摘 要

随着计算机和网络技术的高速发展，运动目标跟踪技术近年来一直是研究的热点之一，不仅在日常生活中被广泛应用于电子监控，智能系统等方面，而且在战事侦察、精确制导和火力打击等军事方面均有广泛的应用前景。如果细致观察日常生活，你就会发现运动目标跟踪这门技术已然渗透在我们日常生活和工作的方方面面。因此，本论文研究的运动目标跟踪算法在如今有着贴近生活的实用价值以及广阔的发展前景。

本论文就是研究在只有运动目标在移动的静态背景下基于MATLAB的单个运动目标跟踪算法的设计与实现，其主要内容如下：

第一，图像帧序列的读取：对实验的图像帧序列进行顺序读取和显示。第二，运动目标检测：通过三种常见的运动目标检测算法的原理进行分析算法的优缺点，根据要求决定算法的类型，剔除了计算相对复杂的光流法，选择对比应用背景差分法和帧间差分法两种检测方法。背景差分法通过对图像帧序列中的当前帧和根据背景图像建立的相应模型作差分运算来分割运动目标和背景；帧间差分法则是对相邻的两帧或多帧图像作差分运算来识别运动目标，进而获得运动目标的轮廓和轨迹。第三，运动目标跟踪：对经过检测后的图像进行阀值处理，获得二值化的图像，通过计算出运动目标的质心并设置波门实现对运动目标的跟踪。最后，本论文将通过matlab仿真试验考证该运动目标检测算法是否可行以及它的准确性。

本论文设计的算法实验的结果是该跟踪算法能够在简单的静止环境下对运动目标进行简单的跟踪，但跟踪效果有待改善。

关键词：目标跟踪；阀值；二值化；matlab仿真

Abstract

Along with the rapid development of network technology and computer, the technology of moving target tracking has been one of the hotspots in recent years. It is widely used in various aspects such as electronic monitoring、intelligent system and other aspects. It not only in the daily life, but also in the military aspects of war reconnaissance、precision guidance and fire attack has a wide range of applications. You will find that this technology of moving target tracking has participated in all aspects of our daily life and work if you observe daily life carefully. Therefore, the study of moving target tracking has an immeasurable practical value and broad prospects for development in the present era.

In this paper, we study the tracking algorithm of moving targets in static background based on MATLAB：

First, image pre-processing, to read and display the experimental image. Second, moving object detection, by analyzing several common moving object detection algorithms and the advantages and disadvantages of the algorithm. The optical flow method which is relatively complicated is eliminated finally, and the background difference method and frame difference method which are two kinds of detection methods are selected. The background difference method detects moving objects by comparing the current frame image and the background image reference model in the image sequence. The inter frame difference is used to perform the differential operation of the two adjacent frames to obtain the contour of the moving object. Third, moving target tracking, the detected image is processed by the threshold processing, and the binaryzation of image is obtained. The centroid of the moving target is calculated and the wave gate is set to track the moving target.

The result of the algorithm experiment in this paper is that the tracking algorithm can simply track the moving target in a simple static environment, but the tracking effect needs to be improved.

Keywords: Moving target; Threshold; Binaryzation; MATLAB simulation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪 论 1

