动态背景下运动目标检测与跟踪研究

主要研究动态背景下的运动目标检测和跟踪问题。背景补偿差分法是一种常用的动态背景下运动目标检测算法,但检测到的目标轮廓要比其真实轮廓大,检测结果不准确且算法复杂度较高。主动轮廓模型在图像分割和目标提取过程中具有拓扑结构变化灵活性,对数值计算方案的设计更加方便、有效,据此提出一种基于改进C-V模型和卡尔曼滤波的算法,用来检测和跟踪动态背景下的运动目标。提出的算法利用C-V模型曲线演化检测和跟踪目标,使C-V模型在目标的边缘处收敛。结合卡尔曼滤波预测运动目标下一帧位置,从而实现对运动目标轮廓的跟踪。实验结果表明,该方法可以对动态背景下运动目标进行精确的检测与跟踪。     

连续帧间差分与背景差分相融合的运动目标检测方法

为了克服背景差分法和帧间差分法的不足,有效提高运动目标检测的准确性、实时性和检测效率,提出了一种将连续帧间差分法与背景差分法相结合的运动目标检测方法.首先通过连续帧间差分法获得连续帧差图像,然后分别通过线性的自适应滤波、非线性的中值滤波获得背景图像进行差分,之后再利用阈值分割技术实现运动目标的增强,从而有效解决背景差分法和帧间差分法中都可能出现的无法检测目标的现象.实验表明,该算法可以有效避免漏检、误检等情况,提高运动目标检测的效率和准确性.     

分布式网络信息数据防篡改方法研究

为在足球视频中有效的检测与跟踪运动目标,需要对足球比赛视频中目标检测与跟踪算法进行研究。当前采用的算法,在动态场景中,存在运动目标检测与跟踪效果不佳的问题。为此,提出一种基于OpenCV的足球比赛视频中目标检测与跟踪算法。该算法结合平均背景算法将足球比赛视频中目标图像分割为前景区与背景区,计算足球比赛视频每一帧目标图像和背景图像之间差值的绝对差值,同时计算每一个目标图像中像素点的平均值与标准值来建立目标图像背景统计模型,利用TMHI算法对足球比赛视频中目标初始图像进行阈值分割,得到初始分割图像,对分割图像进行中值滤波和闭运算,再使用卡尔曼滤波对分割后的目标图像进行处理,得到镜头中目标的质心位置和目标外界矩形框,然后对足球比赛视频中目标进行跟踪。实验证明,该算法有效的检测与跟踪足球视频中运动目标。     

一种改进的三帧差分运动目标实时检测算法

针对传统的三帧差分法提取的运动目标存在大量的噪声和空洞,提出了一种改进的三帧差分运动目标实时检测算法。该算法采用Surendra背景提取算法提取有效背景,对视频流中连续的三帧图像分别进行背景减除,得到的结果作为反馈对背景进行选择性更新,利用HSV颜色空间去除阴影后进行三帧差分,将差分结果进行“与”运行,通过将中间帧背景减除结果与“与”运算的结果进行“或”运算,这样可以得到运动目标的完整信息。实验结果表明,该算法能够快速、完整、准确地检测出运动目标,可有效应用于实时监控系统。     

基于自适应Kalman滤波的机器人运动目标跟踪算法

针对足球机器人比赛时的模型变化及其环境噪声先验估计不准确的问题,提出一种基于自适应卡尔曼滤波的足球机器人视觉跟踪算法。该算法将一种基于减背景的运动目标识别的方法与自适应卡尔曼滤波跟踪模型进行结合,对背景进行实时更新,并通过形态学滤波去除残留的小区域,从而准确的识别运动目标,通过自适应的在线调整运动模型参数来保证模型预测值的准确性,进而提高了目标跟踪时的匹配效率,实现了目标的精准、迅速跟踪。通过实验证明,该算法是很有效的,具有推广价值。     

