学海网

毕业设计-基于视觉分析的目标检测与简单行为分析研究与实现—背景建模，共39页，20199字，附开题报告等
主要内容
1. 研究内容
本课题的主要研究内容是基于视觉分析的目标检测与简单行为分析研究与实现的子项目――背景建模。背景建模作为运动目标检测的重要环节，也是整个大课题的第一环节，只有对背景进行了正确实时地建模，才能快速高效地找准运动目标，并进行后续的人机交互等工作。所以该课题的主要研究内容是：
1）视频图像的采集：通过计算机摄像头捕获环境中实体目标，将所获图像
转换成数字信号传给计算机，找到良好的互动范围和背景，从而提高视频分析的准确性。2）目标的检测与形态分析：利用数字图像处理分析技术处理通过摄像头捕获的图像，确定人体的轮廓，并进行一定的平滑去噪和分割，对使用者的行为进行理解和表述，从而执行相应的操作。在这一部分的研究中可以学习并尝试多种经典背景建模算法，进行实现比较，将各算法取长补短找到最适合整体项目的背景建模算法。
3）为人机交互模块保留接口参数：由于是大项目的子课题，要配合其它模块，合理保留接口参数。
2. 研究方案和技术路线
1）研究方法
吸取前研究者的成果，查阅各种当前常用的经典背景建模算法的相关理论资料，系统分析，多角度思考，深刻挖掘比较各种算法的优缺点，结合存在的问题，在比较中找寻或探索新方法，进行研究，并通过编写代码程序进行仿真实现。

摘要
随着社会对日常生活中安全问题的日益重视和提高，视频监控成为了一个热点话题。视频监控系统中一个基本要求就是前景目标的提取（也称为运动目标检测），它就是从图像序列中将变化区域与背景图像分离出来，这是视频处理、理解和编码的关键步骤，也是实现视觉信息智能化处理的重要技术之一。由于视频监控中的摄像机通常固定不动，所以常用方法就是先进行背景建模，然后利用当前帧与背景模型进行简单的相减，再通过适当的阈值得到二值化图像，从而确定运动目标。
简单行为分析系统涉及了背景建模、目标检测、图像分割、滤波、图像形态学、边缘提取等内容。系统可提供录制视频、简单的视频播放器、根据行为状态添加效果以及声音识别等功能，具有良好的人机交互界面。
本文将对当前比较常用的几种背景建模方法进行分析和比较，并提出一种对简单行为分析系统比较适宜的、综合利用三帧差分法和背景相减法的简单背景建模方法。该方法解决了高斯背景建模计算复杂，而简单背景建模结果不够准确的问题。
关键词：混合高斯背景建模；三帧差分法；背景相减法；目标检测

Abstract
With the increasing emphasis on social security issues of daily life, video surveillance has became a hot topic. A basic requirement of the video surveillance is the extraction of the foreground object(we can also call it moving target detection). It seperated the changing region from the background image in the image sequence. Moving target detection is a critical step of video processing, understanding and coding. It is also the important technology to realizing the intelligent processing of visual information. The cameras in the video surveillance system are usually stationary, so the commonly used method is to carry out background modeling, and then subtract the current frame and the background model, finally get the moving target from the binaried image which has been segemented by a appropriate threshold.
Simple behavior anlysis system involving background modeling, object detection, image segmentation, filtering, image morphology, edge extraction and some other contents. This system can record, play, pause and stop video, add effects according to the behavior state, and supposed the voice recognition function. It also has a good man-machine interface.
Several commonly used methods about background modeling will be analysised and compared in this paper, and a more appropriate way to using in the simple behavior analysis system will be presented, which comprehensive utilization of three difference method and simple background modeling method. This method solves the problem, that the calculation of Gaussian background modeling is complexed, and the result of simple background modeling is not accurate.
Key words：Gaussian mixture modeling; Objection detection; Three difference subtraction method; Background subtraction

目录
第一章 引言 - 1 -
1.1 研究的背景与意义 - 1 -
1.2 国内外研究的现状 - 1 -
1.3 研究内容与方法 - 3 -
1.4 论文的结构安排 - 3 -
第二章 基本图像处理知识简介 - 5 -
2.1 数字图像处理的主要内容 - 5 -
2.2 数字图像处理的基本方法 - 5 -
2.2.1 基本处理方法 - 5 -
2.2.2 数字图像处理 - 6 -
2.3 小结 - 10 -
第三章 背景建模方法 - 11 -
3.1 目标检测算法 - 11 -
3.1.1 光流法 - 11 -
3.1.2 帧间差分法 - 11 -
3.1.3 背景相减法 - 12 -
3.2 背景建模方法 - 13 -
3.2.1 统计平均法 - 13 -
3.2.2 中值滤波法 - 14 -
3.2.3 单高斯背景建模 - 14 -
3.2.4 混合高斯背景建模 - 15 -
3.2.5 Codebook算法 - 16 -
3.2.6 各算法的优缺点比较 - 17 -
3.3 改进算法的提出与仿真 - 18 -
3.3.1 问题的提出 - 18 -
3.3.2 算法描述 - 18 -
3.3.3 算法的仿真与比较 - 19 -
3.4 小结 - 24 -
第四章 简单行为分析系统的实现 - 25 -
4.1 系统研究的背景 - 25 -
4.2 技术背景 - 25 -
4.3 需求分析 - 26 -
4.4 系统结构设计 - 26 -
4.5 系统的实现 - 27 -
4.5.1 界面设计 - 27 -
4.5.2 功能测试 - 28 -
4.6 小结 - 29 -
第五章 总结与展望 - 30 -
5.1 课题展望 - 30 -
5.2 心得体会 - 30 -
致谢 - 32 -
参考文献 - 33 -
本科在读期间参与的项目与成果 - 34 -

1.3 研究内容与方法
论文针对已有的基于背景建模的目标检测算法进行了比较和改进，重点对下列问题进行了研究，并提出相应的解决办法。
在Windows7操作系统平台上，以VS2010为集成开发环境，利用OpenCV对视频图像进行处理；
对已有的常用目标检测算法进行研究并仿真实现；
对已有的经典背景建模算法进行研究并仿真实现；
通过对比已有算法的比较分析，提出一种适用于室内环境的，融合了改进版三帧差分法提供的边缘信息的简单背景建模算法，并对其进行仿真，与其它方法的结果比较；
将改进方法应用到简单行为分析系统中，通过获得的前景图像添加简单的文字雨效果。
1.4 论文的结构安排
论文的章节安排如下：
 绪论
首先概括性地描述课题的研究背景与意义，然后介绍背景建模的国内外研究现状，最后给出本文的主要研究内容和结构安排。
基本图像处理知识简介
对本文中出现的基本数字图像处理理论进行简单的介绍。
背景建模方法
首先，介绍常用的目标检测算法，光流法、帧差法和背景相减法；然后，介绍几种背景建模方法，统计平均法、中值滤波法、单高斯背景建模、混合高斯背景建模、Codebook算法；最后，通过对已有算法的分析对比提出一种结合了三帧差分法的简单背景建模方法，并对该方法与效果比较好的混合高斯背景建模和Codebook算法进行仿真，对比实验结果。
简单行为分析系统的实现
将结合三帧差分法的简单背景建模应用到简单行为分析系统，基于所得的前景图像提取出轮廓信息，添加文字雨效果。对简单行为分析系统进行概述。
总结与展望
主要是总结论文中所做的工作，对进一步的研究进行展望。