[發(fā)明專利]一種基于時(shí)空處理塊的連續(xù)小波變換目標(biāo)跟蹤方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110095674.0
• 申請(qǐng)日: 2011-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN102156993A
• 公開（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王睿;趙巖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T7/20
• 分類號(hào): G06T7/20;G06K9/00
• 代理公司: 北京慧泉知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明提出一種基于時(shí)空處理塊的連續(xù)小波變換目標(biāo)跟蹤方法，屬于機(jī)器視覺與模式識(shí)別領(lǐng)域。具體涉及一種通過對(duì)時(shí)空處理塊(分段視頻區(qū)域流)應(yīng)用連續(xù)小波變換以獲得圖像序列中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的方法。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤一直是機(jī)器視覺、圖像處理和模式識(shí)別領(lǐng)域中的熱點(diǎn)問題，它在視覺導(dǎo)航、安全監(jiān)測、交通管制、軍事視覺制導(dǎo)等方面都有廣泛的應(yīng)用。具體來說，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤是指從包含有運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的視頻中檢測、提取、識(shí)別和跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，進(jìn)而獲得其位置、速度、加速度等運(yùn)動(dòng)參數(shù)，經(jīng)過進(jìn)一步的分析和處理，達(dá)到理解目標(biāo)運(yùn)動(dòng)行為、以完成更高級(jí)別任務(wù)的目的。

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤問題要處理的對(duì)象一般是包含運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)空域信息的圖像序列。傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法大多直接對(duì)圖像序列進(jìn)行處理，將問題轉(zhuǎn)化為如何對(duì)時(shí)空域的連續(xù)幀中的目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行匹配來解決，比如圖像匹配方法中基于區(qū)域匹配的方法和運(yùn)動(dòng)分析方法中基于幀間差分的方法。這類運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法處理方式簡單而易于理解，但在視頻跟蹤中對(duì)光照、噪聲、短時(shí)遮擋和姿態(tài)等各種變化缺乏魯棒性。目前已經(jīng)產(chǎn)生很多先對(duì)圖像序列進(jìn)行變換，再將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤問題轉(zhuǎn)換到變換域中解決的算法。利用變換域中特有的性質(zhì)，可以在一定程度上解決運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤中的上述難點(diǎn)，對(duì)于提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法的效率和魯棒性非常有幫助。

小波變換是當(dāng)前應(yīng)用數(shù)學(xué)中一個(gè)迅速發(fā)展的領(lǐng)域，是分析和處理非平穩(wěn)信號(hào)的一種有利工具。它很適合探測運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)中的瞬態(tài)變化并展示其變化信息，所以在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域也成為研究的熱點(diǎn)。常見的對(duì)圖像序列進(jìn)行小波變換來進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的方式有：利用小波變換系數(shù)作為圖像的變換系數(shù)特征進(jìn)行基于圖像變換域特征的匹配跟蹤；利用小波變換分解的多分辨率分析特點(diǎn)在圖像各分辨級(jí)上進(jìn)行濾波融合目標(biāo)跟蹤；利用小波變換進(jìn)行邊緣提取或者能量分解來對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行分割，進(jìn)而對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)進(jìn)行形心跟蹤。

Mujica等學(xué)者提出一種采用時(shí)空連續(xù)小波變換進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的策略。該策略利用和運(yùn)動(dòng)相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行函數(shù)變換，構(gòu)造出時(shí)空連續(xù)小波函數(shù)對(duì)圖像序列進(jìn)行變換。這種變換可將運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤問題轉(zhuǎn)換為在與運(yùn)動(dòng)特征相關(guān)的變換域中求解最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的問題。相比于其他利用圖像時(shí)空域信息的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法，該策略具有較好的速度選擇性，能夠解決對(duì)時(shí)變運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤問題。但是，對(duì)圖像序列進(jìn)行時(shí)空連續(xù)小波變換的計(jì)算量會(huì)隨著圖像增大和處理幀數(shù)增多而急劇增加，這嚴(yán)重限制了該策略解決運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的實(shí)時(shí)性。而且，用于函數(shù)變換的運(yùn)動(dòng)尺度參數(shù)初始值的設(shè)定合理與否，在一定程度上影響了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性。因此，選擇合適的對(duì)象進(jìn)行時(shí)空連續(xù)小波變換來提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤的效率和算法執(zhí)行的速度，以及更合理地設(shè)定運(yùn)動(dòng)尺度初始值是利用連續(xù)小波變換進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤算法的有效保證。

發(fā)明內(nèi)容

1、目的：本發(fā)明的目的是提供一種基于時(shí)空處理塊的連續(xù)小波變換目標(biāo)跟蹤方法，該方法在已知運(yùn)動(dòng)目標(biāo)初始信息的基礎(chǔ)上，按照特定的方法獲得針對(duì)每幀圖像的時(shí)空三維處理塊，采用時(shí)空連續(xù)小波變換，估計(jì)每幀圖像中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤。

2、技術(shù)方案：本發(fā)明一種基于時(shí)空處理塊的連續(xù)小波變換目標(biāo)跟蹤方法，它是對(duì)圖像序列中初始狀態(tài)已知的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)依據(jù)下列步驟進(jìn)行跟蹤，具體步驟如下：

步驟一：讀入待處理圖像序列S中前Z幀圖像作為圖像序列S₀，將圖像序列S₀的初始幀圖像復(fù)制Z_f次并補(bǔ)充到S₀前面構(gòu)成初始過渡圖像序列S₁。設(shè)定所處理的圖像在待處理圖像序列中的幀數(shù)為t，判斷待處理圖像序列是否有第t-1+Z幀圖像存在(預(yù)先獲得的圖像序列)或輸入(實(shí)時(shí)拍攝的圖像序列)。根據(jù)判斷結(jié)果，采用兩種方式由前一過渡圖像序列S_t-1構(gòu)造過渡圖像序列S_t，具體如下：

如果不能獲得該幀圖像，則標(biāo)明圖像序列S已讀取完，并記錄剩余待處理圖像幀數(shù)Z_l，將前一過渡圖像序列S_t-1的最后一幀復(fù)制1次并補(bǔ)充到S_t-1后面構(gòu)成過渡圖像序列S_t。

如果能獲得該幀圖像，則讀入該幀圖像并補(bǔ)充到前一過渡圖像序列S_t-1后面構(gòu)成過渡圖像序列S_t。

根據(jù)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在圖像序列S的第t-1幀圖像中的運(yùn)動(dòng)參數(shù)構(gòu)造針對(duì)圖像序列S中第t幀圖像的時(shí)空三維處理塊B_t，假設(shè)目標(biāo)的初始運(yùn)動(dòng)參數(shù)已知。