基于FPGA的运动目标实时检测跟踪算法及其实现技术

运动目标检测跟踪有关的算法及其基于PC平台的实现已经比较成熟,但实时性较差。将采集的彩色视频流分成灰度和彩色两个数据流,灰度视频用于目标检测,彩色视频流用于跟踪显示。以经典的帧间差分法和背景差分法为基础,根据现场可编程门阵列(FPGA)的特点及片外同步动态存储器的存取控制要求,对这两个算法用FPGA逻辑单元进行了设计和实现。对原始彩色视频流和转换后的灰度视频流的存取使用乒乓操作,在滤波和形态学处理时使用了并行的流水线操作,极大地提高了算法的实时处理能力。在FPGA开发板上构建了一个彩色视频图像中运动目标检测跟踪系统,对系统性能进行了测试。实验结果表明,系统可在多种分辨率和帧率下进行运动目标进行实时检测跟踪;固定背景差分法对目标运动速度无限制,但当使用帧差法对快速运动目标进行有效的检测时,应使目标的帧差间距大于3.2像素。     

基于CamShift和Kalman组合的改进目标跟踪算法

针对应用CamShift算法进行目标跟踪过程中,当目标被严重遮挡、目标被与目标颜色相近的背景干扰时易丢失跟踪目标的问题,提出了一种基于CamShift和Kalman滤波组合的改进跟踪算法;为克服目标因严重遮挡而丢失的缺陷,利用自适应算法改进了传统的CamShift算法,扩大了搜索窗口,使运动目标位于搜索窗口内;为解决目标因颜色相近背景干扰而丢失的问题,改善跟踪准确率,利用卡尔曼滤波预测目标运动空间位置,作为下一帧搜索窗口的质心坐标;基于上述改进,利用C++语言,研发了改进的CamShift目标跟踪软件模块,给出了该模块的算法流程;实验结果表明,改进后的目标跟踪算法能有效地克服传统CamShift算法的缺陷,大大提高运动目标跟踪的准确性;所提的算法可以应用于运动小车跟踪,人脸识别等领域。     

动态帧差法及其FPGA设计与实现北大核心CSCD

帧间差分法是运动目标检测的经典方法,但当运动目标速度低到一定数值时,难以检测到运动目标。针对其可检测目标速度的限制,在帧间差分法的基础上,提出了动态帧差法。结合FPGA处理的特点,进行了动态帧差算法的FPGA设计与实现,并构建了一个新的实时运动目标检测系统。系统能够根据目标运动情况自适应调整用于差分图像的帧间距,既适用于较快运动目标的检测,也适用于低速运动目标的检测,扩大了系统可检测运动目标的速度范围。对DDR3端口进行区域划分,解决了在资源有限的FPGA上对图像的多帧存储的问题。多组实验结果证实了动态帧差法及其FPGA设计模块的有效性和实时性。相比其他系统,所研究系统在检测低速运动目标方面具有明显的优势,且可处理1080p@30Hz的彩色视频流。     

基于混合高斯模型的运动目标检测方法研究

为了能够及时检测到图像场景中的运动目标,提出一种基于混合高斯模型的运动目标检测方法。借助把图像的像素值看成是前景高斯分布和背景高斯分布的组合,进行了背景估计和自适应背景更新;通过对背景差分后的图像进行多目标分割,进行了多个运动目标的检测。实验发现:随着图像序列的背景不断变化,基于混合高斯模型算法能够准确估计出变化的背景,通过将场景图像和背景图像进行差分,检测到感兴趣的运动目标。     

基于光流的运动小目标检测算法

运动目标的检测是目标识别与跟踪的关键技术之一。光流技术是一种以物体的运动特征来检测目标的方法,它的提出为运动小目标的检测开辟了新的空间。在一个搜索跟踪系统中使用光流技术检测和跟踪空中小目标,目标大概为5～10个像素,而且背景复杂,相机抖动,普通分割算法无法得到小目标。在目标的运动明显异于背景的情况下,通过利用基于光流的目标检测算法来检测出小目标,同时运用高斯金字塔模型,提高算法的运算速度。试验结果表明提出的基于光流的检测算法在背景运动的红外图像中取得了较好的效果。     

