摘  要： 首先提出一種運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法，通過圖像序列識(shí)別出運(yùn)動(dòng)人體作為跟蹤目標(biāo),，然后在TLD算法中引入目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè),，利用該信息來輔助空間搜索。運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法首先采用背景減除和邊緣檢測(cè)算法獲得完整目標(biāo)輪廓,，然后使用HU仿射不變矩檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)人體,，該特征能適應(yīng)目標(biāo)旋轉(zhuǎn)、尺度,、仿射等變化場(chǎng)合,。為提高跟蹤實(shí)時(shí)性，在TLD框架中引入卡爾曼軌跡預(yù)測(cè),，并先在預(yù)測(cè)位置鄰域搜索,。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法能夠在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)背景下準(zhǔn)確地檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)人體,；改進(jìn)后的TLD算法與原始算法相比,，在準(zhǔn)確率不降低情況下，降低了計(jì)算復(fù)雜度,。

　　關(guān)鍵詞： 背景減除,；人體檢測(cè)；邊緣檢測(cè)；卡爾曼濾波器；TLD

0 引言

　　近幾年,，行人目標(biāo)跟蹤成為計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，在智能監(jiān)控,、無人駕駛等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用。由于姿態(tài)變化,、局部遮擋等問題未被徹底解決,，該方向仍然具有很大的挑戰(zhàn)性。

　　對(duì)于目標(biāo)檢測(cè),，DALAL N和TRIGGS B[1]提出一種HOG特征結(jié)合支持向量機(jī)（SVM）進(jìn)行分類方法,，具有較高準(zhǔn)確率，但僅適用于無遮擋且姿態(tài)變化較小的場(chǎng)景,。FELZENSZWALB P等人提出Deformable Part Models（DPM）[2-3]算法,，用根及部件模型描述目標(biāo)，能夠解決姿態(tài)變化和遮擋,，但其計(jì)算復(fù)雜度高,，實(shí)時(shí)性有待改善,。由KALAL Z等人[4]提出的TLD跟蹤算法將跟蹤與檢測(cè)分離并融合二者結(jié)果，在線更新模板,，解決目標(biāo)重入且魯棒性較好,，但漂移和遮擋問題未解決，僅適用于目標(biāo)姿態(tài)漸變較慢的場(chǎng)景,。

　　本文首先提出一種運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法初始化跟蹤目標(biāo),，然后在TLD框架中引入卡爾曼濾波器[5]進(jìn)行目標(biāo)位置預(yù)測(cè)，優(yōu)先在預(yù)測(cè)位置鄰域內(nèi)搜索,，從而減少搜索空間,。

1 運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)

　　本文首先使用混合高斯模型（GMM）[6]獲得前景運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，然后提取輪廓區(qū)域特征進(jìn)行目標(biāo)判斷,。處理流程如圖1所示,。

　　按照?qǐng)D1的流程,，在使用GMM處理后,，僅尋找滿足面積和寬高比（0.4）且符合上下文空間關(guān)系的輪廓，結(jié)果如圖2所示,。

　　1.1 獲得完整輪廓

　　為去掉影子干擾,，對(duì)目標(biāo)區(qū)域使用中值濾波、開閉操作,、Canny[7]檢測(cè),，對(duì)圖2處理后，結(jié)果如圖3所示,。

　　1.2 計(jì)算目標(biāo)輪廓特征

　　為適應(yīng)目標(biāo)輪廓各種變化,，選取基于HU不變矩[8]得到F1、F3特征,，用于判斷是否為人體,。

　　其中，,。

　　本文選擇7張人體（包括正面,、背面、側(cè)面,、不同尺度）與7張非人體圖做輪廓特征對(duì)比,，結(jié)果如圖4所示，其中橫坐標(biāo)為樣本編號(hào),，縱坐標(biāo)為其特征值,。

　　圖4中直線代表該特征均值，人體輪廓特征為圖中懸浮最上折線,，另一條為非人體特征,。從圖4中看到人體輪廓F1、F3特征值集中于某個(gè)區(qū)間，與非人體輪廓特征值有明顯差異,，本文選取其均值作為判斷條件,。

