g e ti ss o l v e d a t a r g e tt r a c k i n gs y s t e m b a s e do nc o l o r i m a g er e c o g n i t i o n i s b u i l t ，w h i c h s t r u c t u r ei s c o m p a c t ，c o s ti s l o w e r t h ei n t e r f a c eo ft h es y s t e ms o f t w a r ei s f r i e n d l y , b e s i d e s ，t h e s y s t e m s o f t w a r ec a nh e o p e r a t e dc o n v e n i e n t l y u n d e rw i n d o w s e n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：c o l o r o b j e c tt r a c k i n g c o l o r i m a g er e c o g n i t i o n b o u n d a r y c h a i nc o d e s e a r c h i n g l o c a l s p i r a ls e a r c h i n g r e g i o n f u s i o n f u z z yt r a c k i n gc o n t r o l i v 一 箜二至堕垒 - _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ - _ _ - - _ - _ _ 一 第一章绪 论 1 1 彩色图像跟踪的意义 人类已经进入了一个高速发展的信息化时代，信息获取及处理已成为科学技 术领域中必不可少的重要手段。随着传感技术、计算机技术、自动化控制技术的 发展，信息检测及处理技术己得到飞速的发展，并得到了广泛的应用l l 。5 j 。图像 信息是众多信息媒体中的一种最直观、最能充分利用人的视觉功能反映客观世界 的信息表现形式，也是人们通过客观世界获得信息的主要来源之一。随着网络、 通信和微电子技术的快速发展以及人民生活水平的提高，应用图像处理技术的图 像监控以其直观、方便和内容丰富等特点，日益受到人们的重视。同时，图像监 控系统也由于具有精度高、抗电子干扰及结构紧凑、重量轻、成本低等突出优点， 已经广泛应用于许多的工矿企业 6 】、商场唧、银行嗍、公安卅和智能楼宇中， 以实现机房、厂房的无人值守【1 1 以及防火防盗【l2 j 的自动化、现代化、智能化。 已往的图像监控系统大部分处于以人工为主、机器为辅的监控模式，其智能 化程度低且不能全天候工作。利用图像处理及识别技术来对物体进行自动监视处 理，克服了以往监控系统要求监控人员不停地监视屏幕，通过人为解释获得的视 频信息而做出相应决策的缺陷，不但降低了监控人员的劳动强度，而且也避免了 一些人为的失误。 图像监控系统的主要设备是作为图像传感器的摄像机。由于摄像机的摄像范 围有限，当需要在较大范围内监控目标的连续运动时，利用摄像机方位固定的图 像监视模式，常常需要使用多个摄像机监控系统【1 。随着监视范围的扩大，图像 监控系统的资源就会相应增多，从而带来了系统成本的提高以及监控人员劳动强 度的增加。而利用摄像机的摄像方向可变的图像跟踪监控模式不仅可在一定程度 上减少系统成本和减轻监控人员的劳动强度，而且还能提高监视的准确性和实时 性l l “。图像跟踪模式更能反映人的视觉功能及智能行为。 图像跟踪系统处理的内容是光学图像。在各种光学图像中，彩色图像是自然 景物光学图像在可见光谱内的反映。它更能真实地反映物体的物理特征。色彩图 像比起灰度图像来说，其信息层次更加丰富，图像更加鲜明，利用色彩更容易将 不同的目标区分开来。因此，实现彩色目标识别跟踪系统，能进一步丰富跟踪的 内容，使跟踪内容更加具体和准确。 为有效地实行目标跟踪，不仅要求目标与背景应具有不同的图像特征，而且 还要求该特征在跟踪过程中应保持不变或变化率不大。