[發明專利]基于DSP的相關跟蹤方法及專用裝置

有效

• 申請號: 201310309831.2
• 申請日: 2013-07-22
• 公開（公告）號: CN103391430A
• 公開（公告）日: 2013-11-13
• 發明（設計）人: 一鳴;陸觀;顧菊平;華亮;陳娟;陳峰
• 申請（專利權）人: 南通大學
• 主分類號: H04N7/18
• 分類號: H04N7/18;G06T7/20
• 代理公司: 南通市永通專利事務所 32100
• 代理人: 葛雷

技術領域

本發明涉及一種圖像處理技術，具體涉及的是一種基于DSP的目標相關跟蹤方法及其裝置。

背景技術

基于圖像處理的目標跟蹤在人機交互、智能視頻監控及軍事應用等領域具有很多實際應用。但是難點在于如何使跟蹤過程具有較強的魯棒性，因為目標的形狀變化及遮擋等情況都會影響跟蹤的可靠性。

基于模板匹配的相關跟蹤方法是目標跟蹤中的一種方法，通過自動檢測或人工設定得到包含目標的模板圖像，然后采用一定的判定準則即匹配度量函數，在搜索圖像中找出最佳匹配位置，從而實現對目標的跟蹤。相關跟蹤方法具有精度高、跟蹤穩定且對背景顏色分布不敏感的優點，但是當目標發生形變或者被遮擋時，跟蹤精度會降低甚至跟蹤失敗。通過對模板進行更新，可以在一定程度上抑制目標形變對跟蹤的影響，但是每一幀上的微小誤差會隨著相對運動過程逐漸積累，從而可能導致目標跟蹤點偏離原先瞄準中心越來越遠，即模板出現漂移。除此以外還需要特別注意當目標進入遮擋時，如果不立即中止模板更新，會導致遮擋物進入模板，從而對后續跟蹤造成嚴重影響。

現有的技術系統一般難以應對目標遮擋這種突變干擾，為了更加有效地提高相關跟蹤的魯棒性，可以同時從兩個方面開展研究：其一，構造更加魯棒的匹配度量函數；其二，研究合適的模板更新方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種利用可見光圖像對存在復雜背景中的，與背景顏色分布相似的，突然出現大面積遮擋的目標進行跟蹤，并可以將跟蹤圖像傳送給監視器實時顯示，將跟蹤結果實時傳輸給上位機的基于DSP的相關跟蹤方法及專用裝置。

本發明的技術解決方案是：

一種基于DSP的相關跟蹤方法，包括以下步驟：

步驟一：模擬視頻信號由攝像機的視頻輸出端連接到視頻捕獲模塊實現視頻信號的輸入，輸入視頻信號通過視頻解碼器轉化為數字圖像信號，輸入信號為標準視頻信號，為PAL制式或者NTSC制式，數字圖像信號的輸出格式為YUV；

步驟二：控制波門位置及大小，手動選擇要跟蹤的目標，以對應區域的圖像亮度信號（Y）建立目標模板，或者根據預先存儲的圖像數據設定目標模板；

步驟三：根據所建立的目標模板在波門內搜索目標，采用基于NProd函數的子模板相關矩陣作為匹配度量計算當前模板與目標模板的相似度，取相似度最高的點作為目標最佳匹配位置；

步驟四：根據計算的目標運動軌跡，采用Kalman濾波預估目標在下一幀中的最大可能位置，以該點為中心設置下一幀的搜索波門；

步驟五：根據子模板相關度誤差進行目標遮擋判斷，如果沒有遮擋，取當前最佳匹配位置對應圖像數據作為候選模板，與當前目標模板共同構造新模板；

步驟六：如果判斷目標存在遮擋，停止模板更新，取Kalman濾波預估點作為下一幀的最佳匹配位置，并將對應圖像數據作為候選模板，通過計算其子模板相關度誤差進行目標遮擋判斷；

步驟七：根據當前幀的目標最佳匹配位置在圖像上疊加波門，處理后的數字圖像信號輸入視頻顯示模塊，通過視頻編碼器轉換為模擬視頻信號供給監視器，通過監視器顯示當前跟蹤情況；

步驟八：數據傳輸模塊將圖像跟蹤模塊計算出的目標實時位置、相關匹配中間參量及目標遮擋判斷參量等數據通過UART數據傳輸接口傳送給上位機。

一種基于DSP的相關跟蹤方法及其裝置，包括視頻捕獲模塊、圖像跟蹤模塊、視頻顯示模塊以及數據傳輸模塊，其中，攝像機與視頻捕獲模塊相連接，監視器與視頻顯示模塊相連接，上位機通過UART接口與數據傳輸模塊相連接，圖像跟蹤模塊分別與視頻捕獲模塊、視頻顯示模塊及數據傳輸模塊相連接；攝像機將采集的模擬視頻信號傳送給視頻捕獲模塊，通過視頻解碼器轉換為數字圖像信號，傳送給圖像跟蹤模塊，圖像跟蹤模塊根據數字圖像信號執行相關匹配計算、目標運動預估、目標遮擋判斷及模板更新，并將處理后的數字圖像信號傳送給視頻顯示模塊，將目標跟蹤參數傳送給數據傳輸模塊，視頻顯示模塊通過視頻編碼器將數據轉換成模擬視頻信號傳送給監視器，數據傳輸模塊將數據通過UART口傳送給上位機。

一種基于DSP的相關跟蹤方法及其裝置，其視頻捕獲模塊包括視頻輸入接口、視頻解碼器，視頻顯示模塊包括視頻輸出接口、視頻編碼器，圖像跟蹤模塊包括DSP處理器、電源電路、復位電路、時鐘電路、同步動態存儲SDRAM、非揮發性FLASH內存，數據傳輸模塊包括調試接口、UART接口，其中，DSP處理器分別與電源電路、復位電路、時鐘電路、同步動態存儲SDRAM、非揮發性FLASH內存、視頻解碼器、視頻編碼器、調試接口及UART接口相連接。