2 軌跡預(yù)測(cè)

　　結(jié)合TLD給出的目標(biāo)位置和圖像采樣頻率，卡爾曼濾波器可預(yù)測(cè)出目標(biāo)下一個(gè)位置,，在下一幀TLD先在預(yù)測(cè)位置鄰域進(jìn)行搜索,，從而避免無用搜索。具體步驟如下：

　?。?）用本文提出的目標(biāo)檢測(cè)算法獲得目標(biāo)初始位置,，并初始化TLD和卡爾曼模型；

　?。?）利用卡爾曼預(yù)測(cè)法首先在目標(biāo)鄰域內(nèi)搜索,，再進(jìn)行其他區(qū)域搜索；

　?。?）判斷TLD目標(biāo)檢測(cè)是否有效,，無效進(jìn)入步驟（4），有效進(jìn)入步驟（2）迭代計(jì)算,；

　?。?）進(jìn)行全局搜索，判斷是否為目標(biāo),，如果是進(jìn)入步驟（2）進(jìn)行迭代,，否則繼續(xù)本步驟。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

　　本文在硬件參數(shù)為4 GB內(nèi)存,、CPU 3.2 GHz頻率下進(jìn)行實(shí)驗(yàn),。首先使用運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法確定跟蹤目標(biāo)，如圖5所示,。

　　從圖5中可以看出,，該方法正確檢測(cè)出人體目標(biāo)，使用矩形框標(biāo)出并作為目標(biāo),。

　　初始化目標(biāo)后,，使用TLD開始跟蹤。為測(cè)試改進(jìn)前后搜索空間減少效果,，采集靜態(tài)和動(dòng)態(tài)背景下各三種場(chǎng)景,。場(chǎng)景1、2,、3,、4、5,、6分別為200,、430,、1001、456,、495,、859幀，且都有640×480和1 280×960兩個(gè)尺寸,，如表1和表2所示,。

　　在靜態(tài)背景下，通過引入非線性卡爾曼濾波器進(jìn)行軌跡預(yù)測(cè),，通過表1可以看出,，其檢測(cè)時(shí)間縮短，原因是引入卡爾曼進(jìn)行位置預(yù)測(cè),，而兩幀之間目標(biāo)運(yùn)動(dòng)幅度較小,，因此能夠正確預(yù)測(cè)，避免了全局空間搜索,。在動(dòng)態(tài)背景攝像頭運(yùn)動(dòng)軌跡較為平滑的情況下,，仍然能正確預(yù)測(cè)目標(biāo)下一刻位置，如場(chǎng)景4,、5,；但當(dāng)攝像頭運(yùn)動(dòng)較為劇烈時(shí)則失效,，如場(chǎng)景6,。這是由于非線性卡爾曼無法處理這種高度非線性情況。

4 結(jié)論

　　本文提出了一種運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)算法用于自動(dòng)獲得跟蹤目標(biāo),，然后在TLD中引入目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)指導(dǎo)目標(biāo)空間搜索,，實(shí)驗(yàn)證明該思想能夠減少搜索空間。運(yùn)動(dòng)人體檢測(cè)通過結(jié)合Canny邊緣檢測(cè)和混合高斯模型提取較完整的目標(biāo)輪廓,，使用HU仿射不變矩檢測(cè)出人體目標(biāo),，該方法只需幾幀即可自動(dòng)找到人體目標(biāo)，適用于靜態(tài)和動(dòng)態(tài)背景下單一運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)場(chǎng)景,。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在攝像頭靜止和緩慢運(yùn)動(dòng)情況下,，該卡爾曼預(yù)測(cè)法能夠減少搜索空間；在攝像頭運(yùn)動(dòng)較為劇烈情況下,，則需要將攝像頭運(yùn)動(dòng)信息加入卡爾曼模型,，以正確預(yù)測(cè)目標(biāo)位置。

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