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1、视频序列中人体运动目标的检测与跟踪研究信息学院 信研11 毕莎莎 612081002004摘要：本文提出的的算法是是在 LLinuux系统统Feddoraa8、GGCC编编译器平平台上进进行设计计的，通通过实验验验证了了算法的的可行性性，并且且我们提提出的算算法大大大提高了了运动目目标检测测和跟踪踪的准确确度，减减少了计计算量，提提高了系系统的实实时性。该系统算法法分为三三部分：首先利利用图像像帧差进进行运动动目标的的提取；然后利利用模式式识别分分析目标标的特征征，对目目标进行行分类；最后得得到目标标的形心心，对人人体目标标进行匹匹配、跟跟踪并计计数，实实时给出出越过计计数线的的人数。实实验证
2、明明该算法法简单可可行，统统计数据据具有较较高的正正确率。关键词：帧帧间差分分；运动动检测；目标跟跟踪，计计数； 1、绪论1.1 课课题相关关背景目标的识别别与跟踪踪是基于于对一个个图像序序列的研研究，从从序列图图像中检检测到运运动的目目标，并并且对目目标运动动的规律律加以预预测，实实现对指指定的目目标进行行准确且且连续的的跟踪。其其目的是是通过计计算机视视觉从复复杂的变变化的背背景环境境中准确确识别出出所需的的运动目目标，提提取稳定定的目标标特征，并并对目标标的位置置和姿态态等信息息进行快快速实时时的跟踪踪。随着着计算机机处理能能力的显显著提高高，该技技术在众众多领域域都有越越来越广广泛的应
3、应用。1.2 项项目简介介本项目利用用图像处处理和模模式识别别的方法法研究并并设计了了基于视视频的客客流量统统计系统统。本文文提出的的算法是是在 LLinuux系统统Feddoraa8、GGCC编编译器平平台，利利用海康康威视的的采集卡卡及摄像像头进行行设计的的，通过过实验验验证了算算法的可可行性，并并且我们们提出的的算法大大大提高高了运动动目标检检测和跟跟踪的准准确度，减减少了计计算量，提提高了系系统的实实时性。2、相关知知识介绍绍2.1 FFedoora88系统本项目之所所以选择择Feddoraa8系统统主要是是因为：feddoraa8的系系统内核核和海康康威视采采集卡DDS40008HH
4、S驱动动要求的的内核相相匹配；另外此此项目运运行时，要要长期处处在工作作的状态态，需要要比较稳稳定的操操作系统统。而LLinuux系统统Feddoraa8比较较稳定；可移植植性较好好；具有有安全性性的服务务器，很很少会感感染病毒毒，所以以本项目目选择了了此操作作系统。2.2 CC语言介介绍C语言的特特点：11)语言言表达能能力强。2)语言言简洁、紧紧凑，使使用灵活活，易于于学习和和使用。33)数据据类型丰丰富，具具有很强强的结构构化控制制语句。44)语言言生成的的代码质质量高。55)语法法限制不不严格，程程序设计计自由度度大。66)可移移植性好好。用CC语言编编写的程程序基本本上不作作修改就就
5、能用于于各种型型号的计计算机和和各种操操作系统统。2.3 海海康威视视采集卡卡海康DS440088HS：开发支持：1、提供完完整的SSDK开开发包、DDEMOO演示软软件及其其源程序序，SDDK与HH卡兼容容SDKK包含了了板卡开开发软件件、播放放器开发发软件、网网络开发发软件、MMediiaPllayeer控件件。SDK开发发包提供供的函数数有很多多，在本本项目中中用到的的有：InitDDSPss()；初始化化DSPPChannnelOOpenn()；通道打打开，本本项目使使用的是是第4通通道ChannnelCClosse()；通道道关闭RegissterrImaageSStreeamCCa
