[發明專利]一種衛星視頻小目標實時跟蹤方法

有效

• 申請號: 201811235772.8
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109448023B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 眭海剛;陳旭;孫向東;付宏博;楊威
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/262;G06T7/277
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴彥

1.一種結合空間置信圖和軌跡估計的衛星視頻小目標實時跟蹤方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，跟蹤濾波器的初始化和Kalman濾波器的參數初始化，跟蹤濾波器初始化包括跟蹤搜索區域的特征提取以及高斯響應圖、空間置信圖和跟蹤濾波器的構建；

步驟2，利用跟蹤的目標位置，回歸Kalman濾波器，預測目標新的位置；

步驟3，對下一幀圖像提取特征進行傅里葉變換，利用構建的跟蹤濾波器，通過圖像卷積，求取結果的最大響應值，作為目標新的位置，以新的位置為中心提取特征更新跟蹤濾波器；

步驟4，執行循環傳入下一幀圖像，判斷是否滿足設定的預測條件，滿足條件僅執行步驟2，以步驟2的結果作為新的位置，不滿足執行步驟2和步驟3，以步驟3的結果作為新的位置。

2.根據權利要求1所述的一種結合空間置信圖和軌跡估計的衛星視頻小目標實時跟蹤方法，其特征在于：所述步驟1包括以下子步驟，

步驟1.1，首先確定跟蹤搜索區域的模板大小，計算該區域的高斯形態響應圖，通過循環偏移將中心最大值變換到左上角最大值，然后將結果進行傅里葉變換，變換后的結果標記為

步驟1.2，計算模板大小的空間置信度，標記為m；

步驟1.3，提取模板大小區域內的影像灰度特征，加Hann窗，進行傅里葉變換，標記為

步驟1.4，構建Lagrange表達式，求取Lagrange表達式得到跟蹤濾波器，標記為h；

Lagrange表達式為：

h_c-h_m＝0 (式二)

h_m＝m⊙h (式三)

其中，字母表示復數的Lagrange乘數，表示的共軛矩陣，字母右上角的H表示共軛轉置矩陣，變量h_m為增加了空間置信度的跟蹤濾波器，為h_m的傅里葉變換，為變量h_c的傅里葉變換，μ和λ為表達式參數，λ＝μ/100.0，在遞歸求解過程中是根據當前的值調整；

通過對式一各個變量求偏導數，利用對角矩陣的基本性質得到最終的跟蹤濾波器計算公式，

其中，表示的共軛矩陣，表示的共軛矩陣，D表示h_m的矩陣維度，表示傅里葉逆變換；

步驟1.5，初始化Kalman濾波器的轉移矩陣A、測量矩陣H、系統噪聲方差矩陣Q和測量噪聲方差矩陣R，以跟蹤目標的初始位置作為初始測量值z(0)和初始的狀態值x(0)。

3.根據權利要求1所述的一種結合空間置信圖和軌跡估計的衛星視頻小目標實時跟蹤方法，其特征在于：所述步驟2包括以下子步驟，

步驟2.1，根據Kalman濾波理論，預測下一幀的位置；

步驟2.2，根據Kalman濾波理論，將當前幀的位置作為測量值更新卡爾曼增益，利用得到的卡爾曼增益，計算新的狀態值和預測值。

4.根據權利要求2所述的一種結合空間置信圖和軌跡估計的衛星視頻小目標實時跟蹤方法，其特征在于：所述步驟3包括以下子步驟，

步驟3.1，傳入上一幀的目標包圍框，計算當前幀圖像模板大小的灰度特征，將特征進行傅里葉變換到頻域，對頻域的特征和上一幀得到的跟蹤濾波器進行圖像卷積，反傅里葉變換得到響應圖，求取響應圖最大值，以最大值位置作為目標新的位置；

步驟3.2，利用當前幀的圖像信息，以新的位置構建空間置信圖，構建新的跟蹤濾波器，更新跟蹤濾波器；

構建新的跟蹤濾波器的過程和步驟1.2、1.3、1.4一致，所得新構建的跟蹤濾波器記為h_new；

設h_k為當前第k幀的跟蹤濾波器，h_k-1為上一幀第k-1幀的跟蹤濾波器，融合函數為，

h_k＝(1-θ)×h_k-1+θ×h_new (式六)

其中，θ為融合系數。

5.根據權利要求1或2或3或4所述的一種結合空間置信圖和軌跡估計的衛星視頻小目標實時跟蹤方法，其特征在于：所述步驟4包括以下子步驟，

步驟4.1，執行循環傳入下一幀圖像，判斷已經進行的幀數是否大于5幀，同時當前幀數是否是3的倍數；如果判斷都為是則滿足條件，進入步驟4.2，否則進入步驟4.3；

步驟4.2，此時滿足條件，僅執行Kalman濾波器的預測和更新，以預測的位置作為目標新的位置；

步驟4.3，此時不滿足條件，先執行跟蹤濾波器跟蹤，以跟蹤到位置作為目標新的位置，再執行Kalman濾波器的更新。