[發明專利]一種基于相關濾波的快速區域搜索的目標跟蹤方法

在審

• 申請號: 202010891350.7
• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112037272A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 管鳳旭;叢浩東;杜雪;張旭;王梓琦;胡秀武
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: G06T7/33
• 分類號: G06T7/33;G06T7/66
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于相關濾波的快速區域搜索的目標跟蹤方法，其特征在于：步驟如下：

步驟一：讀取圖像序列，對第一幀圖像手動選定目標，提取初始目標區域特征并建立最初的濾波器模型；

步驟二：對于后續圖像序列，需要對目標搜索區域進行改進，通過對跟蹤過程中前一幀的目標位置及大小進行確定，以前一幀確定的目標中心位置作為中心點，并以目標高度和寬度按照一定公式求取下一幀的目標搜索區域，同時提取搜索區域的目標特征；

步驟三：通過濾波器模型求取目標區域響應圖，確定最大響應值以及最佳尺度，估計目標中心點的最佳位置；

步驟四：根據相鄰幀目標在圖像中移動的距離，求取當前狀態下目標的移動速度及其加速度，得到模型更新率與速度的關系式，依據加速度對目標運動的預測作用求取模板更新率，更新相關濾波器模型；

步驟五：判斷視頻幀是否到達最后一幀，如果是，則結束跟蹤過程，否則跳轉到下一幀的目標跟蹤過程中，重復步驟二～步驟五。

2.根據權利要求1所述的一種基于相關濾波的快速區域搜索的目標跟蹤方法，其特征在于：步驟二是改進目標搜索區域的方法包括：

步驟2.1：確定當前跟蹤過程中目標的大小，設目標的高度和寬度分別為h和w，下一幀的搜索區域高度和寬度分別為H和W，其中搜索區域的中心位置與目標中心位置重合，而H、W由下式計算得到：

步驟2.2：對通過上一步驟得到目標搜索區域進行修正，定義目標高度與寬度之比k，k按下式確定：

k越大表示目標越狹長，當k≥2時，認為目標比例失衡，需對搜索區域進行再調整，當h＝max(h,w)時，調整方法如下：

其中，H′為修正后目標搜索區域的高度，W′為修正后目標搜索區域的寬度，為調整系數，顯然當高度比寬度長時，目標上下可搜索的區域應該增大，通過乘以來進行；同樣，目標左右區域可搜索面積應該縮小，通過除以來實現；反之，當w＝max(h,w)時，調整方法如下：

此時寬度比高度長，目標左右可搜索的區域應該增大，通過乘以來進行；同樣，目標上下區域可搜索面積應該縮小，通過除以來實現；當k2時，則無需修正。

3.根據權利要求1或2所述的一種基于相關濾波的快速區域搜索的目標跟蹤方法，其特征在于：步驟四是改進的更新濾波器模型的方法，具體包括：

步驟4.1：定義目標跟蹤過程中目標速度為相鄰幀預測框中心像素點在圖像中的歐式距離，即速度v的計算公式為：

其中，點(x_n,y_n)為當前幀預測目標位置的中心在圖像中像素點位置，點(x_n-1,y_n-1)為前一幀目標位置的中心在圖像中像素點位置；

步驟4.2：根據上一步得到的目標速度，依據研究得到的濾波器模型的更新率η與v的關系式，對η進行自適應調整，調整的方法如下：

步驟4.3：計算目標跟蹤過程中的加速度a，依據加速度對更新率進行預測調整，速度變化與圖像幀間隔相關，假設某個視頻序列幀速率為f_r，即一秒鐘內包含多少幅圖像，則目標加速度為：

其中，v_n為當前幀目標速度，v_n-1為前一幀目標速度，Δt為相鄰幀時間差，為f_r的倒數，此時求得的加速度相鄰幀之間的平均加速度；當目標速度減小時，即a0，模型更新率不僅要按照之前的關系式進行調整，還要根據a的值進行修正，提前減小模板更新率，適應目標減速過程；因此得到如下模型更新率的修正公式：

η′＝η+δa

其中，δ為修正系數，η′為修正后濾波器模型實際更新速率，δa為濾波器模型更新速率的修正值，最后將修正后的更新率再代入該方法中，改善跟蹤效果。

4.根據權利要求3所述的一種基于相關濾波的快速區域搜索的目標跟蹤方法，其特征在于：修正值的量級一般要比η小一個量級，通過對不同序列的跟蹤實驗，確定δ的值以獲取最佳跟蹤效果，對于一般幀速率在24～30fps的視頻序列，δ取值范圍為3×10^-4～4×10^-4，幀速率越大則δ取值應越小。