6、lllbacck()；注册册数据void ImaageSStreeamCCalllbacck(uunsiigneed iint chaanneelNuumbeer, voiid* conntexxt) 中断函函数,每每40mms调用用一次，即即每秒调调用255次2、支持WWinddowss 20000/XP/20003，LLinuux操作作系统。3、系统设设计3.1系统统设计思思想本系统选用用海康威威视的采采集卡，摄摄像头，在在装有FFedoora88系统的的计算机机上进行行开发。在在终端中中使用命命令对程程序进行行编译和和调试。当当程序运运行时，可可以在界界面观察察到摄像像头所录录入的视视频
7、，及及在我们们所添加加的窗口口中看到到相关的的处理信信息。3.2系统统需求分分析1）首先对对界面进进行修改改与设计计，方便便显示跟跟踪及计计数的信信息2）可以准准确跟踪踪到某一一运动物物体。3）对经过过某一区区域的人人进行计计数。4）可适用用于超市市，或大大卖场等等的入口口及出口口处，对对客流量量进行统统计3.3系统统功能模模块整个系统设设定的主主要功能能模块有有：图像像预处理理，人体体跟踪模模块，计计数模块块图像预处理理：膨胀胀、腐蚀蚀、滤波波 等人体跟踪：跟踪到到人体的的运动坐坐标及轨轨迹 计数：对进进入某一一区域的的人进行行计数视频序列输入运动分割图像预处理运动目标转换运动人体跟踪计数3
8、-1系统统流程图图3.4界面面的设计计 GTK是用用于实现现图形用用户接口口的函数数库。一一般情况况下，如如果要创创建普通通的图形形接口应应用程序序，使用用GTKK就可以以了。GGTK+和Gnnomee构件库库提供了了极为丰丰富的构构件，足足以构造造非常复复杂的用用户界面面。但是是，如果果需要开开发新构构件，或或者要创创建绘图图程序，仅仅使用GGTK就就不够了了。这时时可以采采用Xllib ，更好好的方法法是使用用GDKK库，它它可以应应付绝大大多数的的编程需需要。初始界面的的显示：图3-2 初始界界面当按下prreviiew按按钮时，显显示如下下：图3-3 Preevieew 图图像4、运动
9、物物体的检检测4.1 帧帧间差分分法原理理在众多基于于运动图图像序列列检测的的算法之之中，帧帧间差分分法是依依据相邻邻两帧图图像间的的强相关关性而提提出的检检测算法法。所谓谓帧间差差分法，是是指将相相邻两帧帧图像中中的相应应像素点点的灰度度值进行行相减，若若其差值值较小，可可以认为为该点无无运动目目标;相相反，若若灰度差差值较大大，则认认为有运运动目标标。4.2帧间间差分法法实现YUV 44:2:0 的的格式：下面八个像像素为：Y00 U00 V00 Y1 U1 V1 YY2 UU2 VV2 Y33 U33 V33Y5 U5 V5 YY6 UU6 VV6 Y77 U77 V77 Y8 U8 V
10、8 存放的码流流为：YY0 UU0 YY1 YY2 UU2 YY3Y5 V55 Y66 Y77 V77 Y88 映射出的像像素点为为：YY0 UU0 VV5 Y11 U00 V55 Y2 U2 V7 YY3 UU2 VV7 Y5 U0 V5 YY6 UU0 VV5 Y77 U22 V77 Y8 U2 V7 即四个像素素点共用用同一个个U，VV，依次次类推下下去，而而在immageeBuff中的存存放方式式为：YYYYYYYYYYY3352*2888 UUUUUU1776*1144VVVVV1176*1444。隔帧图像对对应像素素点取帧帧差：本设计中使使用的检检测运动动物体的的方法是是帧差法法：
11、即两两帧图像像对应像像素点的的Y,UU,V的的值相减减，若满满足 aabs(Y1-Y2)600|aabs(U1-U2)500|aabs(V1-V2)500的话，则则把此点点置黑。把把所有的的黑点找找出来则则可以检检测到运运动物体体的轮廓廓。阈值值的设定定可以根根据实际际情况来来规定，根根据现场场的情况况进行调调试。当当阈值比比较小时时，检测测到被跟跟踪物体体的像素素点比较较多，而而干扰点点，噪声声点也会会比较多多；反之之，检测测到轮廓廓的像素素点则比比较少，会会对结果果造成影影响。而而当人停停止在某某一处时时，若噪噪声干扰扰很少的的话，则则认为屏屏幕是白白色。当按下界面面上的ttracce按钮
