[發(fā)明專利]一種采用SURF特征和顏色特征相融合的剛體目標(biāo)跟蹤方法

有效

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• 申請日: 2017-02-15
• 公開（公告）號: CN106934395B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 苗權(quán);吳昊;李晗;程光;徐明宇;李銳光
• 申請（專利權(quán)）人: 國家計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與信息安全管理中心
• 主分類號: G06K9/32
• 分類號: G06K9/32;G06K9/46
• 代理公司: 北京君尚知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

本發(fā)明涉及一種采用SURF特征和顏色特征相融合的剛體目標(biāo)跟蹤方法。該方法包括：1)在初始圖像中選定目標(biāo)區(qū)域，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)提取SURF特征并建立SURF特征描述；2)在每一個以SURF特征點為中心的局部鄰域內(nèi)構(gòu)建顏色特征；3)在當(dāng)前圖像到來時，首先利用顏色特征尋找初步的目標(biāo)區(qū)域，之后提取SURF特征并與初始圖像建立基于特征的匹配，形成匹配點對；4)根據(jù)得到的匹配點對計算得出運(yùn)動參數(shù)，從而確定當(dāng)前圖像的目標(biāo)區(qū)域，實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。本發(fā)明能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域的局部特征實現(xiàn)準(zhǔn)確的描述和匹配，進(jìn)而保證目標(biāo)跟蹤效果的魯棒性、穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于計算機(jī)視覺技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用SURF特征和顏色特征相融合的剛體目標(biāo)跟蹤方法。

背景技術(shù)

剛體目標(biāo)表面任意一點的運(yùn)動都可以代表整體的運(yùn)動，使得利用目標(biāo)區(qū)域內(nèi)的特征來描述目標(biāo)運(yùn)動成為可能。已有的剛體目標(biāo)跟蹤方法致力于提取參考圖像目標(biāo)區(qū)域內(nèi)具有不變性的某些特征，并對提取的特征進(jìn)行量化和描述，如顏色特征、紋理特征、光流特征。局部特征是指在圖像區(qū)域內(nèi)檢測到的局部具有不變性、可重現(xiàn)性和特異性的特征，能夠在一定程度上抵抗遮擋、尺度、旋轉(zhuǎn)等復(fù)雜變化，并提供對特征的定量描述。目前，相比其他特征，局部特征在不變性和特異性方面優(yōu)勢愈發(fā)明顯，使其更加深入的應(yīng)用在目標(biāo)跟蹤中。在當(dāng)前幀到來時，首先對整個區(qū)域提取局部特征并描述。進(jìn)而，通過局部特征的匹配找到同上一目標(biāo)內(nèi)局部特征的候選對應(yīng)集。借助隨機(jī)采樣一致性算法(RANSAC)，去除不正確的對應(yīng)特征集，估計出運(yùn)動變換參數(shù)，實現(xiàn)目標(biāo)跟蹤。圖1給出了基于特征的跟蹤方法框圖，其主要思路在于將跟蹤看成是局部特征匹配問題。

目前，SURF(Speed-up Robust Feature，加速魯棒特征)特征是應(yīng)用較多且效果較為理想的局部特征之一，主要引入積分圖像快速算法，并通過執(zhí)行加減法運(yùn)算近似得到高斯二階微分的響應(yīng)值。SURF算法主要包括特征檢測和特征描述兩方面。特征檢測通過快速計算每個特征的尺度和主方向，并且圈定以檢測點為中心的尺度旋轉(zhuǎn)不變對稱鄰域；特征描述在該不變性鄰域內(nèi)進(jìn)行Haar特征計算，并最終形成64維特征向量。不同圖像之間的SURF特征匹配主要是通過比較特征向量之間的距離實現(xiàn)的。

運(yùn)動模型構(gòu)建是通過SURF特征匹配完成的。假設(shè)x和分別代表不同圖像之間的對應(yīng)SURF特征點，則二者之間有如下的關(guān)系：

其中，W(x,h)是透視變換函數(shù)，h＝(h₁,...h₈)^T是運(yùn)動參數(shù)。具體表示如下：

得出運(yùn)動參數(shù)后，將初始幀的目標(biāo)區(qū)域邊界進(jìn)行相應(yīng)的透視變換，得到當(dāng)前幀的目標(biāo)區(qū)域。

在視頻中，場景經(jīng)常會出現(xiàn)光照、遮擋、視角、仿射等一種或多種變化，對局部特征的匹配造成了嚴(yán)重的干擾。現(xiàn)有技術(shù)沿用和靜態(tài)圖像相同的局部特征匹配方法，無法適應(yīng)發(fā)生劇烈變化的場景，也沒有體現(xiàn)與場景連續(xù)性變化相對應(yīng)的自適應(yīng)性。

發(fā)明內(nèi)容

視頻序列中，場景經(jīng)常會出現(xiàn)復(fù)雜變化，如尺度、旋轉(zhuǎn)、光照、遮擋等，對剛體目標(biāo)跟蹤提出了挑戰(zhàn)，通過什么策略能夠?qū)δ繕?biāo)區(qū)域的局部特征實現(xiàn)準(zhǔn)確的描述和匹配，進(jìn)而保證目標(biāo)跟蹤效果的魯棒性、穩(wěn)定性，是本發(fā)明要解決的技術(shù)問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種采用SURF特征和顏色特征相融合的剛體目標(biāo)跟蹤方法，其步驟包括：

1)在初始圖像中選定目標(biāo)區(qū)域，在目標(biāo)區(qū)域內(nèi)提取SURF特征并建立SURF特征描述；

2)在每一個以SURF特征點為中心的局部鄰域內(nèi)構(gòu)建顏色特征；

3)在當(dāng)前圖像到來時，首先利用顏色特征尋找初步的目標(biāo)區(qū)域，之后提取SURF特征并與初始圖像建立基于特征的匹配，形成匹配點對；