基于单目视觉的运动目标跟踪定位

像序列 中对 目标进行检测 、 跟踪 、 定位 ， 并将 运动 目标 的运
动 轨 迹 进 行 重 建 ， 每 时 刻 目标 的 三 维 空 间 位 置 坐 标 结 果 对
接由未标定 的 ２幅或多 幅图像来 确定摄像 机参数 的过程 ，
它克服了传统 方法 的缺点 ， 不需 要标 定块 ， 仅依靠 多 幅 仅 图像对应 点之 间的关 系进 行标定 ， 但它 一般没有 考虑摄像
它是 一 种 静 止 的标 定 方 法 ， 标 定 过 程 费 时 费 力 ， 实 际 且 在 应 用 中 比较 有 局 限 。 自标 定 方 法 （ ｅ －ａｂａｉ ） 指 直 ｓｌｃｌ ｒ ｏ 是 ｆ ｉ ｔｎ
１ 单 目视 觉 跟 踪 定 位 系统
单 目视 觉 跟 踪 定 位 系 统 主 要 通 过 一 台 摄 像 机 对 运 动 目标 进 行 连续 的 图像 序 列 的采 集 ， 用 设 计 好 的算 法 在 图 应
输出保存。系统原理框图如图 １ 示。 所
来 收 稿 日期 ：０ ０— １— ９ ２ １ ０ ２ 基金项 目： 山西省 自然科学基金资助项 目（ ０７ １０ ３ 。 ２ ０ ０２ ０ ） 作 者 简 介 ： 彪 （９ ４ ） 男 ， 士 研 究 生 ， 要 从 事 图像 测 量 研 究 。 孙 １８ 一 ， 硕 主
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研究 的热点 问题 ， 它通过视觉传感 器对运 动 目标 连续运 动
的 图像 序 列 的采 集 ， 图 像 序 列 中 对 运 动 目标 进 行 检 测 、 从
由于要对运动 目标进行精确 的跟踪定 位 ， 以在试 验 所 前要 对摄像 机的内参数 进行标定 测量 ， 因此单 目跟踪定位
系统 主要 包括 摄像 机标 定 、 动 目标 检 测 、 动 目标 跟 踪 、 运 运
第３ 卷 １
第 ４期
四 川 兵 工 学 报
２１ ０ ０年 ４月
【 信息与计算机 】
基 于 单 目视 的 运 目标 跟 踪 定 位 觉 动
孙 彪
（ 北 大 学 现 代 无 损 检 测 中心 ， 原 中 太 ００ ５ ） ３ ０ １
摘要： 介绍了单 目视觉跟踪定位系统的原理 、 成 ， 组 采用 Ｈ ｕｈ变换 提取运 动 目标 的特征 圆进行检测 ， 于邻域 ｏｇ 基 线性搜索 与卡尔 曼滤 波器相结 合的跟踪算法 ， 准确 实现运 动 目标 的跟踪定 位和运 动轨迹 的三维重建 ， 并进 行 了
各种成像系统代替视觉器 官作为信 号输入 手段 ， 由计算 机 来 代 替 大 脑 完 成 对 信 息 的 处 理 和 理 解 Ｉ 。 运 动 目标 跟 ４
踪 定 位 作 为 计 算 机 视 觉 中 的 一 个 重 要 领 域 已 经 成 为 目前 图 １ 单 目视 觉跟 踪 定 位 系统 原 理
片来 确定摄像 机内外参 数 ， 决三维物 点与二维 像点 的对 解 应关 系问题 ， 它是计算机视 觉领域里从 二维 图像 提取三维
空 间 信 息 必 不 可少 的关 键 一 步 。
邻域线性搜索与卡尔曼滤波 器相结 合的跟踪 算法 ， 有效地 减少 了传统 的跟踪算法对 目标位置 预测搜 索的迭代 时间 ， 解决了在相邻帧 图像 中 由于 目标 位置 发生 剧烈 变化 而容 易出现 目标丢失 的 问题 ， 系统 简单 便携 ， 有较 高 的应用 具
计算机视觉 是计 算机 科学 和人 工智 能 的一个 重要 分
支 ， 既 是 工 程 领 域 ， 是 科 学 领 域 中 的 一 个 富 有 挑 战性 它 也 的重 要 研 究 领 域 ， 经 吸 引 了来 自各 个 学 科 的研 究 者 参 加 已 到对 它 的研 究 之 中 。 计 算 机 视 觉 研 究 的 主 要 内容 是 通 过
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机畸变， 算法迭代复杂 ， 精度较低。
四 川 兵 工 学 报
价值 。
目前 ， 摄像机标 定方 法根 据标 定方 式 的不 同 ， 主要 可 以归结为以下 ２种 ： 传统 的标定方 法和 自标 定方法 。传统
的摄 像 机 标 定 方 法 是 指 用 一 个 结 构 已 知 、 度 很 高 的 标 定 精
块作 为空间参 照物 ， 通过空 间点和 图像 点之 间的对应关 系 来建 立摄像机模 型参数 的约束 ， 然后通 过参数估 计来求得 这些参数 。传统 的方法典 型代表 有 Ｄ Ｔ方法 （ ｉ ｃ ｎａ Ｌ ｄｒ ｔｉ ｒ ｅ ｌｅ ｔ ｎｆｒ ｔｎ 、 ｒ ｓ ｍａ ｏ ） 考虑畸变 补偿 的两 步法 ， ａ ｏ ｉ 以及简 易标 定方 法。传统 的标定方 法的优点在 于可 以获得 较高 的精度 ， 但
运 动 目标 定 位 ４个 部 分 。
跟踪 、 定位 ， 最终实现对运动 目标行为 的描述和理解 。 目前 的计算 机视 觉跟踪 定位 主要 有 多 目视觉 传感 器
跟 踪 定 位 、 目视 觉 跟 踪 定 位 和 单 目视 觉 跟 踪 定 位 ， 由 双 但
１１ 摄 像 机 标 定 ． 摄像 机标 定 是 通 过 摄 像 机 获 取 物 体 的 一 系 列 二 维 像
相 应 的 实验 验证 分析 ， 出 了最 终 的实 验 结 果 。 给 关 键 词 ： 目视 觉 ； 踪 ； 位 ； ｕ ｈ变换 ； 尔 曼 滤 波 器 单 跟 定 Ｈｏｇ 卡 中 图分 类 号 ：Ｐ ９ ． Ｔ３２６ 文 献 标 识 码 ： Ａ 文 章 编 号 ：０ ６— ７７ ２ １ ）４— ０ ５—０ １０ ０ ０ （０ ０ ０ ０ ８ ５
于利用多 目视觉传 感器 和双 目视 觉跟 踪定 位 中存 在着视 场小 、 立体 匹配难 、 系统结构 庞大等 缺陷 ， 在很 多场合 已逐 渐被结构简单 、 标定 步骤少 的单 目视 觉所 代替 。本实验 中
通 过 单 目视 觉 实 现 了 对 运 动 目标 的 跟 踪 定 位 ， 计 了 基 于 设