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研究生: 達明翰
Ming-Han Ta
論文名稱: 基於HOG與TLD方法實現行人的偵測與追蹤
HOG and TLD based Pedestrian Detection and Tracking System
指導教授: 高維文
Wei-Wen Kao
口試委員: 陳亮光
Liang-kuang Chen
林紀穎
Chi-Ying Lin
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工程學院 - 機械工程系
Department of Mechanical Engineering
論文出版年: 2015
畢業學年度: 103
語文別: 中文
論文頁數: 52
中文關鍵詞: HOGSVMTLD行人偵測Bootstrapping即時
外文關鍵詞: HOG, SVM, TLD, Pedestrian Detection, Bootstrapping, Real Time
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  • 本篇論文的目的為利用單一相機實現辨識與追蹤行人,運算上使用梯度方向直方圖(Histogram of Oriented Gradient, HOG)擷取行人特徵,並使用行人特徵訓練支持向量機(Support Vector Machine, SVM),作為行人偵測器,利用此偵測器找出圖像中是否存在行人。為了提高偵測器的偵測率,針對容易偵測錯誤之影像,將其列為Hard Example,再次進行訓練提升行人之偵測率以及降低誤判率。

    偵測行人後取得行人所在的位置與範圍,利用TLD演算法(Tracking Learning Detection)即時追蹤行人目標,並採用監督自助法(Supervised Bootstrapping)使用帶標籤樣本訓練檢測器,在追蹤過程中所取得的新樣本將再次更新分類器,使得檢測器得以適應目標與環境的變化。 在追蹤過程透過錯誤評估方法,得以有效的選擇效果較佳的追蹤點,追蹤的結果將與檢測結果彼此監督,綜合彼此的結果作為行人追蹤結果。 在應用上,利用取得的行人二維座標估算出目標實際三維位置,使得本系統在應用上更加具有彈性。


    The purpose of this thesis is using a RGB camera to implement recognition and tracking of pedestrian. In this thesis, Histogram of Oriented Gradient(HOG) is used to extract the features of pedestrian, these features to are used to train a SVM as our pedestrian detector to detect pedestrians existing in the image acquired by camera.
    To achieve higher detection accuracy rate, we categorize easily misclassified images as Hard Examples, later retrain the detector to increase detection rate and reduce false-positive rate.

    After the pedestrian has been detected, Tracking Learning Detection algorithm is applied to track target pedestrian, also Supervised Bootstrapping method is used to train a classifier with labeled samples and update the classifier with new samples acquired during tracking procedure, such that the classifier adapts better to the variation of target position and surrounding. Through forward-backward error method feature points with better performance and be selected during tracking procedure, with the tracking results and the classifier under each other’s supervision, combing both results as pedestrian tracking result. Estimating target’s actually 3-D position through acquired pedestrian 2-D coordinate gives the proposed system more flexibility with other applications.

    摘要 I Abstract II 誌謝 III 目錄 IV 圖索引 VII 表索引 IX 第一章 緒論 1 1.1前言 1 1.2研究動機 2 1.3相關工作 2 1.4論文架構 4 第二章 行人特徵擷取 5 2.1圖像前處理與局部區域定義 5 2.2計算圖像梯度 6 2.3方向梯度直方圖 7 第三章 SVM分類器訓練 10 3.1支援向量機 10 3.1.1超平面介紹 11 3.1.2求解超平面 12 3.2 SVM分類器訓練流程 14 3.3 SVM分類器訓練結果 15 第四章TLD追蹤方法 17 4.1追蹤器 18 4.1.1誤差估計 18 4.1.2中值流追蹤方法 20 4.2檢測器 21 4.2.1整體分類器 22 4.3綜合輸出 24 4.4 PN學習機 24 4.4.1 P專家及N專家 25 4.5 TLD系統實作架構 28 4.5.1初始化: 28 4.5.2 TLD系統流程 29 第五章 二維影像估測三維距離 30 5.1利用成像大小取得三維座標方法 30 5.1.1 角度與成像大小比例關係 30 5.1.2取得目標三維極座標 32 5.2實際運用於行人偵測系統 33 第六章 實驗結果與數據 34 6.1實驗環境 34 6.2系統運作流程圖 35 6.3實驗設計 36 6.4僅使用行人偵測器進行檢測與追蹤 38 6.4.1實驗結果 39 6.5行人偵測器與TLD方法合併使用 43 6.5.1實驗結果 44 6.6實驗結果綜合比較 48 第七章 結論與未來展望 50 7.1結果討論 50 7.2未來展望 51 參考文獻 52

    [1] Dalal,N. and Triggs,B. “Histograms of Oriented Gradients for Human Detection”, in Computer Vision and Pattern Recognition, 2005.

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    [3]B. D. Lucas and T. Kanade . “An iterative image registration technique with an application to stereo vision,” in International Joint Conference on Artificial Intelligence, 1981

    [4] Kalal,Z., Mikolajczyk,K. and Matas,J. “Forward-Backward Error: Automatic Detection of Tracking Failures”, in Pattern Recognition (ICPR), 20th International Conference onYear 2010,2010.

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    [7]Enzweiler, M. , Gavrila, D.M. “Monocular Pedestrian Detection: Survey and Experiments”, in Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions on
    Year: 2009, Volume: 31, Issue: 12,2008.

    [8]林哲宇 “基於視訊之公路車輛偵測與追蹤”,中原大學資訊工程學系碩士班,2014

    [9]林可薇“以HOG為基礎的Adaboost方法做行人的頭部與肩部偵測”,國立清華大學電機工程學系碩士班,2011.

    [10]齊楠楠,揭斐然,謝熙,吳巍“基於TLD 的艦船目標追蹤方法研究” ,中航工業洛陽電光設備研究所光電控制技術重點實驗室,河南 洛陽2013

    [11]毛銓毅“語意驅動式HOG行人偵測”,國立高雄大學電機工程學系碩士班,2011.

    [12]顧詩涵 “結合銓忠樣本與HOG之行人偵測”,國立高雄第一科技大學電腦與通訊工程系,2013

    [13]台灣大學林智仁教授“LIBSVM”,http://www.csie.ntu.edu.tw/~cjlin/libsvm/

    [14]OpenCV2.4.6,http://opencv.org/downloads.html

    [15]Qt5.4.1, http://www.qt.io/developers/

    [16]TLD Zdenek Kalal, http://personal.ee.surrey.ac.uk/Personal/Z.Kalal/tld.html

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