1.1 课题介绍 1

1.2 课题背景 1

1.3 国内外研究现状 2

1.4 课题研究的目的及意义 3

1.5 本论文的主要内容 3

1.6 本章小节 3

第2章 数字图像处理及MATLAB 4

2.1 数字图像处理的概述 4

2.2 数字图像处理的主要内容 4

2.2.1 数字图像处理的方法 4

2.2.2 数字图像处理的目的 5

2.2.3 数字图像处理的特点 6

2.3 数字图像处理的应用和现状 6

2.4 MATLAB仿真软件 7

2.4.1 MATLAB的概述 7

2.4.2 MATLAB的主要功能 7

2.4.3 MATLAB的特点 7

2.4.4 相关的MATLAB函数 8

2.5 本章小节 10

第3章 方法及内容 11

3.1 基本内容 11

3.2 运动目标检测 11

3.2.1 概述 11

3.2.2 检测方法 11

3.2.2.1 光流法 12

3.2.2.2 帧间差分法 12

3.2.2.3 背景差分法 13

3.3 运动目标跟踪 14

3.3.1 概述 14

3.3.2 跟踪方法 14

3.3.2.1 基于区域的跟踪 14

3.3.2.2 基于轮廓的跟踪 15

3.3.2.3 基于运动估计的跟踪 15

3.3.2.4 基于特征的跟踪 16

3.4 本章小节 16

第4章 程序算法及仿真 17

4.1 程序算法 17

4.1.1 基本内容及流程 17

4.1.2 读取图像 17

4.1.3 检测运动目标 18

4.1.3.1 概述 18

4.1.3.2 图像灰度化 19

4.1.3.3 差分运算 19

4.1.3.4 图像二值化 20

4.1.3.5 腐蚀和膨胀 21

4.1.4 跟踪运动目标 21

4.1.4.1 概述 21

4.1.4.2 标记连通组 22

4.1.4.3 求解质心 22

4.1.4.4 设置波门 23

4.2 MATLAB仿真结果 23

4.3 结论 24

4.4 本章小节 25

第5章 总结与展望 26

参考文献 28

致谢 30

附 录 1 程序算法 31

附 录 2 简易背景差分算法 32

第1章 绪 论

1.1 课题介绍

所谓运动目标跟踪，是指利用相关算法识别出同一个在不同帧的图像里的运动目标，通过相关的程序算法定位该被识别的运动目标在每一帧图像中的位置，进而获得该运动目标在每一帧图像中位置的变化即运动轨迹。

运动目标跟踪不仅在日常生活中被广泛应用于电子监控，智能系统等方面，而且在战事侦察、精确制导和火力打击等军事方面均有广泛的应用前景。因此，运动目标的跟踪在计算机和图像处理的学术领域中都起着较为关键的作用。

在图像处理中，运动目标跟踪技术是多种图像高级处理技术的基础，其原理是从每一帧图像中提取检测并识别运动目标,这一过程中，检测出运动目标的某些显著特征比如颜色、质心、区域等等，根据检测的显著特征识别运动目标进而定位运动目标并进行跟踪。

运动目标的检测与跟踪根据不同的分类方法有好多种分类形式，其中根据图像帧序列中除了运动目标外的背景是否运动，可以将运动目标检测与跟踪分为静态背景下和动态背景下的运动检测与跟踪。相比动态背景下的检测与跟踪，静态背景下的检测与跟踪显然更简单、也更容易实现，本论文讨论的就是基于MATLAB的静态背景下的单个运动目标的检测与跟踪。

1.2 课题背景

数字图像处理起源于上个世纪二十年代左右。那个年代，人们对数字图像处理的目的很简单——就是利用计算机等新型的数字硬件技术，对所处理图像的图像内容进行所需的转换或相应的数学运算以提高该图像的质量和可用性。从上世纪七十年代开始，随着这些基础技术比如计算机技术和电子网络等的飞速发展，基于这些技术的数字图像处理技术也逐渐成长和日益发展壮大，数字图像处理也不再仅仅是最初的提高图像质量这样简单的功能，它的目的和功能如同生长中的大树的枝桠，不仅向更深层次发展、而且广泛地与其他关联学科互相影响和渗透。

如今，数字图像处理技术已经今非昔比，技术和功能的全面发展使得数字图像处理在各种学术领域中变得越来越重要；也使得数字图像处理的应用越来越广泛和贴近生活——数字图像处理在不知不觉中已经一点一点渗透到人们生活的各个方面，比如医学疗养、航空航天、交通治安等各个日常生活领域，成为不可缺少的技术之一。

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