【正文】 LANZHOU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY畢業(yè)論文題 目 基于背景差分法的機(jī)動目標(biāo)檢測 學(xué)生姓名 梅金濤 學(xué) 號 09250124 專業(yè)班級 通信工程（1）班 指導(dǎo)教師 李立 學(xué) 院 計算機(jī)與通信學(xué)院 答辯日期 2013年6月17日 40 / 46基于背景差分法的機(jī)動目標(biāo)檢測Maneuvering target detection based on background difference method論文作者：梅金濤拼 音：Mei Jintao學(xué) 號：09250124摘 要在道路交通管理中，采用攝像頭拍攝的道路視頻，再用計算機(jī)軟件處理的方法，則可以極大的增加方便性和靈活性。本文運(yùn)動目標(biāo)檢測研究如何讓計算機(jī)從視頻圖像序列中獲得物體運(yùn)動數(shù)據(jù)。運(yùn)動目標(biāo)檢測分為視頻讀取、灰度處理、視頻圖像化、運(yùn)動位置提取這幾個步驟。論文的提取背景是通過算數(shù)平均法實(shí)現(xiàn)的。與此同時，在運(yùn)動點(diǎn)團(tuán)位置提取步驟中，采用了背景減法直接將目標(biāo)提取出來。本文還通過實(shí)驗(yàn)分析比較了圖像預(yù)處理給實(shí)驗(yàn)帶來的正面效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果再次證明了平均法和差分法在圖像處理領(lǐng)域的方便性和靈活性。關(guān)鍵詞：讀取視頻。視頻圖像化。背景提取。目標(biāo)提取。AbstractRoad traffic management system often uses camera to capture the roadway with puter software processing method in order to increase processing convenience and flexibility. The topic of this paper is the detection of moving target, and this also means how to get the whole target from the image sequence. Moving target detection is divided into several steps，such as video read, grayscale processing, video visualization, sports location extracting. In this paper, background is extracted by arithmetic mean method. At the same time, the paper in the moving point position extraction step, used the background subtraction to pick up the target directly. This article also analysis the image preprocessing experiment to bring the positive effect by experiment. The experimental results prove that the average method and difference method again in convenience and flexibility in the field of image processing. Keywords: Video Reading、Graphical Video、Background Extraction、Target Extraction.