跟踪属于运动的范畴，而 第一章绪论 色彩是目标本质的物理特征，色彩具有对目标的平移、旋转、比例缩放不敏感的 特一陛 1 5 1 。而且，在图像中，目标的色彩可直接由构成目标图像的像素来得到1 6 1 ， 因此，利用目标的色彩特征来进行目标跟踪将更加方便、快捷且易于实现1 7 ，8 1 。 1 2 彩色目标跟踪的实现方法及其现状 1 2 1彩色目标跟踪的实现方法 彩色目标跟踪是一种视觉跟踪的光电模拟过程，它集成了光电技术、计算机 技术、图像识别技术和自动化控制技术。彩色目标跟踪系统是运用这些技术的集 中体现。彩色目标跟踪是指彩色目标跟踪系统不断地获取彩色目标光学图像的光 学传感过程。彩色目标跟踪的实现包括图像获取、图像识别、目标定位以及图像 传感器的跟踪控制。彩色目标跟踪实现的原理框图如图1 1 所示。 f i g 1 1t h e p r i n c i p l e d i a g r a m o f t a r g e t t r a c k i n g 图1 1目标跟踪原理框图 出 首先，由图像传感器获取目标图像，系统再对获取的图像进行图像识别处理， 以便在图像中寻找出目标的图像位置。根据目标图像位置的不同，系统向图像传 感器发送不同的跟踪控制信号，控制图像传感器的光学传感方向的相应变化，以 便对目标图像实行进一步的跟踪获取。同时将图像识别及目标跟踪结果输出出 来。用这种由目标的图像位置信息反馈调整图像传感器的光学传感方向，以便进 一步准确获取目标图像的循环反馈跟踪控制模式来实现对彩色目标进行实时跟 踪的目的。 彩色目标跟踪系统各功能部分的实现方法如下： ( 1 ) 彩色目标的图像获取方法 用于图像获取的图像传感器是整个跟踪系统的前沿部分，由它来获取彩色 目标图像供系统进行图像处理和跟踪决策。由于彩色目标图像为可视图像，所以， 用于彩色目标图像获取的图像传感器主要采用彩色摄像机。彩色摄像机的功能是 完成目标景物到图像信息的转换，其物理变化是一个光电转换过程。 2 第一章绪论 目前大多数视频设备所要求的输入信号为模拟视频信号，一般多采用c c d 摄 像机 1 9 1 。c c d 摄像机目前已处于成熟期，其灵敏度、图像分辨率、图像还原性等 均基达至l 了很高的水平，功能日臻完善。妇于彩像摄像辊豹分辩章和餮像视觉效 粜上的优势，它在系统中的应用比例不断提高。 由予进行蚕檬谖籍鲶疆翡设器一般梵数字诗舞税设备，嚣移色c c d 掇豫枫输 出的图像信号是模拟视频信号。该信号不能直接输入至计算机中，它必须通过一 个謦像接西静登摸数交换转往瘦羧字信号后方麓为诗算徒嚣蘑。凌彩色摄像程、 图像卡一起完成跟踪系统中的图像获取功能。 ( 2 ) 彩色目标的图像识别处理方法 对强栋实李亍黢踪，霉簧放霆像孛获取毽掭整鬟售塞，箨需要瓣基据遂行识 别及定位操作。瞻于跟踪是一种时间连续的过程，对目标图像的获取及处理也应 是实时掇俸的过瑕。这季孛实时识剃及跟黥处理本身裁是爨动位、麓能化熬过程， 该过程通常由计算机系统涞实现。 彩色鼹标图像识别方法逶鬻蠢基于运韵( m o 娃o b a s e d j 的方法 ：2 0 】、基予模式 ( m o d e l b a s e d ) l 约方法【2 ”、撼于知识o w l e d 套e - b a s e d ) 的方法 2 射、神经网络( n e u r a l n e 柳o r k b a s e d ) 方法【2 3 垮。通过这些识别方法来找出目标的图像位置。以便后续 的豫踪控制系统利用该图像位置债息来对蜡标实行跟踪操作。 f 3 ，彩色霹搭跟踪瓣垂动豫控毒l 方法 目标跟踪实际上是对目标位鬣进行跟踪。图像跟踪就是以目标的图像位置 惫蒎据嚣避雩亍静鹜稼图缘l 翼踪操作。霞标谈溺豹鹜豹是尧了在蚕像中寻我瓣标懿 图像位置，以便系统利用该位置来进行跟踪控制。跟踪控制是指系统控制图像传 感器戆运韵，以溪镬其光学键感穷蠹夔鼙拣空瘸位藿魏变讫霭发生糖壅懿菠变。 图像传感嚣的跟踪控制操作由计鳟机和跟踪控制器来完成。 跟踪羧裁方法遵豢鸯传统豹囊凌控裁方法驻4 j 帮摸凝攘测方法l 弑。黄绞熬耋 动控制方法是利用个跟踪控制过程的数学模型来进行跟踪控制操作，利用目标 躜像位置慕决定锭萋跟踪瓣瞧度。然两，瑷找系绞鲍复杂蠼、测量豹不准礁缝戳 及系统动力学的不确定性，常常使得传统的控制理论显得光能为力。