序列图像中的目标区域跟踪算法的设计

中一个 区域是 目标 形成 的 ， 其它 区域是 由云 或者不 能
被滤波 的面积较 大的噪声 区域形成 的。详细处理 步骤
如下 ：
（） １ 将原 图像分割成一组行 图像 ； （） ２ 统计每一个行 图像 的灰度直方 图 ； （） ３ 在灰 度直方 图中 ， 找到 包 含最 多点 的灰 度 值
ｊｃ ｇｏ ｅｕ ｎｅｏ ｄｇｔｌｍａｅ ｔ ｓ ｒｖｄｓａｆｎ ｔ ｎｗ ｉ ａ ｊｄ ｅｉ ｈｅ ｙｗｒｎ ｅ ｔ ｃｔ ｎ ｅｔ ｉｎｉ ａｓｑ ｅｃ ｆ ｉｉ ｇ ．Ｉ ａ ｏｐｏ ｉｅ ｃ ｏ ｈｃ Ｃ ｕ ｇ ｅ ｒ ｎ ｅ ｉ ｌ ｕ ｉ ｈｎ ｆｔ ｒ ｉａ ｏ ｇｉ ｎ ｆ ａ ｏ ．Ａｃｏｄ ｇｔ ｅ ｓ ｎ ｄ ｉ ｉ ｉ ｃｒｉ ｎ ｏ
膨胀 和腐蚀 都是数 学形态 学的基本运算 。
则 中值 ｍ可 以定义如下 ：
ｍ ：
膨胀 的运算 符是① ， Ａ用 Ｂ来膨胀写作 Ａ０ Ｂ， 其
『 ｇ
ｍ 一 。２ ｄ
（ ２ ）
定 义为 ：
＾
Ｌｇ ＋ｇ ）２ ｎ ｍ ｄ ２＝０ （ ／ ｏ
Ａｏ Ｂ＝｛ Ｉ［ Ｂ） ＇Ａ ｝ （ ｆ ］≠ ｌ
ｏ ｔｅｏｊｃ．Ｌ ｓｙ． ａｅ ｎｆ ｔ ｅ ｆ ｅｉｎ ｉ ｎｉ ｇ ．ｅｉｎａ ｌｏｉ ｍ ｗｈ ｈＣ ｕｏ ｔ ａ ｙｔ ｃ ｎｄｉｅｔｙｅ ｅ ｂ ｆ ｂｅｔ ａｔ ｂｓｄｏ ｅ ｕ ｓ ｇｏ ｓｎａ ｍａｅ ｄｓ ｌａｇ ｒ ｈ ｌ ａ ｒ ｏｒ ｇ ｌ ｈ ｔ ｉ ａ ａｔｍａ ｃｌ ｒ ｋａ ｄｎ ｆ ｖｒ ｏ — ｃ ｎ ｉ ｌ ａ ｉ ｙ
特 征 ， 后设计 了一个 自动跟 踪 图像序 列 中 目标 区域 的算 法 ， 出 了判 断是 否发 生 误跟 踪 的标 准 ， 最 给 并对 跟 踪错 误 的情 况进 行 了处 理 。根据对 实 际图像 序列 中 目标 区域 的跟 踪结 果验 证 ， 算法 是 可行 的。 本 关 键词 ： 区域 跟踪 ； 区域 特征 ； 图像序 列 中图分 类号 ：Ｐ０ ． Ｔ ３１６ 文献 标识 码 ： Ａ 文章编 号 ：６３ ６９ ２ １）８ ０ ８— ４ １７ — ２Ｘ（０ １０ －０ ５ ０
ｍ， 它当作Βιβλιοθήκη Baidu 阈值 ； 把
（） ４ 设置上 门限值 ｋ 下 门限值 后 ； （） ５ 如果 当前点的灰度值位于区间 （ ｋ～ ， ｍ＋ ｍ一
。
在本 系统 中使用 中值滤波算法 。中值滤 波的基 本
原理是把数字 图像 中一个点 的灰度值用该 点的一个邻
域内所有点的灰度值 的 中值代 替 。在 一幅 图像 中 ， 假
作者 简介： 峰（ ７一 ， 助教， 高 １ ６ ）女， ９ 研究方向为计算机视觉、 模式 识别。 １ １ 滤波降噪 ． 当 目标经过 Ｃ Ｄ、 Ｃ 图像 采 集 卡形 成 图像 文件 时 ，
・