12、钮，即ttracce=11时，显显示帧差差： 图4-1 帧帧差图像像5、图像预预处理膨胀和腐蚀蚀这两种种操作是是形态学学处理的的基础，许许多形态态学算法法都是以以这两种种运算为为基础的的。5.1膨胀胀膨胀是以得得到B的的相对与与它自身身原点的的映像并并且由zz对映像像进行移移位为基基础的。AA被B膨膨胀是所所有位移移z的集集合，这这样， 和A至至少有一一个元素素是重叠叠的。我我们可以以把上式式改写为为：结构构元素BB可以看看作一个个卷积模模板，区区别在于于膨胀是是以集合合运算为为基础的的，卷积积是以算算术运算算为基础础的，但但两者的的处理过过程是相相似的。 用3*3的结结构元素素B，扫扫描图像
13、像A的每每一个像像素； 用结构构元素与与其覆盖盖的二值值图像做做“与”操操作； 如果都都为0，结结果图像像的该像像素为00，否则则为1，使使二值图图像扩大大一圈。5.2腐蚀蚀腐蚀是对ZZ中的集集合A和和B，BB对A进进行腐蚀蚀的整个个过程如如下： 用3*3的结结构元素素B，扫扫描图像像A的每每一个像像素； 用结构构元素与与其覆盖盖的二值值图像做做“与”操操作； 如果都都为1，结结果图像像的该像像素为11，否则为为0；腐蚀处处理的结结果是使使原来的的二值图图像减小小一圈。5.3结果果分析先腐蚀后膨膨胀的过过程：利利用它可可以消除除小物体体，在纤纤细点处处分离物物体，平平滑较大大物体边边界，但但同
14、时并并不会明明显改变变原来物物体的面面积。而而先膨胀胀后腐蚀蚀的过程程：利用用它可以以填充物物体内细细小空洞洞，连接接临近物物体、平平滑其边边界，但但平时并并不会明明显改变变原来物物体的面面积。通常由于噪噪声的影影响，图图像在阈阈值化后后所得到到的边界界通常都都很不平平滑，物物体区域域具有一一些噪声声孔，而而背景区区域上散散布着一一些小的的噪声物物体，连连续的开开和闭运运算可以以有效地地改善这这种情况况，而有有时，我我们需要要经过多多次腐蚀蚀之后再再加上相相同次数数的膨胀胀，才能能产生比比较好的的处理效效果。可可见图像像腐蚀与与图像膨膨胀相结结合有时时可使图图像有较较理想的的处理效效果。6、运
15、动人人体的跟跟踪算法法6.1跟踪踪算法11（1）寻找找有效点点在检测到运运动目标标后，用用一个110*110的方方格对所所得到的的帧差的的像素点点进行循循环，若若有一个个黑点出出现在此此方格内内，则停停止循环环，把此此方格置置黑，并并把方格格的最左左上角的的点存放放到一个个数组pp12200里，并并把此点点的标记记设为11，即用用一个点点来代表表整个方方格，以以便接下下来寻找找连通域域。（2）寻找找连通域域从存放有效效点的数数组p中中取一个个标记为为1的点点，把它它放到zzonee1kk3p1k3中，然然后把此此点与数数组p中中的各个个点进行行比较，看看是否有有与这个个点的xx,y坐坐标相差差
16、小于等等于111的点，若若存在的的话，则则也把这这些点也也放在zzonee1kk3p1k3内，并并把标记记改为00。就这这样依次次循环，可可寻找到到帧差图图像所有有的连通通域，最最后可得得到若干干个连通通域。则则可以把把每一个个大于55个点的的连通域域当做一一个运动动的人，其其他的当当做噪声声点处理理。（3）画圆圆并把内内部涂黑黑找到连通域域之后，寻寻找此连连通域内内的最左左minnxx，最最右maaxx，最最上miiny，及及最下mmaxyy的第一一个出现现黑点的的坐标，可可以近似似找到此此区域的的中心，然然后以此此中心点点为圆心心，半径径为255来画圆圆（半径径大小根根据实际际情况来来定，
