[發明專利]一種基于表觀分塊的遮擋處理方法

有效

• 申請號: 201010244948.3
• 申請日: 2010-08-04
• 公開（公告）號: CN101887588A
• 公開（公告）日: 2010-11-17
• 發明（設計）人: 胡衛明;羅文寒
• 申請（專利權）人: 中國科學院自動化研究所
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 梁愛榮

技術領域

本發明涉及計算機視覺領域，特別涉及可視化跟蹤(Visual?tracking)中的遮擋處理技術。

背景技術

復雜場景下的遮擋處理是近些年來計算機視覺領域里的前沿研究方向之一，也是該領域中難點之一，特別是動態場景下的目標運動分析受到了世界上很多重要研究機構的高度重視，這充分說明了它的重要性。遮擋處理技術涉及可視化的目標跟蹤中發生遮擋的情況下，如何確定發生遮擋的物體之間的遮擋關系，即誰遮擋誰以及誰被遮擋的問題。由于涉及到可視化跟蹤，目前的遮擋處理問題均與目標跟蹤技術有關聯。要想得到正確的遮擋關系，魯棒的目標跟蹤是前提條件，同時遮擋的存在給目標跟蹤帶來了很大的困難，得到目標之間的遮擋關系，對目標跟蹤的魯棒性也能起到保證作用。

目前的遮擋處理技術典型的有以下幾種：一種是將目標分為幾個部分，對目標的各個部分進行跟蹤，根據各個部分的跟蹤結果進行遮擋處理；一種是利用多個攝像機，由于多個攝像機可以得到目標的多個視角的信息，對遮擋很魯棒，能用來得到正確的遮擋關系。由于提到的這兩類方法有的需要多個攝像機，有的只能用于固定背景的場合，有的還需要先驗知識，這些都限制了這些技術的應用。

這樣就提出一個嚴峻的挑戰，那就是如何構建非常有效的遮擋處理框架，這對目標跟蹤、姿態估計以及行為理解是非常重要的。

發明內容

為了解決現有技術的問題，本發明的目的在于提出一種適用于移動攝像機的劇烈運動、光照變化、噪聲、部分遮擋及形變的復雜場景下魯棒的遮擋處理方法。

為了實現上述目的，本發明深入探究了復雜場景下發生遮擋時，遮擋的物體以及被遮擋的物體的表觀變化的本質，提出了一種基于表觀分塊的遮擋處理方法，其方法包括步驟如下：

步驟1：給出跟蹤目標在初始幀里面的位置和狀態，并對后續的4幀運用模板匹配得到跟蹤結果；

步驟2：對跟蹤目標的表觀進行分塊和學習，建立每個分塊的表觀模型；

步驟3：對跟蹤目標在接下來的序列幀里面的目標進行跟蹤：將跟蹤目標在當前幀的狀態加上隨機擾動作為下一幀里面的粒子，并得到跟蹤目標在下一幀里面的粒子對應的觀測值，將這些粒子的觀測值與跟蹤目標在當前幀的觀測值比較，選擇最為相似的粒子作為跟蹤目標在下一幀的狀態；

步驟4：遮擋檢測：根據跟蹤目標當前所在位置參數，如果跟蹤目標之間發生重疊，判斷為遮擋發生，如果跟蹤目標之間沒有發生重疊，判斷為沒有發生遮擋；

步驟5：表觀更新：將沒有發生遮擋的跟蹤目標的整個表觀進行更新，對發生遮擋的跟蹤目標的各個分塊中表觀基本不變的分塊進行更新，對各個分塊中表觀發生較大變化的分塊的表觀不更新；

步驟6：遮擋處理：如果跟蹤目標之間發生遮擋，則對每個跟蹤目標的觀測值進行統計，若某個跟蹤目標的某些分塊的觀測值發生劇烈變化，則認為該跟蹤目標被與該跟蹤目標有重疊區域的目標遮擋了，否則，若該跟蹤目標的所有分塊都沒有發生劇烈的變化，則認為該跟蹤目標遮擋了與該跟蹤目標有重疊區域的跟蹤目標。

其中，根據跟蹤目標在初始幀中的位置、寬度、高度及傾斜角度畫一個包圍框框住目標作為初始狀態。

其中，對跟蹤目標表觀進行分塊和學習，包括步驟如下：

步驟21：對跟蹤目標進行分塊；

步驟22：對每個分塊提取協方差矩陣作為表觀的特征；

步驟23：對每個分塊提取出來的協方差矩陣進行空間對數歐式映射，得到映射后的矩陣；

步驟24：將映射后的矩陣展開成向量，并將每個分塊連續5幀的向量放在一起合成矩陣；

步驟25：將上一步驟得到的合成矩陣每一個列向量減去列均值，對得到的合成矩陣進行奇異值分解，得到每個分塊對應的子空間，即為每個分塊的表觀模型。

其中，對跟蹤目標在下一幀的粒子對應的觀測值并進行分塊，根據之前對每個分塊建立的表觀模型計算現在的每個分塊的觀測值的每個分塊與前一幀的對應分塊的相似度，將現在的觀測值的所有分塊的相似度累乘起來作為粒子的相似度，挑選相似度最大的粒子作為跟蹤目標在下一幀的狀態。

其中，所述遮擋檢測的具體步驟如下：

步驟41：由多個跟蹤目標的狀態得到跟蹤目標的當前位置的參數；

步驟42：根據跟蹤目標的位置參數，如果存在兩個跟蹤目標的中心位置的距離小于兩個跟蹤目標的寬度之和以及長度之和，即兩個跟蹤目標存在重疊區域，則判斷為這兩個跟蹤目標之間發生遮擋；如果兩個跟蹤目標的中心位置的距離大于兩個跟蹤目標的寬度之和或者長度之和，即兩個跟蹤目標不存在重疊區域，則判斷為這兩個跟蹤目標之間沒有發生遮擋。