在这种情况 下，模糊控制理论龆能显示如其巨大豹控露8 潜力。模期塞动控截是以模凝集合论、 模糊语言变量及橇糊逻辑推理为蕊础的一种计算机智能控制方法。模糊控制方法 无霈为控制过程建立精确的数学摸型。因磁它为那移不能用数学模型接述的跟踪 过糙提供了有力的跟踪控制工其。由于在实际环境中目标逮动的复杂性，髓标跟 踪通常采用模糊控制方法。 第一章绪论 1 - 2 2 彩色目标跟踪的现状 由于彩色图像的采集及数字化技术、彩色图像跟踪结果的输出技术相对成 熟，彩色目标跟踪的研究主要集中在彩色目标跟踪的图像处理以及跟踪控制方 面。对于目标跟踪的图像处理来说，目前最常用的跟踪方法主要是对比度跟踪和 相关跟踪( 2 6 珊1 方法。对比度跟踪是利用目标与背景的对比度来识别和提取目标信 号而实现目标自动跟踪的一种方法。这种方法主要有基于运动检测的方法幽j 、基 于边缘检测的方法 3 0 , 3 1 1 。这些方法都是从背景中突出目标的处理方法。相关跟踪 是利用前后相邻两帧图像中目标之间的相关性来识别及提取目标，该种方法主要 采用模式匹配的方法【3 2 拼】。虽然这些跟踪方法都有各自的特点，但是在这些跟踪 方法的应用研究中，普遍存在图像处理速度较慢的问题。其突出表现在：( 1 ) 图 像处理的范围大；( 2 ) 图像处理复杂。图像处理的范围大尤其是指在获取的整幅 图像中进行图像识别处理 3 4 0 6 1 。图像的尺寸越大，图像处理的时间越长 1 7 , 3 5 】，图 像处理的速度越慢。图像处理复杂是指图像处理的算法复杂 3 7 , 3 8 1 ，运算量大。图 像处理的复杂性同样对图像处理速度产生影响。图像处理速度是影响跟踪速度及 跟踪效率的突出原因，图像处理速度越慢，跟踪效率越低，跟踪效果越差。 彩色目标跟踪是对时间上连续采集的在线图像序列中的目标所进行的实时 跟踪操作。采集的相邻两频图像之问几乎无间隔时间【1 9 1 。然而，图像处理需要花 时间，这样，只要对采集的图像进行图像处理，或多或少地都会有一些图像没有 得到处理而损失掉【1 ”。图像处理的时间越长，损失的图像就越多，目标信息丢失 就越多，严重时，会丢失对目标的跟踪。图像处理时间越少，目标信息越充分， 跟踪越稳定，跟踪效率越高。因此，图像处理时间的长短是衡量跟踪质量的一个 重要的性能指标。 若采用在整幅图像范围内进行图像分割及目标提取的跟踪模式，则对一个目 标实行跟踪操作时，就需对整幅图像进行扫描分割及目标搜索。若对具有不同色 彩的多个目标实行跟踪操作时，就需对整幅图像进行多次不同的色彩分割【3 4 1 ，以 便搜索出对应的目标。这样，图像处理的时间就更长，图像处理速度更慢，跟踪 效率更低。利用在整幅图像范围内进行图像处理的方法将限制实时图像跟踪的应 用。利用在局域范围内处理目标的方法，是目前图像跟踪发展的趋势。在局域范 围内进行图像处理的像素数据相对要少，图像处理的时间相对就少。局域图像处 理方法主要有区域增长法( r e g i o ng r o w i n g ) 3 9 l 、网格法( m e s h b a s e d ) 3 7 , 3 8 l 和主动 轮廓法( a c t i v ec o n t o u r ) 【4 “。区域增长法是指从已确定的部分区域( 种子区域) 开始，根据区域的均匀性，上下左右去寻找和归并属于同一区域的其余部分。区 域增长法是局部图像处理最典型的方法【4 5 1 。它充分考虑到了物体在空间分布的连 4 第一章绪论 续性特点，保证了分割出来的区域具有一定的连通性及完整性。然而，区域增长 法的分割结果与种子的选择有关，而且在串行计算机中真正做到全方位增长是不 可能的，用不同的次序去选择在各个方向上的增长也会影响分割的结果。区域增 长的算法多采用四叉树的算法【4 5 ，4 6 】。四叉树是一种树形数据结构，即一个种子点 下面有四个结点，每一个结点下面又有四个子结点，每一个子结点下面再有四个 子结点，如此下去，形成了树形结构。这样，区域越大，树结点越多，这会带来 算法及其控制上的复杂性。而且在跟踪过程中，常常用运动估计的方法来确定种 子点的位置【4 7 1 。运动估计的方法常常与目标运动的随机性发生矛盾，若种子点的 位置被估计在目标区域之外，则目标就会被丢失，跟踪就会失败。