[發明專利]一種基于光流場聚類的運動目標分割方法

在審

• 申請號: 201310174529.0
• 申請日: 2013-05-13
• 公開（公告）號: CN104156932A
• 公開（公告）日: 2014-11-19
• 發明（設計）人: 張澤旭;王綱
• 申請（專利權）人: 哈爾濱點石仿真科技有限公司
• 主分類號: G06T7/00
• 分類號: G06T7/00;G06T7/20
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

1.一種光流場的運動內極線約束.?考慮一個攝像機相對一個固定場景運動，并通過透視投影將景物成象到圖像平面上，如果坐標系固定到攝像機上，那么可以認為場景是相對于攝像機運動的，景物的運動可以用圖像平面的流速來描述，此時速度是物體表面投影到圖像平面的像素坐標、攝像機相對于物體表面的運動和攝像機與物體表面距離的函數，由公式(1)描述

???????????????(1)

??????????(2)

???(3)

式中，是在圖像像素坐標處的流速，已被焦距歸一化，是平移分量，其中是所對應的場景中的點的第三維坐標，而為旋轉分量；和分別為攝相機的空間三維平移速度和旋轉角速度。

2.如果攝像機相對于場景只有平移運動而沒有旋轉運動，那么場景將產生一種獨特的光流場形態，即場景投影到象平面上像素點的運動好像是從圖像平面的一個固定點沿延伸直線產生出來，這一點為延伸焦點FOE(?Focus?Of?Expansion).?這種由FOE所確定的光流場的運動形態稱為運動的內極線約束，從方程(1)可以得到FOE的位置

??????????????(4)

可見延伸焦點的位置取決于平移的方向，而不是速度大小，因此，在場景中相對靜止的圖像像素處的光流方向可以根據攝像機運動的方向由運動內極線約束確定，即

???????????????????(5)

當時，延伸焦點在圖像坐標的遠處，此時對應的光流場是平行的，而圖像中光流與有很大差異的像素處對應著運動的目標區域，由此，可以檢測出運動目標。

3.當攝像機有旋轉運動時，情況變得更為復雜,?因為僅同旋轉參數有關，而與圖像的形狀屬性無關，所以可以通過對的估計來預測,?在圖像平面上的每一像素處，可以由觀察到流速中減去，從而得到流速的平移成分,?由所建立的流場滿足運動的內極線約束條件，因而可以由該約束確定出運動的目標區域，但是由于光流的計算誤差和對攝像機旋轉參數的估計誤差，僅利用內極線約束很難完整地確定出運動目標區域，還需要對利用內極線約束獲得的光流場進行動態聚類分割。

4.基于C-均值聚類算法的矢量場分割，C-均值聚類算法是基于誤差平方和準則的動態聚類算法，本發明定義的誤差平方和聚類準則函數為

??????????????????(6)

??????????????(7)

其中為混合樣本集中的樣本，該樣本集被聚合成個分離開的子集，分別包含個樣本，是第個子集中樣本的均值。

5.本發明定義的樣本為光流場像素的坐標，誤差平方和準則為歐氏距離準則，C-均值聚類算法在初始劃分的基礎上，使用迭代算法，逐步優化聚類結果，使準則函數達到極小值，獲得個類型，然后，比較各個類型里的樣本數目，若樣本數目過少，則認為是虛警而被消除掉；若還存在多個類型，認為存在多個運動目標，實驗中我們完成了對單個和多個運動的目標區域的分割，獲得很好的分割圖。

6.一種利用Canny邊緣算子對目標區域進行細化的方法，對于二維圖像，Canny算子認為階躍型邊緣的最優邊緣檢測器的形狀與高斯函數的一階導數類似，利用二維高斯函數的圓對稱性和可分解性，可以計算高斯函數在任意方向上的方向導數與圖像的卷積，設二維高斯函數如下式

????????????(8)

在某一方向上的一階導數為?????

?????????????????(9)

式中，，是單位方向矢量；是梯度矢量。

7.本發明將圖像與作卷積，同時改變的方向，當時，可求解出當取得最大值時的

????????????????(10)

很顯然正交于檢測邊緣的方向，即在該方向上，有最大輸出響應

?????????????(11)

在實際應用中，公式(8)中的影響原始模板截斷成有限的尺寸的大小，其中為權值，利用分割算法獲得光流分割場后，在這些分割區域里包含了所有運動目標.?本發明將在這些分割區域里利用Canny算子提取邊緣，一方面可以大大限制背景干擾，另一方面可以有效地提高運行的速度，這樣在分割圖的基礎上，得到可靠運動目標區域的邊緣圖，假定數目為n,?邊緣像素集用表示，即，樣本為像素坐標。