８ ６・
计算机技术 与发展
第 ２ 卷 ｌ
必然会带来一定 的转化误 差 ， 再加 上 空间 能见度 和光
ＡｎＡｌｏ ｉ ｍ ｓ ｎｆｒＴ ａ ｋｎ ｊｃ ＃ｏ ｍａ ｅＳ ｑ ｅ ｃ ｇ ｒ ｈ Ｄｅｉ ｏ ｒ ｃ ｉｇＯｂ ｅｔ ｔ ｇ Ｒｅ ｎｉ Ｉ ｇ ｅ ｕ ｎ ｅ ｎ
ＧＡＯ ｎｇ，Ｗ ＥＩＳｈ ｏ－ｈ ａ，ＬＩ Ｃａ － ｎ Ｆｅ ａ ｕ Ｕ ｉ ｈｏ ｇ
（ ） 出中值 ｍ； ３找 （） ４ 将这个 中 间值 赋 给对 应 模 板 中心 位 置 的像
素。
除 。飞机 区域 的形 态被 修 正 ， 利 于识 别 过 程 的 计 有 算。 用 来 闭合记作 Ａ・ 定义如下 ： Ｂ，
Ａ・ Ｂ＝（ Ｂ ＯＢ Ａｏ ）
跃示 ｃ
（） ２ 读取模 板下 各对应像 素 的灰 度值并 将这些 灰
度值从小 到大排列 ；
在系统 中， 选取结构元素 为大小 为 ３ｘ３的像 素
矩阵， 经过使用 闭合运算 ， 分割过程 中出现在 飞机区域 内部 的孔洞被填充 ， 断裂 的区域也被连接 ， 并且 在滤波
过程 中因为 面积超过结构元 素大小 的噪声区域也被滤
背景 和前景 两部 分。综合 处理全 图 ， 可以把 图像分 割 成 背景 和前景两部分 。前 景包括 一个 或多 个 区域 ， 其
照等周 围环境 的影 响 ， 目标 图像 上必然 会带 有一 定 的 噪声和失真 。为 了很 好地 进行 目标识 别等 后续 处理 ，
消除噪声 的影 响 ， 需要 对 图像首 先进 行 预处理 。一 是 抽 出对象 的特征作 为 图像 识别 的特征 模式 ； 另一 方面 是为适应计算机处 理的要 求 ， 除图像 数字 化时所 带 消 来 的噪声 。对滤波处理 的要 求有 两条 ： 一是 不能损 坏 目标 图像 的轮廓及边 缘等 重要信 息 ； 是使 目标 图像 二 清晰 ， 视觉效果好 。
ｃ ｍｅ ｒ ｌ ｒ ｄ ｔ ｅ ｕ ｅ ｎ ｉｅ ｆ ｓｌ ａ ｒ ａ ｆ ｔ ｅ ｏ ｒ ｄ ｃ ｏ ｓ ｒ ｔ ａ ｅｉ ｅ ｉ ｙ．Ｔｈ ｎ ｉ ｇ ｓａ ｅ ｓ ｇ ｎ ｅ ｎ ｌｏ ｉ ｍ ｆｍａ ｅ ｔ ａ ｒ ｈ ｌ ｇ ｓｕ ｅ ｏ ｃ ｒ ｅ ｔｓ ａ ｅ ｅ ｍａ ｅ ｔ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｄ ａｇ ｒｔ ｄ ｈ ｏ ｔ ｍａ ｃ ｌ ｈ ｉ ｍｏ ｐ ｏ ｏ ｙ ｉ ｓ ｄ ｔ ｏ ｒｃ ｈ ｐ
信息设计 。在算法 的设计过程 中能够综合考虑 目标 的
运动特 点 、 摄像机与 目标 的位 置 以及所摄 取 图像 的特 点等多种 因素 ， 可以提 高算法 的性 能。 如果能够较好地进 行 区域分 割 ， 可以基 于 区域 就 的统计特征设计 跟踪算 法¨ 工 。区域 面积 和 区域重 心
