第1章 緒論

1.1 研究背景和意義

基于視覺的目標跟蹤[1]技術作為計算機視覺領域的重要分支，一直都備受關注。目標跟蹤需要完成的任務是在第一個視頻序列幀中標記出目標位置后，通過計算機對后續的連續視頻序列幀進行分析和處理，精確地計算出目標在每一幀中的位置信息，為后期的目標運動軌道、速度等信息的獲取做準備，涉及計算機、數學等學科。在現階段，設計一個可以在任意場景下對任意指定目標進行跟蹤的實時跟蹤算法是跟蹤領域的熱點。

目標跟蹤技術從一開始僅在軍事領域應用，到現在與人們的日常生活息息相關，對人們的生活有著重要的影響。目標跟蹤技術通常應用在如以下幾個方面。

（1）軍事領域[2]

導彈通過光電系統對目標進行識別跟蹤，在飛行的過程中根據跟蹤到的位置信息不斷調整方向和速度，這期間對跟蹤算法的實時性、健壯性、準確性都有非常高的要求。無人偵察機、戰斗機器人等武器裝備均離不開跟蹤算法的支持。

（2）智能視頻監控[3-4]

視頻監控系統是一種對安全部門、私人住宅、公共場合等特定區域的目標行為進行實時監控和檢查的自動測量系統。智能監控可以跟蹤運動目標，通過獲取目標的運動軌跡判斷目標的狀態是否異常，使監控人員從枯燥無味的工作中解放出來。例如，在醫院的護理監護中，可以通過大量數據得到患者在通常情況下的運動狀態；在銀行、居民小區等地方，可以通過跟蹤識別技術判斷是否有異常的現象，以避免危險的出現。

（3）人機交互[5]

當前，人機交互在生活中應用較多的是體感游戲。機器通過跟蹤人的肢體位置變化計算出人的動作姿態參數，游戲中對應的虛擬人物會根據這些參數識別出動作姿態并產生相應的動作。由微軟公司開發的體感游戲機Xbox 360，使人可以和游戲機內的虛擬人物進行互動，使人在室內進行某些室外運動成為可能。

（4）醫學診斷[6]

在進行病情診斷時，醫生經常會使用超聲波和核磁共振設備對患者進行檢查，但這兩種技術的成像通常含有較多的噪聲，對單張圖像的觀察會影響對器官狀態的分析。如果使用目標跟蹤算法對序列圖像進行分析，則可以獲得器官的更多狀態信息，從而提高診斷的準確率。

（5）智能交通系統[7]

目標檢測和目標跟蹤在現代智能交通系統中得到了廣泛應用。目標檢測應用于監控視頻或在監視器中定位車輛；目標跟蹤應用于對被檢測車輛的跟蹤，可以計算出車輛的流量、狀態和異常行為等。將實時計算機視覺系統用于車輛跟蹤和交通監控是非常有效的。