[發明專利]基于稀疏表示和轉移受限粒子濾波的紅外小目標跟蹤方法

有效

• 申請號: 201710792936.6
• 申請日: 2017-09-05
• 公開（公告）號: CN107680120B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 任侃;張曉敏;顧國華;錢惟賢;陳錢;路東明;顧燁怡;朱宇遙;萬敏杰;隋修寶;何偉基;孟思岐;王佳佳;王佳節;過玲鈺;楊詩怡
• 申請（專利權）人: 南京理工大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06K9/62
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于稀疏表示和轉移受限粒子濾波的紅外小目標跟蹤方法，其特征在于步驟如下：

首先，輸入待跟蹤圖像序列的首幀，手動框選首幀目標，根據選中的目標初始化稀疏表示模型中的目標字典，引入遮擋項，建立紅外小目標的稀疏表示模型；

其次，根據圖像首幀目標的選取框的位置、尺度和長寬比信息初始化目標狀態參數，從第二幀圖像開始，以前一幀目標粒子狀態為基準在當前幀紅外小目標圖像的顯著性圖像中選取感興趣的待搜索區域，計算其顯著信息累計概率分布圖，在該圖的縱軸上采樣一次，對應橫軸位置即可得到一個狀態粒子，且顯著性越高的區域獲得采樣粒子的概率越高，則以縱軸上顯著性最高處為起點向兩側均勻采樣，從橫軸上提取每個粒子的位置參數，并根據高斯分布更新其尺度和長寬比參數，即完成顯著性先驗信息限制下的粒子狀態轉移過程，采樣N_s次得到N_s個狀態粒子；

然后，先根據每一個采樣粒子的狀態參數從仿射空間中提取目標樣本，將所有的目標樣本代入稀疏表示模型計算稀疏重構系數和稀疏重構殘差，并估計用于區分正常目標區域與目標模板離群區域的遮擋二值指示向量，記每個粒子的初始權重為1/N_s，基于稀疏重構殘差對目標粒子進行觀測并更新每個采樣粒子的權重，再根據粒子權重進行重采樣并更新目標狀態，權重越大的粒子對應的目標狀態在粒子濾波觀測模型中的概率值也就越大，通過最大后驗概率逼近來獲得目標最優狀態并輸出當前時刻的跟蹤結果；

所述遮擋二值指示向量是指當紅外小目標從云區運動到非云區時，背景區域的灰度值會相應發生變化，把這種因為圖像噪聲或背景產生的擾動作為遮擋來處理，在原始稀疏表示模型的基礎上，引入遮擋二值指示向量β對正常目標及遮擋區域進行顯性區分；

接著，先根據稀疏表示模型中的目標稀疏重構系數對目標字典模板分配權重并衡量權重最大的項與當前幀目標的相似性，再根據稀疏表示模型中的遮擋二值指示向量計算當前幀目標中離群區域的占比，即遮擋率，當相似性大于閾值s_th并且離群區域占比小于閾值r_th時，用當前幀的目標模板替換目標字典中權重最小的項，并重新分配、歸一化權重，從而對目標字典在線更新；

最后，輸入待跟蹤圖像序列的下一幀，將重采樣后的粒子代入狀態轉移模型以得到新的預測粒子，重復上述步驟完成對紅外小目標的跟蹤過程。