网格法是利用 目标与背景之间分界线两边的网格点之间的关系来划分目标与背景的界线【37 1 。其 中网格点的位置常常采用光流场方法来求得，光流场方程的运算求解比较复杂， 运算量较大【4 引，图像处理速度同样受到影响。在运动目标的跟踪研究中，运用最 多的就是主动轮廓的轮廓跟踪方法 4 0 4 “。该方法是一种重要的、有效的物体轮廓 提取方法。该方法首先是由m k a s s 等人提出j 。该方法是随目标位置的变动而 不断调整目标轮廓的位置，以目标轮廓作为目标跟踪的标志。该方法的算法是一 种串行算法，容易在计算机中实现。而且它只对边界处的像素进行处理，处理的 像素比前两种方法都要少。该方法是一种较为实用的方法。然而，该方法也有它 的不足之处。它存在两个缺陷：( 1 ) 初始主动轮廓必须置于目标真实轮廓的附近， 否则，主动轮廓可能产生错误，而且，初始主动轮廓的设置不具有自适应性；( 2 ) 当发生遮挡时，主动轮廓容易被其它物体干扰。但是，由于该方法具有图像处理 的像素少，图像处理速度快的突出优点，这使得它已成为了当今图像处理中目标 跟踪的主流方法，并且近年来一直有对该方法不断改进的报道【4 1 4 4 1 。然而，这些 改进都只是根据不同的应用场合在某一方面上所进行的改进，还未形成统的效 率更高的轮廓跟踪算法。而且各种改进方法也带来了各种附加的约束条件，反而 使运算复杂化。因而，研究更方便有效的跟踪方法，就成为了本论文研究工作的 重要内容之一。 在跟踪控制方面，目前，所使用的跟踪控制方法都与跟踪的应用有关。利用 传统的控制方法常用于对目标运动参量的测量【2 ”，这同时对系统的精度也提出了 较高的要求。对随机运动目标的跟踪常常采用模糊控制方法f 2 5 1 。根据跟踪控制的 应用不同，所使用的目标分割方法也不尽相同。如用边缘检测分割方法【2 4 、运动 检测分割方法1 2 副等。跟踪控制的模式也不太一样。由于系统精度的不断提高，大 多数的研究工作中均已采用了图像采集、图像处理、跟踪控制这一循环流水线的 串行跟踪模式。进一步优化目标识别及跟踪控制模式也是本论文的一项工作任 备。 第一章绪论 1 3 本文的研究目的及基本要求 我们的研究目标是要形成基于彩色图像识别的彩色目标跟踪的新方法、技术 和系统，以便提高目标跟踪中的图像处理速度，降低系统成本，优化系统结构。 该系统与常规的图像监视系统相比，具有监视范围大、图像识别速度快、跟踪的 自动化程度高等特点。本文正是朝着这个目标所进行的初期研究工作，本文的目 的主要是解决用于目标跟踪中的实时图像处理方法以及目标光电跟踪的自动化 控制问题。 本文研究对跟踪目标及跟踪系统提出的基本要求如下： 1 、目标的运动速度不是特别快。本文主要研究目标在通常运动速度条件下 的目标跟踪监视问题。通常运动速度是指目标运动速度不超过由通用计 算机、常规摄像机以及跟踪控制器所组成的跟踪系统的响应速度。目标 运动速度一般为行人的步行速度左右。 2 、目标的识别率高，目标与背景反差不能太小，目标与背景的色彩要分明。 3 、具有不变性识别能力。要求识别系统在目标发生平移、旋转、尺度缩放 以及其他畸变时，仍具有较高的识别率。 4 、实时性，即要求目标识别速度快，跟踪效率高。 5 、成本低。我们把基于彩色图像识别的彩色目标跟踪系统定位为更加友好 和方便使用的系统，在性能完善的基础上，使系统成本降低。 1 4 本文的主要内容及其创新之处 1 4 1 本文的主要内容 本文主要介绍了基于彩色图像识别技术和计算机自动控制技术的彩色目标 实时跟踪方法。首先介绍了彩色目标分割与定位的彩色目标识别技术，然后，介 绍以目标的位置信息为目标跟踪的依据，以计算机为跟踪控制核心，以彩色c c l 3 摄像机为图像跟踪器件的彩色目标跟踪方法。最后给出了彩色目标光电跟踪实 验。本文重点研究了用于彩色目标跟踪中的图像分割方法、图像跟踪方法以及跟 踪实现的光电控制方法，从色彩的角度解决了跟踪中所存在的跟踪效率较低的问 题，提出了基于色彩局域旋转搜索的彩色目标分割方法和基于目标区域融合的彩 色目标跟踪方法。实验证明，基于目标色彩的局域搜索跟踪方法，具有方便、快 速高效的优点。该方法是在复杂背景中跟踪目标的一种有效而实用的跟踪方法。 本文共分七章，除本章外，其余章节内容安排如下： 第一章绪论 第二牵，彩偬目标l 醚踪的技术基础。