基于交通视频图像序列的运动车辆检测与跟踪算法研究

【摘要】随着当今经济的高速发展，交通运输行业得到了显著的发展，机动车保有量迅速地增长，仅仅依靠修建道路设施和人工管理很难解决现存的交通问题（交通事故频发、严重的道路压车等等）。因此，基于视频监控技术下的交通视频图像序列的运动车辆检测与跟踪技术能够实现交通管理上的自动化和智能化，充分利用现有的交通设施保证更大交通运输能力的同时提高交通运输的安全性，实现交通运输行业的集约化发展。本文基于高斯模型，对运动车辆检测算法进行了研究；基于卡尔曼滤波理论、MeanShift迭代理论，对运动车辆跟踪算法进行了研究。取得的研究成果如下：在比较单高斯模型和混合高斯模型建模优缺点的基础上，利用视频图像帧中的边缘像素点建立混合高斯模型，首先得到能够描述背景像素点模型的高斯分布，然后根据像素点值与混合高斯模型中各个高斯分布的匹配关系来更新匹配的高斯分布参数，最后根据像素点值与最佳描述背景高斯分布的匹配关系实现运动车辆的检测。在MeanShift跟踪算法中,由于核窗宽固定不变，车辆在其窗宽范围内进行缩放、平移运动并不影响MeanShift跟踪算法空间定位的准确性，但是会导致极大的尺度定位误差，采用加减10%核函数带宽的方法实现核窗宽的自动更新。传统核窗宽固定的MeanShift跟踪算法对逐渐增大尺寸的车辆进行跟踪时,不仅会导致尺度定位偏差,同时也导致空间定位偏差。由于车辆在其窗宽范围内进行缩放、平移运动时，MeanShift跟踪算法的空间定位是准确的，所以首先采用后向跟踪法进行形心配准，然后，根据形心配准后矩形跟踪框内角点的匹配建立仿射模型，最后根据仿射模型解得的伸缩幅值实时更新核窗宽。针对MeanShift算法不能跟踪快速运动车辆的缺陷，本文采用MeanShift和卡尔曼滤波器相结合的算法，首先利用卡尔曼滤波器来获得每帧MeanShift算法的起始位置，然后再利用MeanShift算法得到跟踪位置。运动车辆出现大面积遮挡（在同一帧图像中卡尔曼预测的位置和MeanShift收敛的位置之间的距离大于设定的阈值）时，MeanShift算法不能有效跟踪，首先关闭卡尔曼滤波模型，然后根据前几帧中MeanShift收敛点的位置线性预测在当前帧中进行MeanShift迭代可能的起始点位置，即车辆位置的线性预测替代了卡尔曼的作用，最后利用MeanShift算法得到跟踪位置。经实验验证:本文采用的基于边缘信息的混合高斯模型的运动车辆检测算法通过背景更新技术，在光线突变的情况下获取良好背景的同时较好地检测到了前景运动车辆，该方法能够适应户外复杂的环境，准确率高，鲁棒性强，有着广泛的实用性。对尺度变化的运动车辆进行跟踪时，核窗宽自动更新算法不仅能够有效地跟踪动态车辆，而且其跟踪窗口能够随着车辆的变化而变化，空间定位准确的同时尺度定位也很准确。对快速运动、大面积遮挡的车辆进行跟踪时，采用MeanShift和卡尔曼滤波器相结合的算法不仅能够有效地对运动车辆进行跟踪，而且实时性也比较好。
【作者】张秀林；
【导师】王浩全；付文杰；
【作者基本信息】中北大学，电子与通信工程，2014，硕士
【关键词】车辆检测；混合高斯模型；车辆跟踪；MeanShift；卡尔曼滤波；

【参考文献】
[1]万跃鹏.基于Cortex-A8的安全工业以太网设计与实现[D].华中科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[2]谭宇凌.我国民营企业对外直接投资所遭受的政治风险及对策[D].湖北工业大学,政治学理论,2014,硕士.
[3]李华永.ZA集团肉羊产业化经营模式研究[D].天津大学,工商管理,2004,硕士.
[4]苗钢.我国企业并购研究[D].首都经济贸易大学,产业经济学,2004,硕士.
[5]许萍.矿山公园规划设计研究[D].浙江大学,2013.
[6]梁艺.基于FPGA的数字中频接收机和脉冲压缩的研究及实现[D].湖北大学,微电子与固体电子学,2012,硕士.
[7]刘凯.关于UKF在基于滑模的永磁同步电机直接转矩控制系统中的应用[D].辽宁工程技术大学,电机与电器,2012,硕士.
[8]王民丽.冷战后美国台海政策析论[D].南京大学,国际政治,2013,硕士.
[9]田岚.磺酸盐Gemini表面活性剂的合成及界面性能研究[D].东北石油大学,化学工艺,2013,硕士.
[10]张艳侠.城市大遗址建设控制区土地利用效益评价研究[D].西北大学,人文地理学,2013,硕士.
[11]倪曼.克拉申输入假设在初中英语文化教学中的应用研究[D].河北师范大学,学科教学,2013,硕士.
[12]顾凯.试论过程写作法[J].安徽大学学报,2004,06:40-44.
[13]张龙朝.论新进公务员行政人格的培养[D].湖南师范大学,行政管理,2013,硕士.
