基于单目视觉机器人的运动人体检测与跟踪研究

论文摘要

运动人体的分析技术是机器人视觉领域的重要课题之一,也是机器人智能化的重要标志。运动人体的检测与跟踪就是实时地检测、识别和跟踪人体,并对其行为进行理解和描述。其中,检测、识别与跟踪是底层视觉问题,行为理解和描述是高层视觉问题。本文主要研究了基于单目视觉的运动人体检测与跟踪等底层视觉问题,利用Pioneer 3-DX机器人平台,对环境中的运动人体加以检测并识别,进而完成跟踪。在论文中,首先介绍了运动人体检测与跟踪的研究背景、意义、典型应用及发展现状。然后介绍了Pioneer 3-DX机器人平台的结构,重点介绍了其上加载的两个传感器:单目摄像机和激光测距仪及其原理。最后重点研究了运动目标检测算法及环境内运动人体的实时检测与跟踪。本文以得到有效的跟踪效果为主要目标,重点分析了检测算法、人体的识别和实时避障跟踪三个方面。在检测算法上,本文给出了基于帧间差分和区域生长的运动目标检测算法,有效地精确和简化了跟踪区域。通过人体高度和宽度比值、头高和高度比值以及人体面积先验知识等特征相结合,识别出环境中运动着的人体。最后为了配合实时跟踪,利用激光测距仪的感知-行为式策略进行避障,同时本文对于摄像机转角和机器人运动控制也做了描述。通过跟踪结果可以看出,机器人完成了有效的实时跟踪。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 人体运动分析的典型应用
• 1.2.1 智能监控
• 1.2.2 智能人机交互
• 1.2.3 运动分析
• 1.2.4 辅助临床诊断
• 1.2.5 虚拟现实
• 1.3 发展现状
• 1.3.1 人体运动检测
• 1.3.2 人体目标分类
• 1.3.3 人体的跟踪
• 1.4 本课题的研究背景和意义
• 1.5 论文的主要工作和组织结构
• 第2章 Pioneer 3-DX移动机器人平台介绍
• 2.1 Pioneer 3-DX自主式移动机器人平台
• 2.2 Pioneer 3-DX机器人本体介绍
• 2.3 加载传感器介绍
• 2.3.1 单目摄像机
• 2.3.2 激光传感器
• 2.4 本章小结
• 第3章 运动目标检测算法研究
• 3.1 基本检测算法介绍
• 3.1.1 背景差分法
• 3.1.2 光流法
• 3.1.3 帧间差分法
• 3.2 运动区域检测算法分析
• 3.3 基于帧间差分和区域生长的目标检测算法
• 3.3.1 区域生长算法介绍
• 3.3.2 动态确定种子点
• 3.3.3 基于帧间差分和区域生长的检测算法
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于单目视觉的运动人体检测
• 4.1 机器人视觉系统介绍
• 4.1.1 传统视觉系统
• 4.1.2 单目视觉系统
• 4.2 图像采集及预处理
• 4.3 运动区域检测
• 4.3.1 运动区域检测
• 4.3.2 检测中可能遇到的问题
• 4.3.3 跟踪窗口的计算
• 4.4 人体的识别
• 4.5 本章小结
• 第5章 运动人体的跟踪
• 5.1 运动人体跟踪的描述
• 5.2 运动人体的标识
• 5.3 跟踪方法的选取
• 5.4 机器人的运动控制及避障实现
• 5.4.1 机器人的运动学模型
• 5.4.2 摄像头的转角控制
• 5.4.3 基于激光的自主避障及跟踪
• 5.5 运动人体的跟踪结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