目 錄第一章 緒論 1 視頻圖像差分信息的提取的發(fā)展與意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 2第二章 基本原理和相關(guān)理論 3 3 數(shù)字圖像處理常用方法 3 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用 4 5 基礎(chǔ)知識 5 5 圖像復(fù)原技術(shù) 6 圖像去噪質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn) 6 7 基本介紹 7 基本方法 7 MATLAB軟件介紹 8 MATLAB的應(yīng)用 9 MATLAB工具箱 9 運(yùn)動目標(biāo)檢測算法研究 10　手動背景法 11　統(tǒng)計中值法 11　算術(shù)平均法 11 　Surendra算法 12　其他算法 13　運(yùn)動目標(biāo)檢測算法研究 13 光流法 13 背景減法 13第三章 背景提取 14 彩色圖像的背景提取 14 基于均值的彩色圖像背景 14 改進(jìn)的基于均值的彩色圖像背景提取 15 基于中值濾波的彩色背景圖像提取 16 基于共同區(qū)域的彩色圖像背景提取 17 灰度圖像的背景提取 18第四章 實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果分析 19 視頻圖像的讀取格式 19 19 19 多幀圖像的讀取 20 21 背景提取的步驟 21 圖像差分 21 圖像二值化 23第五章 總結(jié) 25參考文獻(xiàn) 26附錄 27附錄一： 27附錄二： 30致謝 42第一章 緒論 視頻圖像差分信息的提取的發(fā)展與意義視頻圖像差分信息的提取作為計算機(jī)視覺研究的核心課題之一，是一門正興起的技術(shù)。它融入了人工智能、圖像處理、模式識別、計算機(jī)、以及自動控制等許多領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)。若用在視頻跟蹤系統(tǒng)上，具有隱蔽性、直觀性、抗電子干擾性、性價比高等突出優(yōu)點(diǎn)。因?yàn)榭蓮囊曨l監(jiān)視器上直接看到目標(biāo)圖像，因而能方便、直觀地辨別出目標(biāo)。此外在近距離跟蹤方而，視頻的跟蹤系統(tǒng)具有較高的可靠性、精確性和穩(wěn)定性。因提取的結(jié)果中包含了場景中各個運(yùn)動目標(biāo)的大量時空信息，視頻圖像差分信息提取技術(shù)從二十世紀(jì)六十年代以來，取得了極大的發(fā)展，在醫(yī)療診斷、戰(zhàn)場警戒、氣像分析、軍事視覺制導(dǎo)、安全監(jiān)測、參數(shù)現(xiàn)實(shí)、交通管制、機(jī)器人視覺導(dǎo)航、虛擬現(xiàn)實(shí)和視頻壓縮等許多方面都有廣泛應(yīng)用。比如在軍事方面，主要應(yīng)用于電視跟蹤和紅外跟蹤。早期的電視和紅外跟蹤器都采用的是單一工作模式，必須全部用硬件實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在的跟蹤以微機(jī)為基礎(chǔ)，采用圖像處理與模式識別技術(shù)，利用程序控制實(shí)現(xiàn)多種功能。多模跟蹤器已經(jīng)用于電視和紅外成像系統(tǒng)，如美國的坦克破壞者和海爾法等導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng)。近年來，人工智能被應(yīng)用到視頻跟蹤中，非常有效的提高了系統(tǒng)自適應(yīng)昀能力。在這些防空反導(dǎo)的系統(tǒng)中，視頻的跟蹤系統(tǒng)都起到了不能替代的作用。在民用方而，比如視覺監(jiān)控，通過攝像機(jī)監(jiān)視動態(tài)場景，已廣泛地應(yīng)用于社會生活的各方面，視頻跟蹤能夠應(yīng)用在社區(qū)和重要設(shè)施的保安監(jiān)控中，用作智能交通系統(tǒng)中對車輛的實(shí)時檢測與追蹤。經(jīng)過實(shí)時監(jiān)測和跟蹤，可得到車流量、車流密度、車型、車速等許多有用的交通流參數(shù)，并且還可以檢測事故或者故障等突發(fā)的狀況。此外，在港口管理、遠(yuǎn)距離測量、天文觀測、醫(yī)學(xué)圖像分析、電視會議等很多領(lǐng)域視頻跟蹤技術(shù)也大有作為。近年，國內(nèi)外的設(shè)計用在支持視頻跟蹤圖像處理的軟硬件系統(tǒng)，通過系統(tǒng)的接口簡化和編碼推進(jìn)了完全可編程的基于圖像高幀頻跟蹤器的迅速的發(fā)展，且國外已經(jīng)達(dá)到了實(shí)用化水平，在國內(nèi)也采用高速數(shù)字的處理技術(shù)和目標(biāo)跟蹤測量技術(shù)，得到了母彈解爆后所產(chǎn)生的數(shù)個目標(biāo)的高幀頻攝像，實(shí)時的處理和實(shí)時的跟蹤顯示。