[發(fā)明專利]基于部件的對(duì)象跟蹤方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810033733.X
• 申請(qǐng)日: 2008-02-21
• 公開（公告）號(hào): CN101226592A
• 公開（公告）日: 2008-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張玉冰;羅青山;曾貴華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06K9/00
• 分類號(hào): G06K9/00;G01B11/00;G01C11/00
• 代理公司: 上海交達(dá)專利事務(wù)所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于部件的對(duì)象跟蹤方法。

背景技術(shù)

對(duì)象跟蹤問(wèn)題是計(jì)算機(jī)視覺(jué)中一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，它在視頻監(jiān)控、圖像壓縮和三維重建等領(lǐng)域中都具有廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)對(duì)象在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中難免要遇到遮擋的問(wèn)題，遮擋是影響跟蹤穩(wěn)定性的主要因素，克服遮擋是跟蹤算法的難點(diǎn)之

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，Amit?Adam等在Computer?Vision?andPattern?Recognition(計(jì)算機(jī)視覺(jué)與模型識(shí)別)(2006年1月：798-805)發(fā)表的Robust?Fragments-based?Tracking?using?the?Integral?Histogram(基于部件和直方圖的跟蹤)提出將跟蹤窗口分成若干個(gè)子窗口，對(duì)于被遮擋的子窗口直方圖給予補(bǔ)償，但其不足在于采用窮搜索的方法匹配兩窗口降低了跟蹤的實(shí)時(shí)性，并且結(jié)果不能體現(xiàn)出跟蹤對(duì)象的運(yùn)動(dòng)角度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于部件的跟蹤方法，將目標(biāo)中的多個(gè)部件作為跟蹤對(duì)象，使其采用基于核的灰度直方圖來(lái)描述跟蹤對(duì)象中的各個(gè)部件，通過(guò)卡爾曼濾波器預(yù)測(cè)部件的參數(shù)，繼而利用基于核的灰度直方圖進(jìn)行修正，以完成跟蹤，不但有效地克服遮擋問(wèn)題，而且克服對(duì)象內(nèi)部存在的相對(duì)運(yùn)動(dòng)以及非剛體變形等問(wèn)題，具有良好的實(shí)時(shí)性和很好的跟蹤效果。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，包括如下步驟：

首先對(duì)出現(xiàn)的跟蹤對(duì)象，使用FAST(加速區(qū)域)角點(diǎn)檢測(cè)的方法對(duì)跟蹤對(duì)象的跟蹤部件進(jìn)行定位；

然后通過(guò)灰度直方圖描述跟蹤部件，在后續(xù)的幀中通過(guò)卡爾曼濾波對(duì)跟蹤部件進(jìn)行跟蹤，在每幀中通過(guò)觀測(cè)值的測(cè)量來(lái)修正卡爾曼濾波的參數(shù)，并且進(jìn)行部件的更新；

最后將跟蹤對(duì)象標(biāo)識(shí)出來(lái)。

所述對(duì)跟蹤對(duì)象的跟蹤部件進(jìn)行定位，是指：采用FAST角點(diǎn)檢測(cè)的方法檢測(cè)運(yùn)動(dòng)對(duì)象中的角點(diǎn)，將以角點(diǎn)為中心的矩形窗口作為跟蹤部件，F(xiàn)AST角點(diǎn)檢測(cè)的方法具體為：為檢查待檢測(cè)點(diǎn)c周圍的圓，尋找其中最長(zhǎng)的圓弧，如果圓弧中所有的點(diǎn)的灰度值都大于c點(diǎn)的灰度值t個(gè)灰度值以上，t由用戶根據(jù)需要設(shè)定，或者都小于c點(diǎn)的灰度值t個(gè)灰度值以上，則被判定為角點(diǎn)。

所述通過(guò)灰度直方圖描述跟蹤部件，是指：采用基于核的灰度直方圖來(lái)描述跟蹤部件，直方圖為n維向量，n由用戶根據(jù)需要設(shè)定，首先將顏色空間由256維映射到n維，然后采用Biweight(雙權(quán)重)核函數(shù)對(duì)每個(gè)點(diǎn)加權(quán)，使距離中心較遠(yuǎn)的像素的權(quán)值較小，這樣可以降低背景噪聲的影響，提高直方圖的穩(wěn)定性。

所述的通過(guò)卡爾曼濾波對(duì)跟蹤部件進(jìn)行跟蹤，具體為：卡爾曼濾波包括預(yù)測(cè)和修正兩部分：預(yù)測(cè)部分采用預(yù)測(cè)方程組，利用前一時(shí)刻的狀態(tài)值和預(yù)測(cè)誤差做出預(yù)測(cè)，得到各個(gè)跟蹤部件在當(dāng)前時(shí)刻的位置，由于預(yù)測(cè)結(jié)果會(huì)存在一定誤差，修改部分采用修正方程組，利用獲得的當(dāng)前時(shí)刻的觀測(cè)值來(lái)修正預(yù)測(cè)結(jié)果。

所述通過(guò)觀測(cè)值的測(cè)量來(lái)修正卡爾曼濾波器的參數(shù)，是指：在預(yù)測(cè)方程組預(yù)測(cè)出的跟蹤部件位置周圍采用螺旋式搜索的方法，找到一點(diǎn)，以該點(diǎn)為鄰域的窗口的直方圖和原部件直方圖的歐氏距離小于設(shè)定的閾值，該點(diǎn)的位置就作為當(dāng)前幀的觀測(cè)值，修正方程組通過(guò)此觀測(cè)值來(lái)修正當(dāng)前的卡爾曼濾波器的預(yù)測(cè)值，得到修正后的狀態(tài)估計(jì)值和噪聲方差估計(jì)值。

所述進(jìn)行部件的更新，具體為：如果在預(yù)測(cè)點(diǎn)周圍無(wú)法找到符合條件的點(diǎn)，采用判決方法將對(duì)象標(biāo)識(shí)，保留位于標(biāo)識(shí)區(qū)域之內(nèi)的部件，即保留由于對(duì)象旋轉(zhuǎn)或由于遮擋而導(dǎo)致的部件消失但仍在跟蹤對(duì)象之內(nèi)的部件，淘汰因跟蹤失敗處在跟蹤對(duì)象之外的部件，并將原部件的灰度直方圖與當(dāng)前時(shí)刻部件所處位置的灰度直方圖加權(quán)相加的方法對(duì)灰度直方圖進(jìn)行更新。

所述將跟蹤對(duì)象標(biāo)識(shí)出來(lái)，是指：確定出跟蹤對(duì)象的各個(gè)部件之后，用能夠包含所有跟蹤部件中心點(diǎn)的面積最小的矩形將跟蹤對(duì)象標(biāo)識(shí)出來(lái)，使得各個(gè)部件統(tǒng)一到一個(gè)對(duì)象，具體為：采用格雷厄姆方法確定出對(duì)象角點(diǎn)集合的凸殼，得到點(diǎn)集的凸殼之后，以凸殼上的一條邊的延長(zhǎng)線為矩形的一邊，找出包含點(diǎn)集中所有點(diǎn)的矩形，依次旋轉(zhuǎn)找出面積最小的矩形區(qū)域。