设以 ｇ 为 中心的邻域 内各点 的灰度 值为 ，ｏ ｇ ， ２ ｏ ｇ， ｇ，
…
）内 ， 就认 为该 点是背 景 ， 把它 的灰 度设 置为 ２ ５ ５，
否则设置 它的灰度 值为 ０ 。
１３ 膨胀腐蚀 ．
，
ｇ， 把这些灰度值按 由小到大的顺序排列如下 ：
ｇ ∞≤ ｇ ｎ≤ ｇ …≤ ｇ （） １
第２卷 １
第 ８期
计 算 机 技 术 与 发 展
Ｃ ＯＭＰＵＴ ＥＲ ＥＣＨＮＯ Ｔ ＬＯＧＹ ＡＮＤ ＤＥ ＶＥＬＯＰ ＭＥＮ
２ １ 年 ８月 ０１
Ｖ Ｉ２ Ｎ ． ｏ＿１ ｏ８ Ａｕ ． ２ １ ｇ ０１
序 列图像 中的 目标 区域 跟踪算 法 的设计
高 峰 ， 少华 ， 魏 刘彩 红
ｓｑ ｅｃ ａ ｅｃｐｕｅ ． ｈ ａ ｒ ａｄｔｅｆ ｉｇｏｊｃ ｍｏ ｅ ｔ ｅｓｍｅｔ ．Ａｃｏｄｎ ｏｔｉｃ ａａｔｒ ｉ ｇ ｓ ａ ｔ ｅ ｙｔｅ ｅｕｎｅＣ ｂ ａｔｒｄ Ｔ ｅｃｍｅ ｎ ｈ ｌ ｎ ｂｅｔ ｖ ｓ ｔ ｎ ａ ｙ ａｈ ａ ｉ ｍｅ ｃｒｉｇｔ ｈｓ ｈ ｒｃ ，ｍａｅ ｐ ｕ ｄｂ ｈ ｅ ｃ ｒ
ｈ ｘ ｉ ｃ ｔ ｅ ｅ ｐ ｒ ｎ ｅ，ｔ ｉ ｌｇ ｒｔ ｍ ｉ ｖ ｉ ｂ ｅ ｅ ｅ ｈ ｓａ ｏ ｈ ｉ ｓ ａ ａｌ ｌ ． ａ
Ｋｅ ｒ ：ｒ ｃ ｎ ｆｒ ｇ ｏ ｙ ｗｏ ｄｓ ｔａ ｋ ｇ ｏ ｅ ｉ ｎ；ｆａ ｕ ｆｒ ｇ ｏ ｉ ｅ ｔ ｒ ｏ ｉ ｎ；ｉ ｇ ｅ ｅ ｃ ｅ ｅ ｍａ ｅ ｓ ｑｕ ｎ ｅ
（ ｏｔ Ｉｓｔｔ ｏ Ｉｆｒ ｔ ｎＥ ｇｎｅｉ ， ’ｎＴ ｃ ｎ ｌ ｉ ｌ ｎｖｒ ｔ， ’ｎ７０ ２ ， ｈｎ ） Ｎ ｒ ｔｕｅ ｆ ｎｏｍａ ｏ ｎ ｉｅｒ ｇ Ｘｉａ ｅｈ ｏｏ ｃ ｉｅｓｙ Ｘｉａ １０ ５ Ｃ ｉａ ｈｎ ｉ ｉ ｎ ｇ ａＵ ｉ
Ａｂｓｒ ｃ ：，ｈ ｎ ｍｅ ｓ ｒ ｇ ｔａ ｋ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｒｉ ｅ ｙ ｃ ｎ ｒ ｌｅ ｙ ｒ ｄ ｒ ｓｇ ａ ，ａ ｃ ｎ ｅ ｓｍｏ ｎ ｅ ｎ ｔｅ ｂ ｒｅ ｎ ｅ ｌ ｉ ｇ ｔ ａ ｔ ￣ ｅ ａ ｕ ｉ ｒ ｃ ｉ ｇ ａ ｃ ｒ ｃ ｆａ ｔ ｌ ｒ ｏ ｔｏ ｌｄ ｂ ａ ａ ｉ ｎ ｌ ａ ｌ ｒ ｉ Ｖ ｎ ｌ ａ ｕ ｔ ｉ ａｒ ｌａ ｄ ｔ ｎ ａｉ ｍａ ｅ ｄ ｈ ｈ
（ 西安 工业 大学 北方 信 息工程 学 院 ， 陕西 西安 ７０ ２ ） １０５
摘 要： 在测 量高 炮在 基于 雷达信 号对 飞行 目标 的 自动跟 踪精度 时 ， 用 的是 在火 炮身 管 上安 装 摄像 机 ， 采 然后 对 所摄 取 的