17、但但圆要覆覆盖住人人的帧差差），并并把此圆圆内的部部分涂黑黑。这样样就可以以把检测测到的帧帧差转换换成一个个黑色的的圆。当当人运动动时，此此圆也会会相应的的运动。当tracce=00时显示示imggbuff4内的的内容，即即根据连连通域内内的点画画的圆图6-1一一人两个人并排排行走的的时候则则会建立立两个结结点，可可以跟踪踪到两个个圆： 图6-2 两人并并排行走走（4）帧之之间圆的的匹配跟跟踪在要进行计计数时，要要先在距距边界大大概500-1000个像像素的位位置建立立结点，然然后在两两帧之间间匹配结结点圆的的圆心坐坐标，若若两圆心心坐标的的距离小小于300时，则则可认为为现在的的圆就是是之前
18、的的圆在此此刻的状状态，则则更新结结点信息息，然后后依次更更新，到到2400时，删删掉这个个结点，然然后对IIN进行行计数。反反之亦然然，在1190-2400之间建建立结点点，跟踪踪到500时，删删除结点点，并对对OUTT进行计计数。这这样可以以准确地地对一段段时间内内进出某某一区域域的人进进行计数数。而跟跟踪算法法除了用用于计数数，还可可以根据据不同时时刻的坐坐标值，来来分析运运动人体体的轨迹迹。6.2 跟跟踪算法法2（1）首先先创建结结点首先设定两两个创建建结点的的区域，550-1100和和1900-2440，若若在此区区域内出出现有效效点，则则对这些些点进行行求连通通域，方方法如55.1
19、 (2)，若连连通域内内的点大大于100，则求求连通域域的边界界，确定定连通域域的中心心画圆，创创建结点点。若连通域的的点数大大于300的话，认认为创建建区不止止有一个个人，则则对此大大的连通通域进行行划分。方方法如下下：求出出连通域域的宽度度dx ，把一一个人的的标准宽宽度设为为40，则则用dxx/400可得到到n个人人，dxx%400可得到到取整之之后的余余数，对对这个余余数进行行判断，若若dx%40大大于255的话，nn+1；否则就就为n。然然后分别别求出各各个人的的中心，画画圆，创创建结点点。（2）进行行跟踪建立了各自自的结点点后，要要对各个个结点进进行跟踪踪，方法法如下：1）在下一一
20、帧时，各各个结点点首先在在半径为为30的的圆内进进行寻找找自己的的点，把把找到的的点标记记为0，存存放在数数组noodei里里，然后后向前移移动结点点中心，还还是在半半径为330的圆圆内寻找找标记为为1，即即还没被被找到过过的点，找找到之后后也存在在刚刚的的数组中中，再次次移动中中心坐标标找点，循循环四次次，中心心y坐标标每次移移动5个个像素点点，最后后把有找找到的点点都放在在noddeii 里里。2）求这些些点构成成的区域域的上、下下、左、右右四个边边界；3）求得边边界之后后，判断断这个区区域的高高度之差差是不是是大于一一个人的的高度，若若(noodei.maxxy-nnodeei.miin
21、y)400 &noddeii.iin_oor_oout=1（进进）时，则则把noodei.maxxy-550，把把这高度度为500的点赋赋给此结结点，计计算结点点的中心心，把之之前的结结点中心心更新为为此中心心，最后后把剩下下的点的的标志位位再置为为1。当当方向标标志noodei.in_or_outt=00时方法法类似。（3）跟踪踪计数在50-1100的的创建区区域创建建的点nnodeei且noodei.in_or_outt为1，对对其进行行更新信信息，而而当结点点的中心心y坐标标大于2240的的时候，则则对计数数numm1进行行加1。在在1900-2440的创创建区域域创建的的点noodei
