一、概述

       目標跟蹤是計算機視覺領域的一個重要分支。研究的人很多，近幾年也出現了很多很多的演算法。大家看看淋漓滿目的paper就知道了。但在這裡，我們也聚焦下比較簡單的演算法，看看它的優勢在哪裡。畢竟有時候簡單就是一種美。

       在這裡我們一起來欣賞下“模板匹配”這個簡單點的跟蹤演算法。它的思想很簡單，我們把要跟蹤的目標儲存好，然後在每一幀來臨的時候，我們在整個影象中尋找與這個目標最相似的，我們就相信這個就是目標了。那如何判斷相似呢？就用到了一些相關性的東西了，這個在我之前的一篇博文裡面介紹過，大家可以參考下：

       模板匹配中差值的平方和（SSD）與互相關準則的關係

       然後為了適應目標的變化，我們就需要隨時更新我們要跟蹤的目標。換句話來說，在跟蹤t幀的時候，也就是在第t幀尋找目標的時候，是與t-1幀中我們找到的目標來進行比較的。這樣目標的外觀變化就會及時的更新。這個就叫做線上跟蹤方法。當然了，這個策略會導致跟蹤漂移的問題，這就是近幾年很多跟蹤演算法關注的重要問題之一了。

二、程式碼實現

       我的程式碼是基於VS2010+ OpenCV2.4.2的。程式碼可以讀入視訊，也可以讀攝像頭，兩者的選擇只需要在程式碼中稍微修改即可。對於視訊來說，執行會先顯示第一幀，然後我們用滑鼠框選要跟蹤的目標，然後跟蹤器開始跟蹤每一幀。對攝像頭來說，就會一直採集影象，然後我們用滑鼠框選要跟蹤的目標，接著跟蹤器開始跟蹤後面的每一幀。具體程式碼如下：

simpleTracker.cpp

1. // Object tracking algorithm using matchTemplate  
2. // Author : zouxy  
3. // Date   : 2013-10-28  
4. // HomePage : http://blog.csdn.net/zouxy09  
5. // Email  : [email protected]  
6. #include <opencv2/opencv.hpp>  
7. using namespace cv;  
8. using namespace std;  
9. // Global variables  
10. Rect box;  
11. bool drawing_box = false;  
12. bool gotBB = false;  
13. // bounding box mouse callback  
14. void mouseHandler(int event, int x, int y, int flags, void *param){  
15.   switch( event ){  
16.   case CV_EVENT_MOUSEMOVE:  
17.     if (drawing_box){  
18.         box.width = x-box.x;  
19.         box.height = y-box.y;  
20.     }  
21.     break;  
22.   case CV_EVENT_LBUTTONDOWN:  
23.     drawing_box = true;  
24.     box = Rect( x, y, 0, 0 );  
25.     break;  
26.   case CV_EVENT_LBUTTONUP:  
27.     drawing_box = false;  
28.     if( box.width < 0 ){  
29.         box.x += box.width;  
30.         box.width *= -1;  
31.     }  
32.     if( box.height < 0 ){  
33.         box.y += box.height;  
34.         box.height *= -1;  
35.     }  
36.     gotBB = true;  
37.     break;  
38.   }  
39. }  
40. // tracker: get search patches around the last tracking box,  
41. // and find the most similar one  
42. void tracking(Mat frame, Mat &model, Rect &trackBox)  
43. {  
44.     Mat gray;  
45.     cvtColor(frame, gray, CV_RGB2GRAY);  
46.     Rect searchWindow;  
47.     searchWindow.width = trackBox.width * 3;  
48.     searchWindow.height = trackBox.height * 3;  
49.     searchWindow.x = trackBox.x + trackBox.width * 0.5 - searchWindow.width * 0.5;  
50.     searchWindow.y = trackBox.y + trackBox.height * 0.5 - searchWindow.height * 0.5;  
51.     searchWindow &= Rect(0, 0, frame.cols, frame.rows);  
52.     Mat similarity;  
53.     matchTemplate(gray(searchWindow), model, similarity, CV_TM_CCOEFF_NORMED);   
54.     double mag_r;  
55.     Point point;  
56.     minMaxLoc(similarity, 0, &mag_r, 0, &point);  
57.     trackBox.x = point.x + searchWindow.x;  
58.     trackBox.y = point.y + searchWindow.y;  
59.     model = gray(trackBox);  
60. }  
61. int main(int argc, char * argv[])  
62. {  
63.     VideoCapture capture;  
64.     capture.open("david.mpg");  
65.     bool fromfile = true;  
66.     //Init camera  
67.     if (!capture.isOpened())  
68.     {  
69.         cout << "capture device failed to open!" << endl;  
70.         return -1;  
71.     }  
72.     //Register mouse callback to draw the bounding box  
73.     cvNamedWindow("Tracker", CV_WINDOW_AUTOSIZE);  
74.     cvSetMouseCallback("Tracker", mouseHandler, NULL );   
75.     Mat frame, model;  
76.     capture >> frame;  
77.     while(!gotBB)  
78.     {  
79.         if (!fromfile)  
80.             capture >> frame;  
81.         imshow("Tracker", frame);  
82.         if (cvWaitKey(20) == 'q')  
83.             return 1;  
84.     }  
85.     //Remove callback  
86.     cvSetMouseCallback("Tracker", NULL, NULL );   
87.     Mat gray;  
88.     cvtColor(frame, gray, CV_RGB2GRAY);   
89.     model = gray(box);  
90.     int frameCount = 0;  
91.     while (1)  
92.     {  
93.         capture >> frame;  
94.         if (frame.empty())  
95.             return -1;  
96.         double t = (double)cvGetTickCount();  
97.         frameCount++;  
98.         // tracking  
99.         tracking(frame, model, box);      
100.         // show  
101.         stringstream buf;  
102.         buf << frameCount;  
103.         string num = buf.str();  
104.         putText(frame, num, Point(20, 20), FONT_HERSHEY_SIMPLEX, 1, Scalar(0, 0, 255), 3);  
105.         rectangle(frame, box, Scalar(0, 0, 255), 3);  
106.         imshow("Tracker", frame);  
107.         t = (double)cvGetTickCount() - t;  
108.         cout << "cost time: " << t / ((double)cvGetTickFrequency()*1000.) << endl;  
109.         if ( cvWaitKey(1) == 27 )  
110.             break;  
111.     }  
112.     return