介绍了彩色目标跟踪中新运用的基本技 术。包括彩色图像识别所使用的色彩空间，图像的采集技术以及计算机跟踪控制 的自动控黼技术纂础。 第三章，彩饿曩标跟踪中的图像识别殿目标怒位技术。主要阐述了图像的色 彩分割方法和磊称的识掰定位援术。在本牵中，掇出了基予色彩硒域旋转攘索静 彩色目标分割方滋【1 7 】。介绍了一嫂常用的目标定位技术。 第强牵，彩截嚣拣i 蠹踩酌计冀梳图像缝毽方法。本章觚彩色瓣标静跟踩蒙瑾 入手，分析了常用的一些彩色目标跟踪方法，提出了基于局域旋转搜索的目标区 竣融合跟黥方法渊。 第五章，彩饿目标跟踪的模糊控制技术。本章介绍了计算机模糊控制理论， 劳将模凝控裁理论应曩予彩色曩檬戆跟踪控毒l 技术之孛，给出了豢稼辍兹鞭踪控 制算法。 第六肇，彩惫馨檬跟踪系绞弱王 乍原遴及结构。本章翅述了本论文工佟黪建 立的彩色目标跟踪系统的工作原理。介绍了系统的硬件系统功能及软件系统的使 髑方法。剿用该象统对实际丑标避行了跟踪实验。 第七章，总缩与展望。本章对本论文工作进行了总结，并对本论文工作的进 一步研究及成果的应用进行了分析与展望。 1 4 2 本文的主要创新之妣 本论文的主要龟i 新点如下： 1 、提出了应用色彩特征对目标实行光电跟踪的新方法 4 9 】。该方法利用了色 彩对物体平移、旋转、磁掰尺寸翁放不敏感静符髓【1 5 】，劳已将这释色彩 不变特征应用于彩色目标的跟踪之中。 2 、撬遗了基于色彩筠壤旋转搜索及边舞链鹳攘索静鬻像分割方法弼。该分 割方法使用方便、应用灵活。 3 、掇遵了篓予蜀鼓麓转搜索豹区域融合跟踪方法 1 8 1 。该方法楚在零域范交 内搜索目标，利用前后相邻两帧图像中目标的色彩及形状的相关性，对 毽嫁实雩亍黢踩搡锯。提裹了嚣标懿跟踪壤礁牲及跟踪效率。 4 、提出了应用模糊控制理论的摄像机对目标进行跟踪的新方法f 5 0 1 。图像处 魏及摄像机跟踪目时进行鹣方法怒鹅决曩拣实时毅踪懿套效手段。 5 、建立了一瀵彩色目标光电跟踪的硬件系统。该系统结构紧凑，成本低廉。 各部分结构体积小、功能分明，蚤郏分之闽组合方便。f 德鉴定) 6 、编制了一溪彩色目标跟踪系统的w i n d o w s 应用程序软件，该软件界面友 好，易于操作。f 特鉴定) 第一章绪论 参考文献 1 m a r i e l l et h o m a s ，a n d r ef l o r i n ，d i d i e rc h r e t i e n ，d a n d i st e r v e r r e a l t i m eb i o m o n i t o r i n g o f w a t e rc o n t a m i n a t i o nb y c y a n i d eb a s e d o n a n a l y s i so f t h ec o n t i n u o u se l e c t r i cs i g n a le m i t t e db y a t r o p i c a lf i s h ：a p t e r o n o t u s a l b i f r o n s j w a t e r r e s e a r c h , v 0 1 3 0 ，n o 1 2 ，1 9 9 6 ， p p ，3 0 8 3 - 3 0 9 1 2 c r l a v e r s ，k i t o h ，s c w u ，m m u r a b a y a h i ，i m a u c h l i n e ，g s t e w a r t , t s t o u t p l a n a ro p t i c a l w a v e g u i d e sf o rs e n s i n ga p p l i c a t i o n s j s e n s o r sa n d a c t u a t o r sb ：c h e m i c a l , v 0 1 6 9 ，n o 5 ， 2 0 0 0 ，p p 8 5 - 9 5 3 p e t e rh a u p t m a n n ，r a l fl u c k l u m ，a l fp u t t m e r , b e m dh e n n i n g