[14]杨捷.《黄河大合唱》与清唱剧《长恨歌》之比较研究[D].河北大学,艺术学,2002,硕士.
[15]丁艳梅.利用储能集水箱减震的小高层结构动力响应分析[D].兰州理工大学,结构工程,2013,硕士.
[16]WeiXiaobin.Cyber Language Variation from the Memetic Perspective[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[17]赵晓雪.预测控制方法在倒立摆系统中的应用研究[D].河北科技大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[18]申国民,刘仁辅,马志山,朱德芳,白埃民.中厚板轧机参数测量及其结果的应用[J].钢铁.1993(12)
[19]谷海彤,刘育权,熊文,黄欣,尹宜宜.地区电网能量管理系统安全技术改进建议[J].电力系统自动化,2012,18:166-170.
[20]陈氏沧玄.越南和平省社区旅游发展问题研究[D].东北师范大学,社会保障,2012,硕士.
[21]徐锡美.从评价理论视角下看《红楼梦》中荣国府与刘姥姥话语分析[D].首都师范大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[22]郑莉.含交易费用及税收的二元市场期权定价[D].华中师范大学,应用数学,2014,硕士.
[23]王卫华.纵波勘探中的炸药激发方式分析[J].石油地球物理勘探,1999,03:249-259+362.
[24]周华.教师资格考试标准视角下教师教育课程设置研究[D].华中师范大学,课程与教学论,2013,硕士.
[25]姚利俊.骨传导语音增强算法及其可重构硬件结构研究与实现[D].国防科学技术大学,软件工程,2013,硕士.
[26]吴丽娜,周支立,刘斌.移动通讯公司流失客户信息分析[J].情报杂志,2005,05:112-114+116.
[27]贾丽娜.传统与现代：雷颐随笔研究[D].宁夏大学,中国现当代文学,2014,硕士.
[28]潘伟.绝对连续测度的框架谱性质[D].华中师范大学,应用数学,2013,硕士.
[29]何平.连铸单晶铜动态冲击特性研究[D].西北工业大学,材料加工工程,2004,硕士.
[30]杨刚.碳纳米管/三元乙丙橡胶复合材料导热系数分子动力学模拟[D].青岛科技大学,2013.
[31]胡理增,薛恒新,赵自强.以客户终身价值最大化为准则的流失客户挽救模型[J].企业活力,2005,09:24-25.
[32]刘明坤.象拔蚌人工育苗及其系统分类地位研究[D].中国海洋大学,水产养殖,2014,硕士.
[33]林友芳,王天宇,唐锐,周元炜,黄厚宽.一种有效的社会网络社区发现模型和算法[J].计算机研究与发展,2012,02:337-345.
[34]李文杰,魏修成,宁俊瑞.一种新的弹性波数值模拟吸收边界条件[J].石油地球物理勘探,2009,04:501-507+528+385-386.
[35]陶媛.中国大学生英语写作中to-V结构的应用[D].西南交通大学,外国语言学及应用语言学,2012,硕士.
[36]孙康杰.面向双层交通混凝土简支箱梁的抗弯性能研究[D].湖南科技大学,结构工程,2013,硕士.
[37]朱庆忠,黄捍东,魏修成,叶连池,毛志刚.复杂油气藏储层横向预测[J].石油地球物理勘探,2003,04:405-408+462-9.
[38]高尚.西方广告原则在中国市场的实践效果检验：战略原则部分[D].厦门大学,传播学,2014,硕士.
[39]赵福义.某猪场猪链球菌感染病例诊断及防治[D].吉林大学,兽医（专业学位）,2014,硕士.
[40]张杰.抗滑桩治理国道214线滇藏公路年拉山至邦达机场段滑坡体的应用研究[D].重庆交通大学,交通运输工程,2011,硕士.
[41]王坚强.信息不完全的多准则层次分类方法研究[J].控制与决策,2004,11:1237-1240+1245.
[42]周栩.房地产市场前营销浅析——永康花园项目的前营销策划[D].西南财经大学,工商管理,2003,硕士.
[43]史芮嘉,丁勇,柏赟,许奇,李明高.地铁乘客对步行楼梯和自动扶梯的选择行为分析及建模[J].交通运输系统工程与信息,2015,01:185-190.
[44]朱光明,徐志康,杜有成.VSP波场分离[J].石油地球物理勘探,1990,02:161-167+244.
[45]陈嘉森.民间借贷法律规制研究[D].首都经济贸易大学,经济法,2014,硕士.
[46]范大龙.移动互联网应用层智能管道设计与实现[D].华中科技大学,电子与通信工程,2013,硕士.
[47]荀径,唐涛,宋晓美,王彬,贾兆欣.再生制动条件下的城轨列车节能驾驶综合模型[J].中国铁道科学,2015,01:104-110.
[48]叶蓉.新时期通俗小说与青少年阅读心理[D].华中师范大学,学科教学论,2003,硕士.
[49]董卫华.越南、朝鲜、老挝、古巴执政党的社会管理理念比较[D].中南大学,马克思主义基本原理,2013,博士.
[50]崔勇.提高有机相变贮能材料导热系数的应用研究[D].河北工业大学,化学工艺,2004,硕士.