22、且且noddeii.iin_oor_oout为为0，对对结点进进行跟踪踪，不断断对其进进行更新新结点信信息，而而当结点点的中心心y坐标标小于550的时时候，则则对计数数numm0进行行加1。6.3 两两种算法法的比较较第一种算法法仅适用用于单个个人和多多个人并并排行走走，前后后挨的比比较近或或者品字字形等多多种情形形下并不不能进行行正常跟跟踪和计计数。第二种算法法：在第第一种的的基础上上加以改改进，首首先对落落在创建建区域的的点进行行寻找连连通域，创创建结点点；之后后跟踪的的时候就就是各个个结点寻寻找自己己附近的的点，如如果寻找找到的点点过多，再再把一部部分的标标志位改改为1。这这种算法法理论
23、上上适用任任何一种种走法，一一个人、多多个人、品品字形，前前后挨的的很近等等。所以第二种种算法的的适用性性比较广广泛，实实验结果果也比较较准确。最最后我们们选用的的跟踪算算法2来来分析运运动人体体的运动动轨迹和和用于接接下来的的计数模模块。7、 系统统测试7.1系统统测试的的含义在精心控制制的系统统环境下下，采用用相应的的技术手手段，利利用一组组事先构构好达到到测试事事例执行行程序以以发现程程序中存存在的问问题，并并确认系系统功能能，性能能符合需需求的一一个综合合过程。7.2 测测试方案案首先是一个个人在规规定的区区域行走走，观察察跟踪和和计数的的结果，看看是否与与实际情情况满足足一致，如如果
24、有差差别或有有干扰，要要进行分分块测试试，把每每一个模模块进行行测试后后，找出出出现问问题的模模块，进进行修改改。若满满足实际际情况，则则可以使使两个人人或多个个人一起起行走，观观察现象象，进行行分析。7.3 测测试报告告把测试到的的结果列列在一个个表格内内，分析析跟踪到到的运动动目标的的运动轨轨迹及对对计数的的影响。单个人行走走时，对对运动人人体的跟跟踪情况况：表7-1跟跟踪轨迹迹时间XYR第10帧20502520帧22952530帧201402540帧181852550帧252402560帧2127525通过此图可可以分析析：此人人行走基基本上是是沿直线线行走的的，因为为X坐标标在200左
25、右变变化，而而Y在近近似等差差的进行行增加，半半径则不不变。表7-2计计数结果果时间方向真实值测量值误差误差率第一分钟进5500出5500总和101000第二分钟进6600出5500总和111100第三分钟进7700出109110%总和171616%总计进181800出201915%总和383712.6%7.4小结结本系统已通通过几个个不同场场所的测测试，实实验说明明本系统统可以满满足实际际需求。总总体来说说：计数数还是比比较准确确的，但但由于系系统的稳稳定性不不是非常常的好，并并且在受受一些噪噪音等外外界因素素的干扰扰时，偶偶尔会进进行多记记或少计计，但是是从设计计理论来来讲，帧帧检测、跟跟
26、踪算法法等都是是可行的的。在一些方面面系统也也有待改改进，主主要有以以下因素素影响客客流量统统计结果果：首先先图像分分割是影影响系统统性能的的一个很很大因素素，也是是当前图图像处理理方面的的难题之之一；在在实际环环境中，光光线问题题、运动动阴影的的出现会会给分割割带来很很大的困困难，所所以在这这些方面面还需要要再加以以改进和和完善。参考文献献1.李刚,黎燕；基于数数学形态态学的二二值图像像的边缘缘检测J；电子产产品可靠靠性与环环境试验验；20004年年06期期2.朱群英英；基于于视频图图像处理理的桥墩墩防撞研研究DD；武武汉理工工大学；20006年3.侯志强强, 韩韩崇昭. 视觉觉跟踪技技术综
27、述述. 自自动化学学报, 32(4): 6003-6617, 20006.4.郑世友友;动态态场景图图像序列列中运动动目标检检测与跟跟踪DD;东东南大学学;20006年年5.蔡征;黄瑞光光;运运动图像像序列的的多目标标跟踪技技术及实实现JJ;计计算机与与数字工工程;220066年099期6.刘忠辉辉；基于于数字图图像处理理的人脸脸检测算算法研究究D；长春春理工大大学；220077年7.高赟；图像灰灰度增强强算法的的研究D；西安电电子科技技大学；20007年8.于哲舟舟；视频频流图像像内容检检索与运运动目标标检测研研究DD；吉吉林大学学；20007年年9.顾德军军，伍铁铁军；一一种基于于人头特特
