数字图像处理课程设计

二. 课程设计原理及设计方案...................................................................................3
2.1 设计原理的选择.............................................................................................................................. 3 背景消减法.........................................................................................................................................3 时域差分法.........................................................................................................................................3 光流法.................................................................................................................................................4 2.2 设计思路.......................................................................................................................................... 4 2.3 设计流程图...................................................................................................................................... 5
四. 课程设计总结.....................................................................................................12 五. 设计体会.............................................................................................................13 六. 参考文献.............................................................................................................14
运动目标跟踪的目的是通过对视频图像的分析，计算每帧图像中目标的位 置坐标，并根据不同的特征，将连续图像中同一运动目标联系起来，得到每个 目标完整的运动轨迹，也就是说建立运动目标的对应关系，找到下一幅图像中 目标的确切位置。一些基本的目标跟踪方法：中心跟踪、质心跟踪、形心跟踪 和角点跟踪等。 基于实验的要求及技术条件的限制，在本设计中将采用时域差分法对图像 进行处理，即对相邻两帧进行差分处理，从而检测目标的运动；运用中心跟踪 法，确定目标的最小外接矩形，并对其中心进行跟踪与记录跟踪轨迹。
2.2 设计思路
控制计算机摄像头硬件，得到实时的视频图像，捕获图像，对相邻的帧运 用时域差分法对目标进行检测，对各帧进行灰度变换，然后相邻帧间做差分， 对得到的差值图像进行二值化，并设定二值化阈值。 进而利用中心跟踪法，定位目标。若经二值化的帧差图像的各点的像素值 为“1”较多且成区域，则由这些点组成的区域为连通区域，记录连通区域的 最上、最下、最左、最右边界值，从而绘制出目标的最小外接矩形，再确定矩 形的中心为目标的定位点，根据定位点绘制运动目标的跟踪轨迹，且记录跟踪 轨迹。
哈尔滨工业大学（威海）课程设计报告
一. 课程设计任务
1.1 设计目的
数字图像处理，就是用数字计算机及其他有关数字技术，对图像进行处 理，以达到预期的目的。随着计算机的发展，图像处理技术在许多领域得到了 广泛应用，数字图像处理已成为电子信息、通信、计算机、自动化、信号处理 等专业的重要课程。 数字图像处理课程设计是在学习完数字图像处理的相关理论后，进行的综 合性训练课程，其目的是： 使学生进一步巩固数字图像处理的基本概念、理论、分Байду номын сангаас方法和实现方 法； 增强学生应用Matlab编写数字图像处理的应用程序及分析、解决实际问题 的能力； 尝试所学的内容解决实际工程问题，培养学生的工程实践能力
数字信号处理
课程设计报告
课设题目： 学 专 班 姓 学 院： 业： 级： 名： 号：
运动目标的跟踪 信息科学与工程学院 电子与信息工程 0802503 白雪霁 080250319 于海雁 赵占峰 周志权
指导教师：
哈尔滨工业大学（威海）
2011 年 11 月 24 日
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一. 课程设计任务....................................................................................................... 2
1.1 设计目的.....................................................................................................................................2 1.2 设计要求.....................................................................................................................................2
R (k , x, y ) ( x, y ) || f (k 1, x, y ) f (k , x, y ) | ( x, y )