u l t r a s o n i cs e n s o r sf o r p r o c e s sm o n i t o r i n g a n dc h e m i c a la n a l y s i s ：s t a t e - o f - t h e - a r t a n d 仃e n d s 明 s e n s o r sa n d a c t u a t o r s j p h y s i c a l , v 0 1 6 7 ，n o 1 ，1 9 9 8 ，p p 3 2 - 4 8 【4 h s m c h o w i a k ，s l a s s u e ，a d u b e m a r d ，e g a v i n t at h e r m o e l e c t r i c s e n s o rf o rf l u i df l o w m e a s u r e m e n tp r i n c i p l e s ，c a l i b r a t i o na n ds o l u t i o nf o rs e l ft e m p e r a t u r ec o m p e n s a t i o n j f l o w m e a s u r e m e n t a n d i n s t r u m e n t a t i o n ，v 0 1 9 ，n o 3 ，1 9 9 8 ，p p 1 3 5 1 4 1 5 】m s c h e n k ，m a m r e i n ，r r e i c h e l t a ne l e c t r e tm i c r o p h o n ea saf o r c es e n s o rf o rc o m b i n e d s c a n n i n gp r o b em i c r o s c o p y s 1 u l t r a m i c r o s c o p y ，v 0 1 6 5 ，n o 1 ，1 9 9 6 ，p p 1 0 9 1 1 8 6 】张剑英煤矿多媒体图像监控系统 j 艨g 烈笋瑟拣v 0 1 2 5 ，n o 6 ，1 9 9 7 ，p p 3 2 - 3 4 7 】梁龙飞，余松煜，王兴东图像监控系统中的几个关键问题叨才掌祝防：毫v 0 1 1 7 ， n o 6 ，2 0 0 0 ，p p 3 3 - 3 5 8 万静，陈鹤鸣，严峰一种可隐蔽监视的c c d 图像监视系统 j 】蓐蒴膨宫学魔；虢 v 0 1 2 1 ，n o 2 ，2 0 0 l ，p p 盯一8 9 9 】陈恒，刘钢钦公安指挥中心中的集群多级视频图像监控系统 j 】鲁蔚与彰剥f a e , n o 4 ，2 0 0 1 ，p p 5 6 - 5 9 【1 0 黄德中，古斌智能住宅图像监视系统技术【j 】工穆搀舻c a b 与智膨詹筑v 0 1 1 ， n o 1 ，2 0 0 2 ，p p 4 5 - 4 9 1 1 】肖南波无人值班变电所图像监控系统应用中的几个问题 j 】旃豇宫力jn o 2 ，2 0 0 1 ， p p 1 8 1 9 1 2 】火灾与安全双重图像监控系统张皿劳动安垒n o 4 ，1 9 9 5 ，p p ，1 9 1 3 】亚洲论坛会议中心监控系统解决方案尹冒安劳苛瓦w w w 2 1 y e d e c o m 1 4 a n t h o n yj s p e a r , m e t t h e we g o l o m b e k m a r sp a t h f i n d e rp r o j e c tp r o g r e s sr e p o r t a c t a a s t r o n a u t i c a , v 0 1 3 9 ，n o 1 ，1 9 9 6 ，p p 9 1 - 9 9 【1 5 a k j a i n ，a v a i l a y a i m a g er e t r i e v a lu s i n gc o l o ra n ds h a p e p a t t e r nr e c o g n i t i o n ，v 0 1 2 9 ， n o 8 ，1 9 9 6 ，p p 1 