第1章 緒論

1.1 研究背景和意義

基于視覺的目標(biāo)跟蹤[1]技術(shù)作為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的重要分支，一直都備受關(guān)注。目標(biāo)跟蹤需要完成的任務(wù)是在第一個(gè)視頻序列幀中標(biāo)記出目標(biāo)位置后，通過計(jì)算機(jī)對(duì)后續(xù)的連續(xù)視頻序列幀進(jìn)行分析和處理，精確地計(jì)算出目標(biāo)在每一幀中的位置信息，為后期的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌道、速度等信息的獲取做準(zhǔn)備，涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)等學(xué)科。在現(xiàn)階段，設(shè)計(jì)一個(gè)可以在任意場景下對(duì)任意指定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤的實(shí)時(shí)跟蹤算法是跟蹤領(lǐng)域的熱點(diǎn)。

目標(biāo)跟蹤技術(shù)從一開始僅在軍事領(lǐng)域應(yīng)用，到現(xiàn)在與人們的日常生活息息相關(guān)，對(duì)人們的生活有著重要的影響。目標(biāo)跟蹤技術(shù)通常應(yīng)用在如以下幾個(gè)方面。

（1）軍事領(lǐng)域[2]

導(dǎo)彈通過光電系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別跟蹤，在飛行的過程中根據(jù)跟蹤到的位置信息不斷調(diào)整方向和速度，這期間對(duì)跟蹤算法的實(shí)時(shí)性、健壯性、準(zhǔn)確性都有非常高的要求。無人偵察機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)器人等武器裝備均離不開跟蹤算法的支持。

（2）智能視頻監(jiān)控[3-4]

視頻監(jiān)控系統(tǒng)是一種對(duì)安全部門、私人住宅、公共場合等特定區(qū)域的目標(biāo)行為進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢查的自動(dòng)測量系統(tǒng)。智能監(jiān)控可以跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，通過獲取目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡判斷目標(biāo)的狀態(tài)是否異常，使監(jiān)控人員從枯燥無味的工作中解放出來。例如，在醫(yī)院的護(hù)理監(jiān)護(hù)中，可以通過大量數(shù)據(jù)得到患者在通常情況下的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；在銀行、居民小區(qū)等地方，可以通過跟蹤識(shí)別技術(shù)判斷是否有異常的現(xiàn)象，以避免危險(xiǎn)的出現(xiàn)。

（3）人機(jī)交互[5]

當(dāng)前，人機(jī)交互在生活中應(yīng)用較多的是體感游戲。機(jī)器通過跟蹤人的肢體位置變化計(jì)算出人的動(dòng)作姿態(tài)參數(shù)，游戲中對(duì)應(yīng)的虛擬人物會(huì)根據(jù)這些參數(shù)識(shí)別出動(dòng)作姿態(tài)并產(chǎn)生相應(yīng)的動(dòng)作。由微軟公司開發(fā)的體感游戲機(jī)Xbox 360，使人可以和游戲機(jī)內(nèi)的虛擬人物進(jìn)行互動(dòng)，使人在室內(nèi)進(jìn)行某些室外運(yùn)動(dòng)成為可能。

（4）醫(yī)學(xué)診斷[6]

在進(jìn)行病情診斷時(shí)，醫(yī)生經(jīng)常會(huì)使用超聲波和核磁共振設(shè)備對(duì)患者進(jìn)行檢查，但這兩種技術(shù)的成像通常含有較多的噪聲，對(duì)單張圖像的觀察會(huì)影響對(duì)器官狀態(tài)的分析。如果使用目標(biāo)跟蹤算法對(duì)序列圖像進(jìn)行分析，則可以獲得器官的更多狀態(tài)信息，從而提高診斷的準(zhǔn)確率。

（5）智能交通系統(tǒng)[7]

目標(biāo)檢測和目標(biāo)跟蹤在現(xiàn)代智能交通系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。目標(biāo)檢測應(yīng)用于監(jiān)控視頻或在監(jiān)視器中定位車輛；目標(biāo)跟蹤應(yīng)用于對(duì)被檢測車輛的跟蹤，可以計(jì)算出車輛的流量、狀態(tài)和異常行為等。將實(shí)時(shí)計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)用于車輛跟蹤和交通監(jiān)控是非常有效的。