全相位FFT在导弹自动驾驶仪测试中的应用

自动驾驶仪是导弹的姿态控制系统,其性能好坏决定了导弹飞行的稳定性。为了精确测量其性能,对导弹自动驾驶仪测试原理和方法进行了研究,进行了正弦信号测量方法的分析,提出了基于全相位FFT数据处理方法,并结合时移相位差校正方法实现正弦形式信号的频率、幅度和相位等参数的精确测量。利用LabVIEW图形化编程软件设计了算法软件,通过仿真试验考察了该算法在无噪、低噪和大噪环境下信号测量精度,结果表明全相位FFT方法在信号频谱测量方面具有精度高、抗噪能力强等优点,满足自动驾驶仪的测试需求。     

Nonlinear Schrödinger equation with a Dirac delta potential: finite difference method*

The nonlinear Schrödinger equation with a Dirac delta potential is considered in this paper. It is noted that the equation can be transformed into an equation with a drift-admitting jump. Then following the procedure proposed in Chen and Deng (2018 Phys. Rev. E 98 033302), a new second-order finite difference scheme is developed, which is justified by numerical examples.     

High Accuracy Split-Step Finite Difference Method for Schrödinger-KdV Equations

In this article, two split-step finite difference methods for Schrödinger-KdV equations are formulated and investigated. The main features of our methods are based on:(i) The applications of split-step technique for Schrödingerlike equation in time. (ii) The utilizations of high-order finite difference method for KdV-like equation in spatial discretization. (iii) Our methods are of spectral-like accuracy in space and can be realized by fast Fourier transform efficiently. Numerical experiments are conducted to illustrate the efficiency and accuracy of our numerical methods.     

充液圆槽中单极声波仪器响应数值模拟与分析

为了实现声波测井仪器工作状态的快速检测,工程人员通常将仪器水平放置在载液圆槽中进行发射和接收测试,然而对于这种非轴对称结构中的声波导传播规律尚缺乏数值模拟和理论分析,因此迄今仍难以形成有效的测试规范和标准。本文利用三维有限差分算法模拟了载液圆槽中的单极测井仪器声波响应,对比了不同的圆槽物理、几何参数以及液体性质条件下单极子声场首波的幅度和相慢度大小。分析结果表明,单极仪器激发的首波慢度仅由圆槽的物理特征所决定,与圆槽几何参数、声源频率及液体特性无关;而首波幅度大小则与圆槽几何尺寸、圆槽和液体弹性波速等诸因素具有明确的对应关系。本研究结果可为用于仪器测试或速度刻度的圆槽模型井优化设计提供理论依据。     

Propagation of local spatial solitons in power-law nonlinear PT-symmetric potentials based on finite difference

We consider the (2+1)-dimensional nonlinear Schrödinger equation with power-law nonlinearity under the parity-time-symmetry potential by using the Crank–Nicolson alternating direction implicit difference scheme, which can also be used to solve general boundary problems under the premise of ensuring accuracy. We use linear Fourier analysis to verify the unconditional stability of the scheme. To demonstrate the effectiveness of the scheme, we compare the numerical results with the exact soliton solutions. Moreover, by using the scheme, we test the stability of the solitons under the small environmental disturbances.     