图像进 行处 理并 最终 测算 出跟踪 精度 。此 种情 况 下 ， 像 机 和 目标 均 处 于 运 动 状态 ， 摄 对所 获 得 的 序列 图像 ， 析 了其 特 分 点 ， 对 图像进 行滤 波降 噪 ， 对 图像进 行 了分割 并使 用数 学形 态学算 法 修正 了分 割 结果 的 形 态 ， 于 图像 中区域 的 首先 然后 基
０ 引 言
图像 跟踪 是图像 处理及 计算 机视觉领域的一个重
对跟踪过程 的影 响 ， 该算法 还考虑 了被 跟踪 目标 的一
部分可能 出离摄像 机视 野这 种情况 。此 外 ， 法还对 算
出现跟踪错误 的情 况进行 了处理 。
要研究 方向。用摄像机跟踪 运动 目标 得到一个图像序
数 。基 于此 目的 ， 对原图像 进行 了滤波 、 割和膨 分 胀腐蚀等预处理后 ， 根据 分割图像中各 区域的特征 ， 最 终设计 出跟踪算法 。
收稿 日期 ： １ — ２ １ ； 回日期 ： １ — ３ ２ ２ ０ １— ３修 ０ ２ １０ — １ ０
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义为：
（） ３
使 用 ３ ３模 板 的 中值 滤 波 算法 处理 原 图像 的完 ｘ 整工作步骤如下 ：
腐蚀 的运算符是 ０， Ａ用 Ｂ 腐蚀写作Ａ Ｂ， 来 Ｏ 其定 Ａ Ｂ＝｛ Ｉ（ ０ Ｂ） Ａ｝ （） ４
（） １ 将模 板在 图像 中漫游 ， 并将 模板 中心 与 图像 中某 个像素的位置重合 ；
是 区域 的两个特征 。文 中， 据被跟 踪 图像 的特点设 根
飞行 目标不断调整身 管的指 向， 摄像 机 随着火炮 身管
移动 以跟踪 目标 ， 摄像 机 同时 以较短 的时间 间隔进行
图像 的采集 ， 这样采集一段时间后 ， 就可 以获得一个序 列图像。由于控制系统的滞后 以及 目标飞行姿态变化 等影 响 ， 目标在每幅 图像 中形成 的 目标 区域 是不 相 同
１２ 图像分 割 ．
文中所要处 理的图像背景 比较单一 。但 由于 目标 的各部分 对太阳光 的反射角 度和 反射程 度都 不相 同 ， 目标 区域 内部 各像 素 的灰 度 值并 没 有 固定 的 分布 规
列是一个从 三维到二维 的投影 过程 ， 这个过 程 中会 在 丢失大 量信息 。图像跟踪算 法只能 根据 图像 中保 留的
文 中所 要 处理 的 图像 序列 是 这 样 获得 的 ： Ｃ ＣＤ
摄像机架设在火炮 身管上 ， 且光轴方 向与火炮 身管指
向相 同， 火炮在雷达 和随动 系统 的控 制下 根据 空 中的
的。在序列 图像 中 自动识别出每幅图像 中的 目标后可
计 了一个基于 区域 面积和重 心 的图像跟 踪算 法 ， 该算
法综合考虑 了由于摄像角度和 目标运动姿态 的变化而 引起的每幅图像 中目标 区域的位置 、 大小 、 形态的变化
以进 一步计 算 高炮 对 飞行 目标 的跟踪 精度 等 一些 参