单一运动目标轨迹的跟踪与记录方法技术

本发明专利技术公开了一种采用计算机程序的单一运动目标轨迹的跟踪与记录方法。旨在克服运动目标轨迹的跟踪与记录占用存储空间大的问题。该方法采用安装硬件系统、提取目标轮廓和对目标轮廓进行模板匹配与轨迹记录步骤。提取目标轮廓采用提取目标视频第ｔ帧、第ｔ－１帧与第ｔ＋１帧图像；进行三帧差分运算、“与”运算、中值滤波和提取实际轮廓等步骤。对目标轮廓进行模板匹配与轨迹记录采用找出目标的质心位置并进行存储；对存储的质心位置信息做距离变换与进行Ｈａｕｓｄｏｒｆｆ距离匹配；将该目标的实际形状进行存储；然后再提取第ｔ＋１帧图像，按提取目标轮廓的流程和按对目标轮廓进行模板匹配与轨迹记录方法进行匹配与存储等步骤，这样循环下去。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种计算机视觉领域中运动目标及其运动轨迹的跟踪技术，更 确切的说，它涉及一种。技术背景运动目标的检测与跟踪是计算机视觉领域的核心课题之一，它融合了图像 处理、模式识别、人工智能等相关领域的研究成果，在视频监控、机器人导航、 视频传输、视频检索、医学图像分析、气象分析、智能交通等许多领域有着广 泛的应用。在智能交通管理系统中，车辆的实时检测与跟踪技术是智能交通系统的重 要技术之一。计算机在不需要人的干预或者只需要很少干预的情况下，通过对 摄像机拍录的视频序列进行分析，实现车辆的检测与跟踪。在此基础上分析和 判断车辆的行为，并给出语意描述。做到了既能完成日常管理，又能在发生异 常情况时及时做出反应，从而提供一种更加先进和可行的监控方案。目前，如何有效降低视频的存储空间是运动视觉的重要研究内容，可是对分割出的单一运动目标记录方法的研究相对较少。 一般是用avi格式的文件进 行存储，其数据量相当大；近几年也有用MPEG1，MPEG2，H261,H263,MPEG4等方 法进行视频压缩，其中MPEG4能够比较高效率的进行压缩和解压，压缩后的文 件大约为原文件的30%, 90分钟的视频影像大约需要30画B，但对硬件要求还 是4艮高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服目前运动目标及其运动轨迹的跟踪与记 录占用存储空间大的问题，采用自编的计算机程序，和硬件系统相结合，提供 一种。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现。在硬件系统的 支持下，釆用下列步骤1) 提取单一运动目标轮廓；2) 对单一运动目标轮廓进行模板匹配与运动轨迹记录。 技术方案中所述的提取单一运动目标轮廓要采用下列步骤1)提取单一运动目标视频的第t帧图像、第t-l帧图像与第t+l帧图像， 其中，t是取大于零的自然数，以下相同；2 )对提取的单一运动目标的第t帧图像和第t-l帧图像进行差分运算，对 提取的单一运动目标的第t帧图像和第t+l帧图像进行差分运算，即进行三帧差分运算；3) 对两帧进行差分后的图像进行"与"运算；4) 将"与，，运算后的结果进行中值滤波；5) 根据中值滤波后所得的信息提取出部分单一运动目标的轮廓；6) 对提取出部分单一运动目标的轮廓取等距初始轮廓点；7) 求出单一运动目标视频的第t帧图像的边缘梯度信息，设定各项参数； 8 )对步骤7 )和步骤6 )所得结果进行分析，利用snake方法收缩初始轮廓曲线；9)提取出单一运动目标的实际轮廓。技术方案中所述的对单一运动目标轮廓进行模板匹配与运动轨迹记录要釆 用下列步骤1 )根据提取出的单一运动目标实际轮廓信息，找出单一运动目标的质心位 置并进行存储；2)对存储的质心位置信息做距离变换；3 )对步骤2 )所得结果进行Hausdorff距离匹配；4)判断Hausdorff距离匹配是否成功，如果判断的结果为"否"，则流程 进入继续对该单一运动目标的下一帧图像做处理；如果判断的结果为"是"，则 流程进入下一步骤；5 )判断Hausdorff距离匹配成功的次数是否超过阈值，如果判断的结果为 "否"，则流程进入继续对该单一运动目标的下一帧图^f象啦文处理；如果判断的结 果为"是"，则流程进入下一步骤；6) 将该单一运动目标的实际形状进行存储；7) 对该单一运动目标的下一帧图像做处理，即提取第t+l帧图像，按提取 单一运动目标轮廓的流程求第t帧、t+l帧、t+2帧，再按对单一运动目标轮廓 进行模板匹配与运动轨迹记录的方法进行匹配与存储，这样循环下去，进行单 一运动目标轨迹的快速跟踪与记录。