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀長期以來，我國各大城市的交管部門對交通信息的采集仍停留在使用傳感線圈、固定的攝像裝置等路基采集設(shè)備階段，存在監(jiān)視范圍狹小、靈活性低、無法應(yīng)付突發(fā)事件、缺乏對宏觀信息的掌控等困難，嚴(yán)重影響對交通的有效疏導(dǎo)。如果為了獲取全面的交通信息而在所有潛在交通擁堵地點(diǎn)和奧運(yùn)等重大活動周邊都安裝固定監(jiān)視設(shè)備，不但成本昂貴，而且由于大型活動具有短期性，將造成資源的巨大浪費(fèi)。隨著近年來全國各大城市交通擁擠程度的加劇，如何克服傳統(tǒng)路基交通監(jiān)視設(shè)備監(jiān)視范圍狹小、靈活性低等固有缺點(diǎn)，對寬廣范圍內(nèi)的路面交通狀況進(jìn)行覆蓋監(jiān)視，快速到達(dá)突發(fā)事故地點(diǎn)，實(shí)時獲取事故現(xiàn)場信息，及時采取有效措施疏散車輛，實(shí)現(xiàn)對特定交通對象的跟蹤定位，都是交管部門十分關(guān)心的問題，也是各國科學(xué)家亟待解決的難題。歐美一些發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)90年代就已經(jīng)開始探索一種可以代替或增強(qiáng)路面交通態(tài)勢監(jiān)視手段的新技術(shù)——道路交通態(tài)勢空中監(jiān)測技術(shù)。該技術(shù)的理念是利用空基平臺特有的不受路面交通狀況制約、可快速到達(dá)指定地點(diǎn)的特點(diǎn)，對重大活動、災(zāi)害事件、突發(fā)交通事件進(jìn)行監(jiān)視并提供各種應(yīng)急信息服務(wù)，從而為全面、快速、準(zhǔn)確的獲取與處理交通態(tài)勢奠定基礎(chǔ)。第一章是緒論。主要講視頻圖像差分信息的提取的發(fā)展與意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及論文的組織結(jié)構(gòu)。第二章是基本原理和相關(guān)理論。主要講數(shù)字圖像處理技術(shù)中的目標(biāo)提取基本原理，其中包括：圖像預(yù)處理的概念、圖像的預(yù)處理、圖像灰度化。同時介紹了MATLAB和圖像處理的關(guān)系[1]、MATLAB的命令和工具箱[2]。第三章是背景提取和目標(biāo)提取。主要介紹視頻讀取過程，然后讀取幀圖像。同時本文給出了背景提取的具體辦法：算術(shù)平均法，以及目標(biāo)提取的具體過程。由于視頻資源問題，將背景圖像經(jīng)過預(yù)處理。本文還采用了二值化圖像處理方法對圖片進(jìn)行了處理和提取。第四章是本文結(jié)論和總結(jié)部分?？偨Y(jié)了論文的仿真結(jié)果跟論文的具體實(shí)現(xiàn)過程。第二章 基本原理和相關(guān)理論數(shù)字圖像處理是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。圖像處理最早出現(xiàn)于 20 世紀(jì) 50 年代，當(dāng)時的電子計算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計算機(jī)來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于 20 世紀(jì) 60 年代初期。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。圖像處理中，輸入的是質(zhì)量低的圖像，輸出的是改善質(zhì)量后的圖像，常用的圖像處理方法有圖像增強(qiáng)、復(fù)原、編碼、壓縮等[6]。 數(shù)字圖像處理常用方法 1 ）圖像變換：由于圖像陣列很大，直接在空間域中進(jìn)行處理，涉及計算量很大。因此，往往采用各種圖像變換的方法，如傅立葉變換、沃爾什變換、離散余弦變換等間接處理技術(shù)，將空間域的處理轉(zhuǎn)換為變換域處理，不僅可減少計算量，而且可獲得更有效的處理（如傅立葉變換可在頻域中進(jìn)行數(shù)字濾波處理）。目前新興研究的小波變換在時域和頻域中都具有良好的局部化特性，它在圖像處理中也有著廣泛而有效的應(yīng)用。 2 ）圖像編碼壓縮：圖像編碼壓縮技術(shù)可減少描述圖像的數(shù)據(jù)量（即比特數(shù)），以便節(jié)省圖像傳輸、處理時間和減少所占用的存儲器容量。