2 3 3 - 1 2 4 4 1 6 】史文革微机图像格式大全 m 海洋出版社，1 9 9 2 1 7 陈鲤江，翟宏琛，黄桂岭，张铁群，孙杰基于色彩局域搜索的彩色目标快速跟踪方法 j 】光鲁子旋老，v 0 1 1 4 ，n o 1 1 ，2 0 0 3 ，p p 1 1 7 5 1 1 7 8 1 8 】陈鲤江，翟宏琛，张铁群基于局域旋转搜索的区域融合方法及其在彩色图像跟踪中的 应用 j 光园子艘苑( 已接收) 1 9 1 ：e 庆有c c d 应用技术 m 天津大学出版社，2 0 0 0 2 0 c l a u d e t t ec e d r a s ，m u b a r a ks h a h m o t i o n b a s e dr e c o g n i t i o n ：as u r v e y j m a g ea n dh s i o n 8 第一章绪论 c o m p u t i n g , v 0 1 1 3 ，n o 2 ，1 9 9 5 ，p p 1 2 9 1 5 5 【2 1 l i a n g - k a ih u a n g ，m o o - j i u nj w a n g e f f i c i e n ts h a p em a t c h i n gt h r o u g hm o d e l - b a s e ds h a p e r e c o g n i t i o n j p a t t e r nr e c o g n i t i o n ，v 0 1 2 9 ，n o 2 ，1 9 9 6 ，p p 2 0 7 - 2 1 5 【2 2 m a s a h a r uk o b a s h i ，l i n d ag s h a p i r o k n o w l e d g e - b a s e do r g a n i d e n t i f i c a t i o nf r o mc t i m a g e s j p a t t e r nr e c o g n i 打o n ，v 0 1 2 8 ，n o 4 ，1 9 9 5 ，p p 4 7 5 - 4 9 1 【2 3 g p a s q u a r i e l l o ，g s a t a l i n o ，v 1 af o r g i a f s p i l o t r o s a u t o m a t i ct a r g e tr e c o g n i t i o nf o rn a v a l t r a f f i cc o n t r o lu s i n gn e u r a ln e t w o r k j i m a g ea n dv i s i o nc o m p u t i n g , v 0 1 1 6 ，n o 2 ，1 9 9 8 ， p p 6 7 - 7 3 2 4 】曲仁茹，史忠科基于飞行器图像的目标跟踪方法研究 j 】百7 劝髯v 0 1 1 9 ，n o 4 ， 2 0 0 1 ，p p 8 1 - 8 4 2 5 雷晓峰，王耀南远程图像监控系统的智能跟踪开发【j 】孑茁力学簧掘v 0 1 2 2 ，n o 3 ， 2 0 0 1 ，p p 3 0 3 3 【2 6 d a e s i k , j a n g ，h y u n g - i ic h o i a d a p t i v em o d e l sf o rt r a c k i n gm o v i n go b j e c t s j p a t t e r n r e c o g n i t i o n ，v 0 1 3 3 ，n o 7 ，2 0 0 0 ，p p 11 3 5 11 4 6 2 7 高世海，戴文刚，田仲空域和频域相结合的景象匹配算法 j 手国鳕缪留续 匈鼠 2 0 0 0 ：5 2 8 】安建虎，刘健。肖阳辉基于自适应参考模板的相关跟踪算法 j 】劳舅祝己器与砬6 只 v 0 1 3 9 ，n o 1 4 ，2 0 0 3 ，p p 1 0 3 1 4 4 2 9 m z a k i ，m y e 1n a h a s ，m y o u s s e e m b o t ：a ne n h a n