28、征的人人数统计计方法研研究-机机械制造造与自动动化 220100.399(4)10.马颂颂德，张张正友.计算机机视觉.北京:科学出出版社，220033.11.孟凤凤.视频频监控系系统中运运动目标标检测与与跟踪算算法的研研究(硕硕士学位位论文).燕山山大学，22007712.石华华伟.人人体运动动的跟踪踪与识别别D，中南南大学硕硕士论文文，20007.13.代凯凯乾，刘刘肖琳.基于图图像序列列的人体体跟踪J，计计算机仿仿真，220077，244(7).14.王建建宇，陈陈熙霖. 背景景变化鲁鲁棒的自自适应视视觉跟踪踪目标模模型JJ.软软件学报报，20006， 17(5)：10001 110088
29、.15.章毓毓晋,图图像处理理和分析析,清华华大学出出版社, 20001.16.张星星明,“视频图图像捕捉捉及运动动检测技技术的实实现”,计计算机工工程, Voo.l 28.No. 8. 20002. 8.17.潘金金辉,“视频序序列中运运动目标标的自动动提取”,清清华大学学学报, 20001. 518.Yuuan Cheen1, Shhenggsheeng Yu11, JJun Fann1, Wennxinn Chhen22, HHonggxinng LLi3:An Impprovved Collor-Bassed Parrticcle Fillterr foor OObjeect Traa
30、ckiing.9788-0-76995-333344-6/08 20008 IIEEEE DOOI 110.111099/WGGEC.20008.111019.Kiim ZZ. WW. RReall tiime objjectt trrackkingg baasedd onn dyynammic feaaturre ggrouupinng wwithh baackggrouund subbtraactiion A. PProcceeddingg off IEEEE Connferrencce oon CCompputeer VVisiion andd Paatteern Reccognniti
31、ionC. Annchoorgee,AK,USAA,20008;1-8820.Wiilsoon KK. RR,Peearsson P.MM.H.E. Matthesson andd J.J.MMaroottaa,Teempoorall innteggrattionn liimitts oof ssterreovvisiion in reaachiing andd grrasppinggJ.Exxperrimeentaal BBraiin RReseearcch,220088,1889(11).21.A. Yiilmaaz, O. Javved,M. Shhah. Obbjecct TTracc
32、kinng: A SSurvvey. ACCM JJourrnall off Coompuutinng SSurvveyss, VVol. 388, NNo. 4, Decc. 22006622.Hiieu T. Nguuyenn annd AArnoold W.MM. SSmeuuldeers, Meembeer, IEEEE.FFastt Occcluudedd Obbjecct TTracckinng bby aa Roobusst AAppeearaancee Fiilteer.IIEEEE TRRANSSACTTIONNS OON PPATTTERNN ANNALYYSISS ANND MMACHHINEE INNTELLLIGGENCCE, VOLL. 226, NO. 8, AUUGUSST 220044