基于卡尔曼滤波的动态目标跟踪

０ 引 言 动 态 目标 跟踪 是 在 视 频 流 的每 一 幅 图像 中 确定 出感 兴
趣 的运 动 目标 的位 置 ，并 把 不 同 帧 中 的 同一 目标 对 应 起 来 ， 是机 器 视 觉领 域 的热点 研 究 之 一 ，广 泛 应 用 在 交通 监 控 、车 辆 跟踪 中 。在 机 器 视 觉研 究 领 域 ，随着 技术 不 断 发 展 ，目标 跟踪 越 来 越受 到研 究 者 的重 视 ，具 有 广 阔 的应 用 前 景 。
本 文 设 计 一 种 在 ｃ＃编 程 环 境 下 通 过 工 业 相 机 获 取 实 时 画 面 并 同步 根 据 背 景 估 计 的前 一 个 状 态 、当 前 图 像 值 以 及 该像 素 在 前 一 个 状 态 中 的分 类 ，决 定 卡尔 曼 滤 波 器 的参 数 ，进 行 卡 尔 曼 滤 波 和 相 关 图像 形 态 学 处 理 的 方 法 ，实 现 实 时 运 动 目标 跟 踪 。 １ 研 究 现 状
Ｄｙｎａｍｉｃ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋａｌｍａｎ ｆ ｉｌｔｅｒ
Ｙｕ ｌｅ，Ｚｈｅｎｇ Ｌｉｘｉｎ （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ ｏｆ Ｈａａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｆｕｊｉａｎ Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ
景 ，进 而得 到 前景 区域 ，并 对前 景 区域 进行 相 关处理 ，最后 通过 计算 补 集得 到 更 新后 的背 景 。此 方 法 能根 据 不 同场 景 信 息调 整
前景 与背景 阈值 ，减弱 背景 区域造 成 的噪声 影 响 ，实 时地根 据 场 景 变化 快 速 、自动 更 新 背景 ，并 对每 一 位 置 的像 素进 行 背景 估
ｍ ａｇｅ ａｎｄ Ｍ ｕｌｔｉｍｅｄｉａ
基 于 卡 尔 曼 滤 波 的动 态 目标 跟 踪
余 乐 ，郑 力 新
（华 侨 大 学 工业 智 能 化 技 术 与 系 统 福 建 省 高 校 工 程 研 究 中心 ，福 建 泉 州 ３６２０２１）
摘 要 ：为 了实现 ５－业相 机对 动 态 目标 的准确 、实时跟 踪 ，提 出 了基 于卡 尔 曼滤 波 的算 法 。通 过创 建 背景 模 型 来估 计 出 当前 背
计 。 通 过 在 ＶＳ２０１０平 台 上 结 合 ＪＡＩ软 件 开 工 具 包 （Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｋｉｔ，ＳＤＫ）调 用 Ｈａｌｃｏｎ函 数 库 实 现 了 卡 尔 曼 滤 波 动 态 跟
踪 ，其 中 ＪＡＩ ＳＤＫ用于 开发 千兆 网相机 ，几乎 支持 所 有千 兆 网相机 。 实验 结 果表 明 ，该算 法 能够 实现 对 目标 的 实 时动 态跟 踪 ，实
可 变 部 分 模 型 （Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｐａｒｔｓ Ｍｏｄｅｌ，ＤＰＭ）… 是 一 个 非 常 成 功 的 目标 检 测 与跟 踪 算 法 ，它 的 核 心 思 想 是 模 板 匹 配 。而 国 内动 态 目标 跟 踪 研 究 和 使 用 较 多 的 是 相 邻 帧 差 法 、背 景 差 分 法 等 。相 邻 帧差 法 根 据 目标 与 背 景 灰 度
Ｓｙｓｔｅｍ，Ｈｕａｑｉａｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｑｕａｎｚｈｏｕ ３６２０２ １，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｒｅａｌｉｚｅ ａｃｃｕｒａｔｅ ａｎｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｔａｒｇｅｔ ｔｒａｃｋｉｎｇ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ ｃａｍ ｅｒａ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ａｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ． Ｂｙ ｃｒｅａｔｉｎｇ ａ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｍｏｄｅｌ，ｉｔ ｅｓｔｉｍａｔｅｓ ｔｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ｔｈｅｎ ｏｂｔａｉｎｓ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ，ａｎｄ ｔａｋｅｓ ａ ｍｏｒｐｈｏ— ｌｏｇｉｃａｌ ｉｍａｇｅ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｎ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｗｉｌｌ ｂｅ ｕｐｄａｔｅｄ ｂｙ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ．Ｔｈｉｓ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃａｎ ａｄｊｕｓｔ ｔｈｅ ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ ｏｆ ｆｏｒｅｇｒｏｕｎｄ ａｎｄ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｃｅｎａｒｉｏｓ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ａｂａｔｅ ｔｈｅ ｎｏｉｓｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ｒｅｇｉｏｎ ，ａｎｄ ｉｔ ｃａｎ ｒａｐｉｄｌｙ ａｎｄ ａｕｔｏｍ ａｔｉｃａｌｌｙ ｕｐｄａｔｅ ｔｈｅ ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｒｅａｌ—ｔｉｍ ｅ ｃｈａｎｇｅｄ ｓｃｅｎｅ．Ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｂｙ Ｈａｌ— ｃｏｎ ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ＪＡＩ ＳＤＫ ｕｐｏｎ ＶＳ２０１０．Ｔｈｅ ＪＡＩ ＳＤＫ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃａｍｅｒａｓ，ｓｕｐｐｏ￣ｓ ａｌｍ ｏｓｔ ａｌｌ Ｇｉｇａｂｉｔ Ｅｔｈｅｒｎｅｔ ｃａｍｅｒａｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｉｔ ｃａｎ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｌｙ ａｎｄ ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ ｋｅｅｐ ｔｒａｃｋ ｏｆ ｄｙｎａｍ ｉｃ ｔａｒｇｅｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｄｙｎａｍｉｃ ｔｒａｃｋｉｎｇ； Ｋａｌｍａｎ ｆｉｌｔｅｒ； Ｈａｌｃｏｎ；ＪＡＩ ＳＤＫ
时 性 强 ，准 确 度 高 。
关 键 词 ：动 态跟 踪 ；卡 尔 曼 滤 波 ；Ｈａｌｃｏｎ；ＪＡＩ ＳＤＫ
中 图 分 类 号 ：ＴＰ３９１．４
文 献 标 识 码 ：Ａ
ＤＯＩ：１０．１９３５８／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７４—７７２０．２０１６．１６．０１３
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引用格 式 ：余乐 ，郑力新 ．基 于卡尔 曼滤 波 的动态 目标 跟踪 ［Ｊ］．微 型机 与应用 ，２０１６，３５（１６）：４４－４５，５２．