基于邻井反射的偶极横波远探测验证方法

偶极横波远探测技术已成为探测井外地质构造的一种重要测井技术,需要针对偶极横波远探测的验证迫在眉睫。本文利用三维有限差分数值模拟方法,对比和分析了地层界面和相邻充液邻井产生的反射横波幅值的差别,结合现场实例,提出了偶极横波远探测成像测井的验证方法。在此基础之上,进一步分析了不同反射邻井结构时,反射横波幅度的变化情况,结果表明,采用多井联合方式可以有效的增加反射波的幅值,减小非共面产生的散射效应影响。最后,初步建立了两口试验井,测试数据处理结果与理论分析结果吻合,为下一步实验井方案的优选和完善提供了理论和数据支持。     

8-O-4′型异木脂素立体构型的测定方法

综述了关于8-O-4′型异木脂素的立体化学方面的研究. 总结了测定8-O-4′型异木脂素的相对构型和绝对构型的常用方法. ¹H NMR谱是研究C-7 和C-8间相对构型的常用方法, 若H-7的偶合常数较小，在2.7～5.0 Hz范围内，为赤式；若H-7的偶合常数较大，在6.0～8.6 Hz范围内，则为苏式. 结合NOE差谱以及CD谱的测定，或者Mosher's法，可进一步阐明其绝对构型.     

Transition from SU(2)L × SU(2)R × U(1)B-L representation to SU(2)L × U(1)Y by q-deformation and the corresponding classical breaking term of chiral U(2)

The minimal Standard Model exhibits a nontrivial chiral U(2) symmetry if the VEV and the hypercharge splitting Δ = (y-y)/2 of right-handed leptons (quarks) in a family vanish and Q = T₀ + Y independently in each helicity sector. As a generalization, we start with SU(2)_L × SU(2)_R × U(1)_(B-L) and introduce Δ as a continuous parameter which is a measure of explicit symmetry breakdown. Values 0 ? Δ ? 1/2 take the neutral generator of the isospin ½ representation to the singlet representation, i.e. ‘deformes’ the LR representation into the minimal Standard one. The corresponding classical O(3)-breaking term is a magnetic field perpendicular to the x₃-axis. A simple mapping on the fundamental Drinfeld-Jimbo q-deformed SU(2) representation is given.     

基于电流和相位差的超声换能器频率自动跟踪

为了提高超声换能器频率跟踪的稳定性,通过对最小电流法和相位差法的原理和应用范围进行分析,提出了基于最小电流和相位差法相结合的并联谐振频率跟踪策略,该策略主要思想是将最小电流法运用于换能器空载阶段,相位差法运用于带载阶段,并且带载时的起始驱动频率取为空载阶段跟踪到的并联谐振频率。由此对最小电流法和相位差法这两种跟踪方法进行取长补短。基于该跟踪策略对换能器在不同负载下进行了实验,结果表明该策略可以快速地跟踪到换能器的并联谐振频率,并且工作稳定。     

Optimal analytical and numerical approximations to the (un)forced (un)damped parametric pendulum oscillator

The (un)forced (un)damped parametric pendulum oscillator (PPO) is analyzed analytically and numerically using some simple, effective, and more accurate techniques. In the first technique, the ansatz method is employed for analyzing the unforced damped PPO and for deriving some optimal and accurate analytical approximations in the form of angular Mathieu functions. In the second approach, some approximations to (un)forced damped PPO are obtained in the form of trigonometric functions using the ansatz method. In the third approach, He's frequency-amplitude principle is applied for deriving some approximations to the (un)damped PPO. In the forth approach, He's homotopy technique is employed for analyzing the forced (un)damped PPO numerically. In the fifth approach, the p-solution Method, which is constructed based on Krylov–Bogoliúbov Mitropolsky method, is introduced for deriving an approximation to the forced damped PPO. In the final approach, the hybrid Padé-finite difference method is carried out for analyzing the damped PPO numerically. All proposed techniques are compared to the fourth-order Runge–Kutta (RK4) numerical solution. Moreover, the global maximum residual distance error is estimated for checking the accuracy of the obtained approximations. The proposed methodologies and approximations can help many researchers in studying and investigating several nonlinear phenomena related to the oscillations that can arise in various branches of science, e.g. waves and oscillations in plasma physics.