其中， ( x, y ) 为二值化门限，k 为时间。令对应两帧图像间发生变化的地 方，即目标区域中像素值为“1”，对应在前后两帧图像间没有发生（由于运 动产生的）变化的地方像素值为“0”，得到二值图像。
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光流法
光流是空间运动物体的被测表面上的像素运动的瞬时速度场。光流场是通 过二维图像来表达物体点的三维运动的速度场。 光流计算基于以下假设：一、任何物体所检测到的亮度随时间是恒定不变 的。二、图像平面内定的临近点以类似的方式进行移动（速度平滑性约束） 。 基本思想是：首先提取图像中目标的特征点，如角点，并利用特征匹配计算这 些特征点处的光流，然后根据这些光流信息进行目标聚类。 光流法的主要优点在于能够直接用于摄像机运动下的目标检测，对目标在 帧间的运动的限制较少，可以处理大的帧间位移，而且对噪声的敏感性降低； 主要缺点是大多数光流计算方法相当复杂，且抗噪性能差。
1.2 设计要求
在很多应用中都要对运动目标进行跟踪。比如激光制导中，弹载摄像机不 断检测指向目标的激光束，根据激光光点的位置来修正飞行方向。使用图像获 取工具箱，从摄像机获取视频图像到matlab中，这些图像可以用来跟踪摄像机 视场中的目标。建立一个图像跟踪的演示程序，用于跟踪的目标可由一个激光 笔产生的激光点代替，实现运动目标检测和跟踪,就是在视频序列中实时地发 现并提取运动目标,不断跟踪它们,并计算出这些运动目标的轨迹。 要求完成功能： （1） 对连接在计算机上的视频获取设备进行控制； （2） 显示动态视频画面； （3） 对画面中内容进行运动目标检测； （4） 对画面中内容进行运动目标的跟踪； （5） 记录目标的跟踪轨迹； （6） 输出检测到的激光点的位置信息； （7） 设计软件界面；
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2.3 设计流程图
开启实时视频
显示实时视频
捕获图像
灰度变换
帧间差分
二值化处理
构造外界矩形
显示目标跟踪
取中心
记录跟踪轨迹
结束退出
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三. 课程设计的步骤和结果
3.1 硬件的启用
info=imaqhwinfo info = InstalledAdaptors: {'coreco' 'winvideo'} MATLABVersion: '7.6 (R2008a)' ToolboxName: 'Image Acquisition Toolbox' ToolboxVersion: '3.1 (R2008a)' %返回适配器的信息。 win_fo=imaqhwinfo('winvideo') win_fo = AdaptorDllName: 'D:\matlab\toolbox\imaq\imaqadaptors\win32\mwwinvideoimaq.dll' AdaptorDllVersion: '3.1 (R2008a)' AdaptorName: 'winvideo' DeviceIDs: {[1]} DeviceInfo: [1x1 struct] %适配器的具体参数。 程序中： vid = videoinput('winvideo', 1, 'YUY2_320x240'); preview(vid); start(vid); 效果图如下：
三. 课程设计的步骤和结果.......................................................................................6
3.1 硬件的启用...................................................................................................................................... 6 3.2 转化为灰度图像.............................................................................................................................. 7 3.3 运动目标的监测及轨迹描绘.......................................................................................................... 7 3.4 GUI 界面的制作.............................................................................................................................10
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二. 课程设计原理及设计方案
2.1 设计原理的选择
传统的运动检测主要包括背景消减法、时域差分法和光流法。下面分别对 各个算法做简要介绍：
背景消减法
背景消减法是利用当前图像与背景图像的差分来检测运动区域的一种技 术。先为背景中的每个像素进行统计建模：再将当前的图像和背景模型进行比 较，据此对图像进行二值化处理，从而得到前一图像素集合（运动对象） 。 此方法的主要特点是要求当前被监视的目标的背景基本不变，通过与背景 的比较得到目标运动信息。 （即基本思想是将当前帧图像与背景图象相减，若 差分图像中像素值大于某一阈值，则判断此像素点属于运动目标区域，否则， 就判此像素点属于背景区域。）阈值操作后得到的结果直接给出了目标的位 置、大小、形状等信息。 背景消减法操作简单，检测位置准确且速度快。但通常的背景消减法对光 线、天气等光照条件的变化非常敏感，运动目标的阴影也常常被检测为运动目 标的一部分，这将影响检测结果的准确性。
时域差分法
时域差分法是在同一背景下将连续或是一定间隔的帧进行比较，从中检测 目标的运动轨迹的方法。而比较两帧最简单、最直观的方法是将两图像做 “差” 。利用检测两图像中像素间灰度值的变化，经过阈值化处理确定目标在 图像中的位置。相减的图像中，灰度不发生变化的部分被减掉，动态目标的大 部分信息就保留下来。从而达到检测和提取轮廓的目的。 差分操作利用捕获的相邻帧 f (k , x, y ) 和 f (k 1, x, y ) 提取目标区 R (k , x, y )