与现有技术相比本专利技术的有益效果是1. 由于三帧差分算法的方法复杂度低，本专利技术在摄像头的帧数在25 - 30fps 时，能够实现实时跟踪，满足一般监控的实时性要求；2. 参阅图8,是实现了一种只用两个 文本文件就可对运动轨迹进行记录的方法，大大降低了运动目标轨迹记录存储 容量，若对单一运动目标进行一年轨迹的跟踪与记录时，所需存储空间也仅为 67謹B左右，只需大约相当于通常视频文件万分之一的存储空间，很好地解决 了关注目标行进轨迹的长时间跟踪时存储空间不足的问题。3. 对系统硬件的要求很低，如今普遍应用的计算才几都可以满足要求。 附图说明下面结合附图对本专利技术作进 一 步的说明图1是表示由硬件部分和自编计算机程序部分实现的流程框图；图2是中的提取单一运动目标轮廓的 流程框图；图3是中的对单一运动目标轮廓进行 模板匹配与运动轨迹记录的流程框图；图4是采用MPEG4格式在计算机显示器上呈现的跟踪与记录的效果图；图5是采用的跟踪与记录的第13帧截图；图6是采用的跟踪与记录的第24帧截图；图7是采用的跟踪与记录的第46帧截图；图8是几种方法对相同的单一运动目标及其运动轨迹的跟踪与记录所占用存储空间大小的曲线比较示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术作详细的描述 I .本专利技术的设计构思与主要技术特征本专利技术以逐步求精的指导思想，研究一种能够减少存储空间容量的记录方 法。先用三帧差分方法和Snake方法相结合提出单一运动目标的轮廓，然后， 再利用Hausdorff方法对提出的轮廓进行匹配，并将匹配后的轮廓和运动轨迹 以文本文件存储。此方法较好地解决了单一刚体目标运动轨迹记录存储空间容 量的问题，只需大约相当于通常视频文件万分之一的存储空间，适用于注重单 一运动目标4九迹长时间记录的系统。三帧差分法(公知技术)运算过程简单，运算速度快，但它所提取出的轮 廓并不完整，所以往往不能直接使用；Snake主动轮廓法(公知技术)则可精 确的分割出单像素完整轮廓，但该方法运算复杂，不适合做实时处理，且自适 应地选裤4交好的初始4仑廓点也有一定困难。本专利技术融合了 Snake方法和三帧差分方法的优点，构建了一个目标检测与 跟踪方法，该方法首先通过三帧差分方法快速地提取出目标的初始轮廓，在轮 廓上等距取50个节点作为初始点，同时对中间帧利用Canny算子提出其边缘图 像。随后对差分后图像进行中值滤波，再利用主动轮廓模型方法收缩曲线提取出完整、单像素的目标轮廓，使视频序列中的对象得到自动检测与跟踪。本专利技术^提出的改进轮廓方法通过三帧差分方法解决了 Snake方法初始轮廓和约束条 件选取的问题，可以准确的提取出目标的实际轮廓，不需要人为干预，在一定 程度上降低了传统Snake方法的复杂度，而且由于三帧差分方法的复杂度低， 在摄像头最大帧数达到25 - 30fps时就能够实现实时跟踪。能够实现对目标的 实时跟踪。本专利技术提出了 一种只利用两个文本文件对单一刚体目标的运动轨迹 进4亍记录的方法。1. 提取单一运动目标轮廓将连续三帧图形进行差分后做"与"运算，经过滤波后得到目标大致轮廓， 并提取出等距初始轮廓点，同时，求出中间帧图像的梯度，在设定好主动轮廓 方法的各项系数后，再以提取出的初始轮廓点为基础，利用主动轮廓方法对曲 线进行扩张，经过少量的迭代后就可得到目标的实际4仑廓。2. 对单一运动目标轮廓进行模板匹配与运动轨迹记录为了在播放记录时能够更直观的观察单一运动目标的外形和运动状态，利 用Hausdorff距离匹配出单一运动目标的形状模板并在播放时显示，这样我们 就可以观察到更完整的目标。系统对模板的选取，主要采取本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用计算机程序进行控制的单一运动目标轨迹的跟踪与记录方法，包括有下列步骤：安装摄像头、装有自编计算机程序的计算机与显示器，并用电线依次将它们连接，其特征在于，所述的单一运动目标轨迹的跟踪与记录方法还采用下列步骤：１）提取单一运动目标轮廓；２）对单一运动目标轮廓进行模板匹配与运动轨迹记录。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈万忠，刘富，张倬，赵雷，龚银银，韩双双，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]