基于高斯混合模型的视频背景提取和人员跟踪算法matlab仿真

简介: 该内容是关于使用MATLAB2013B实现基于高斯混合模型(GMM)的视频背景提取和人员跟踪算法。算法通过GMM建立背景模型,新帧与模型比较,提取前景并进行人员跟踪。文章附有程序代码示例,展示从读取视频到结果显示的流程。最后,结果保存在Result.mat文件中。

1.算法运行效果图预览

image.png
image.png

2.算法运行软件版本
MATLAB2013B

3.算法理论概述
基于高斯混合模型(Gaussian Mixture Model, GMM)的视频背景提取和人员跟踪算法是一种广泛应用的计算机视觉方法,主要用于分离视频序列中的静态背景和动态前景(比如人物运动)。

   高斯混合模型是一个概率密度函数的线性组合,它可以近似表示复杂的背景分布情况。在视频背景建模中,每一帧图像的像素值被认为是来自K个不同高斯分布的随机变量。每个高斯分布代表一种潜在的背景状态。设第t帧图像的像素值为I_t(i,j),i和j分别是像素位置索引,那么I_t(i,j)的概率分布可以用K个高斯分布的加权和来表示:

image.png

   通过迭代优化,不断更新每个像素属于各高斯分量的概率以及高斯分量的参数,最终达到稳定状态,此时模型能够较好地表征背景信息。

    在模型训练完成后,对于新的视频帧,我们可以计算其像素值属于背景的概率。若某个像素点的概率低于设定阈值,则认为它是前景像素:

image.png

  背景提取后,可以利用连通组件分析、运动分析或其他目标跟踪算法对前景中的人员进行跟踪。例如,可以利用卡尔曼滤波器或粒子滤波器预测目标的位置,并与当前帧的实际检测结果进行匹配更新,实现连续跟踪。

   在实际应用中,为了适应环境光照变化、动态背景等问题,还需要对GMM模型进行在线更新。综上所述,基于高斯混合模型的视频背景提取和人员跟踪算法,首先是利用GMM建立背景模型,然后通过对新到来的视频帧进行背景减除,提取出前景目标,进而运用特定的跟踪算法对前景中的人员进行持续跟踪。

4.部分核心程序

disp('正在读取视频...');
FileName_AVI = 'Vedio\04.avi'; 
[pixel_gray,pixel_original,frameNum_Original] = func_vedio_process(FileName_AVI);

for i = 1:frameNum_Original
    i
    pixel_gray2(:,:,i)       = imresize(pixel_gray(:,:,i),[RR,CC]);
    pixel_original2(:,:,:,i) = imresize(pixel_original(:,:,:,i),[RR,CC]);
end
clear pixel_gray pixel_original;
disp('读取视频完毕...');


disp('正在进行高斯混合模型的仿真...');
[image_sequence,background_Update,Images0,Images2,res3] = func_Mix_Gauss_Model(pixel_original2,frameNum_Original,RR,CC,K,Alpha,Rho,Deviation_sq,Variance,Props,Back_Thresh,Comp_Thresh,SHADOWS);
disp('高斯混合模型的仿真完毕...');


disp('正在显示效果...');
figure;
for tt = 1:frameNum_Original
    tt
    subplot(221)
    imshow(image_sequence(:,:,:,tt));
    title('原始图像');
    subplot(222)
    imshow(uint8(background_Update(:,:,:,tt)));
    title('背景图像更新');
    subplot(223)
    imshow(Images0(:,:,tt));
    title('运动目标检测');
    subplot(224)
    imshow(res3(:,:,:,tt));
    title('运动目标检测-最后处理结果');
    pause(0.001);

end
disp('显示效果完毕...');


save Result.mat image_sequence background_Update Images0 Images2
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