壓縮可以在不失真的前提下獲得，也可以在允許的失真條件下進(jìn)行。編碼是壓縮技術(shù)中最重要的方法，它在圖像處理技術(shù)中是發(fā)展最早且比較成熟的技術(shù)。 3 ）圖像增強(qiáng)和復(fù)原：圖像增強(qiáng)和復(fù)原的目的是為了提高圖像的質(zhì)量，如去除噪聲，提高圖像的清晰度等。圖像增強(qiáng)不考慮圖像降質(zhì)的原因，突出圖像中所感興趣的部分。如強(qiáng)化圖像高頻分量，可使圖像中物體輪廓清晰，細(xì)節(jié)明顯；如強(qiáng)化低頻分量可減少圖像中噪聲影響。圖像復(fù)原要求對圖像降質(zhì)的原因有一定的了解，一般講應(yīng)根據(jù)降質(zhì)過程建立“降質(zhì)模型”，再采用某種濾波方法，恢復(fù)或重建原來的圖像。 4 ）圖像分割：圖像分割是數(shù)字圖像處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。圖像分割是將圖像中有意義的特征部分提取出來，其有意義的特征有圖像中的邊緣、區(qū)域等，這是進(jìn)一步進(jìn)行圖像識別、分析和理解的基礎(chǔ)。雖然目前已研究出不少邊緣提取、區(qū)域分割的方法，但還沒有一種普遍適用于各種圖像的有效方法。因此，對圖像分割的研究還在不斷深入之中，是目前圖像處理中研究的熱點(diǎn)之一。5 ）圖像描述：圖像描述是圖像識別和理解的必要前提。作為最簡單的二值圖像可采用其幾何特性描述物體的特性，一般圖像的描述方法采用二維形狀描述，它有邊界描述和區(qū)域描述兩類方法。對于特殊的紋理圖像可采用二維紋理特征描述。隨著圖像處理研究的深入發(fā)展，已經(jīng)開始進(jìn)行三維物體描述的研究，提出了體積描述、表面描述、廣義圓柱體描述等方法。 6 ）圖像分類（識別）：圖像分類（識別）屬于模式識別的范疇，其主要內(nèi)容是圖像經(jīng)過某些預(yù)處理（增強(qiáng)、復(fù)原、壓縮）后，進(jìn)行圖像分割和特征提取，從而進(jìn)行判決分類。圖像分類常采用經(jīng)典的模式識別方法，有統(tǒng)計模式分類和句法（結(jié)構(gòu)）模式分類，近年來新發(fā)展起來的模糊模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式分類在圖像識別中也越來越受到重視[18]。 數(shù)字圖像處理技術(shù)的應(yīng)用隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，圖像處理技術(shù)已經(jīng)深入到我們生活中的方方面面，其中，在娛樂休閑上的應(yīng)用已經(jīng)深入人心。圖像處理技術(shù)在娛樂中的應(yīng)用主要包括：電影特效制作、電腦電子游戲、數(shù)碼相機(jī)、視頻播放、數(shù)字電視等 。電影特效制作：自從 20 世紀(jì) 60 年代以來，隨著電影中逐漸運(yùn)用了計算機(jī)技術(shù)，一個全新的電影世界展現(xiàn)在人們面前，這也是一次電影的革命。越來越多的計算機(jī)制作的圖像被運(yùn)用到了電影作品的制作中。其視覺效果的魅力有時已經(jīng)大大超過了電影故事的本身。如今，我們已經(jīng)很難發(fā)現(xiàn)在一部電影中沒有任何的計算機(jī)數(shù)碼元素。 電腦電子游戲：電腦電子游戲的畫面，是近年來電子游戲發(fā)展最快的部分之一。從 1996 年到現(xiàn)在，游戲畫面的進(jìn)步簡直可以用突飛猛進(jìn)來形容，隨著圖像處理技術(shù)的發(fā)展，眾多在幾年前無法想象的畫面在今天已經(jīng)成為了平平常常的東西。 數(shù)碼相機(jī)：所謂數(shù)碼相機(jī)，是一種能夠進(jìn)行拍攝，并通過內(nèi)部處理把拍攝到的景物轉(zhuǎn)換成以數(shù)字格式存放圖像的特殊照相機(jī)。與普通相機(jī)不同，數(shù)碼相機(jī)并不使用膠片，而是使用固定的或者是可拆卸的半導(dǎo)體存儲器來保存獲取的圖像。數(shù)碼相機(jī)可以直接連接到計算機(jī)、電視機(jī)或者打印機(jī)上。在一定條件下，數(shù)碼相機(jī)還可以直接接到移動式電話機(jī)或者手持 PC 機(jī)上。由于圖像是內(nèi)部處理的，所以使用者可以馬上檢查圖像是否正確，而且可以立刻打印出來或是通過電子郵件傳送出去。 視頻播放與數(shù)字電視：家庭影院中的VCD ， DVD播放器和數(shù)字電視中，大量使用了視頻編碼解碼等圖像處理技術(shù)