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研究生: 陳昭如
CHEN, CHAO-JU
論文名稱: 基於顏色與目標物移動邊緣的改良型粒子濾波追蹤系統
An Improved Particle Filter Tracking System Based on Color and Target Moving Edge
指導教授: 唐文華
Tarng , Wernhuar
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 資訊工程學系
Computer Science
論文出版年: 2012
畢業學年度: 100
語文別: 中文
論文頁數: 77
中文關鍵詞: 粒子濾波器追蹤移動邊緣
外文關鍵詞: particle filter, tracking, moving edge
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  • 本研究提出基於顏色與目標物移動邊緣的改良型粒子濾波追蹤系統,在先行研究中,Nummiaro等人提出以顏色為基底的粒子濾波追蹤系統雖然可以有效的對目標物進行追蹤,但仍有一些限制,例如:目標物與背景顏色相似、目標物發生交錯遮蔽和目標物產生形變等狀況。因此為了改善上述限制,我們提出利用結合顏色和移動邊緣資訊的方法,使目標物與背景比對時系統能夠框選出較符合目標物大小的範圍框,這也確保後續目標物模型更新的正確性且在長時間的追蹤下能有更好的效能。實驗結果也證實,我們對100組目標物進行在室內室外數種環境下的影片作追蹤測試,本研究達到94.57 %的追蹤正確率,比Nummiaro等人的78.28 % 高得多,而在目標物發生交錯遮蔽的情況下,本研究也比Nummiaro等人的高出24.22%的追蹤正確率( 91.81 % - 67.59 % ),這說明我們的方法在一般和遮蔽的情況下,都具有更好的追蹤強鍵性。


    In this thesis, an improved particle filtering tracking method combining color information and moving edge of target object was proposed. The previous work of Nummiaro et al. [9] uses color model to track object can achieve tracking efficiently. However, a few cases may not be handled by such a method, e.g., target and background with similar color, occlusion, and deformation of object’s shape, and it results in poor results. To solve this problem, this study used the information of moving edge of target object to ensure the target can be well enclosed by bounding box. This can also ensure correctness of the subsequent updating of target model, and prove better performance in long term tracking. Experiment results show the proposed method can achieve the correct rate 94.57%, which is much higher than the correct rate 78.28 % achieved by Nummiaro et al. when tracking 100 target objects in indoor and outdoor video sequences. For the case of occlusion, the proposed method can obtain more than 24.22% (91.81 % - 67.59 %) correct rate than the method proposed by Nummiaro et al. This shows our method can achieve more robust tracking correctness in both general and occlusion cases.

    摘要 I Abstract II 目錄 III 圖目錄 V 表目錄 VII 第一章 緒論 1 1.1研究動機與目的 1 1.2 相關研究 2 第二章 追蹤簡介 5 2.1 電腦描述物體的方式 5 2.2 電腦持續追蹤物體的方法 6 2.2.1 背景相減法 6 2.2.2 卡爾曼濾波器 7 2.2.3 粒子濾波器 8 第三章系統規劃與設計 14 3.1 目標物狀態的定義 14 3.2 目標物比對方法 15 3.2.1 顏色直方圖 15 3.2.2 移動邊緣 16 3.2.3 相似度計算方式 17 3.3改良型粒子濾波器 21 3.4 目標物更新 24 第四章 實驗結果 26 4.1 系統實驗環境 26 4.2 實驗結果與分析說明 33 4.3 實驗結果例舉與說明 34 第五章 結論與未來研究方向 43 5.1 結論 43 5.2 未來研究方向 44 參考文獻 45 附錄一:本研究100組實驗數據統計表 48 附錄二:Nummiaro等人100組實驗數據統計表 53 附錄三:本研究52組有交錯實驗數據統計表 58 附錄四:Nummiaro等人之52組有交錯實驗數據統計表 61 附錄五:本研究48組無交錯實驗數據統計表 64 附錄六:Nummiaro等人之48組無交錯實驗數據統計表 67   圖目錄 圖1 背景相減法示意圖 7 圖2 卡爾曼濾波器架構圖 8 圖3 機率函數p(x)表示單一物體資訊 10 圖4 因子取樣示意圖 12 圖5 改良型粒子濾波器追蹤系統架構圖 14 圖6 目標區域示意圖 15 圖7 建立目標物顏色直方圖的步驟示意圖 16 圖8 連續影像背景相減示意圖 17 圖9 建立目標物顏色直方圖示意圖 17 圖10 比對目標物顏色直方圖示意圖 18 圖11 移動邊緣過濾前(a)過濾後(b) 19 圖12 進行比對後各Pixel權重值示意圖 21 圖13 改良型粒子濾波器追蹤系統步驟示意圖 22 圖14 本研究追蹤系統流程圖 25 圖15 實驗用影片(a)之連續影像擷圖 27 圖16 實驗用影片(b)之連續影像擷圖 27 圖17 實驗用影片(c)(i)之連續影像擷圖 28 圖18 實驗用影片(c)(ii)之連續影像擷圖 28 圖19 實驗用影片(d)(i)之連續影像擷圖 29 圖20 實驗用影片(d)(ii)之連續影像擷圖 30 圖21 實驗用影片(d)(iii)之連續影像擷圖 30 圖22 實驗用影片(e)之連續影像擷圖 31 圖23 實驗用影片(f)(i)之連續影像擷圖 31 圖24 實驗用影片(f)(ii)之連續影像擷圖 32   表目錄 表1 場景環境與目標物狀態分析表 32 表2 本研究與Nummiaro等人之方法的實驗數據比較表 34 表3 本研究與Nummiaro等人之方法在有交錯情況下之追蹤實驗結果 39 表4 本研究與Nummiaro等人之方法在無交錯的情況下之追蹤實驗結果 42

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