[發(fā)明專利]一種基于相關(guān)濾波的快速區(qū)域搜索的目標(biāo)跟蹤方法

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• 申請日: 2020-08-30
• 公開（公告）號: CN112037272A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 管鳳旭;叢浩東;杜雪;張旭;王梓琦;胡秀武
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 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(guān)濾波的快速區(qū)域搜索的目標(biāo)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(biāo)，提取初始目標(biāo)區(qū)域特征并建立最初的濾波器模型；

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

步驟三：通過濾波器模型求取目標(biāo)區(qū)域響應(yīng)圖，確定最大響應(yīng)值以及最佳尺度，估計目標(biāo)中心點的最佳位置；

步驟四：根據(jù)相鄰幀目標(biāo)在圖像中移動的距離，求取當(dāng)前狀態(tài)下目標(biāo)的移動速度及其加速度，得到模型更新率與速度的關(guān)系式，依據(jù)加速度對目標(biāo)運動的預(yù)測作用求取模板更新率，更新相關(guān)濾波器模型；

步驟五：判斷視頻幀是否到達(dá)最后一幀，如果是，則結(jié)束跟蹤過程，否則跳轉(zhuǎn)到下一幀的目標(biāo)跟蹤過程中，重復(fù)步驟二～步驟五。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于相關(guān)濾波的快速區(qū)域搜索的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于：步驟二是改進(jìn)目標(biāo)搜索區(qū)域的方法包括：

步驟2.1：確定當(dāng)前跟蹤過程中目標(biāo)的大小，設(shè)目標(biāo)的高度和寬度分別為h和w，下一幀的搜索區(qū)域高度和寬度分別為H和W，其中搜索區(qū)域的中心位置與目標(biāo)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(biāo)搜索區(qū)域進(jìn)行修正，定義目標(biāo)高度與寬度之比k，k按下式確定：

k越大表示目標(biāo)越狹長，當(dāng)k≥2時，認(rèn)為目標(biāo)比例失衡，需對搜索區(qū)域進(jìn)行再調(diào)整，當(dāng)h＝max(h,w)時，調(diào)整方法如下：

其中，H′為修正后目標(biāo)搜索區(qū)域的高度，W′為修正后目標(biāo)搜索區(qū)域的寬度，為調(diào)整系數(shù)，顯然當(dāng)高度比寬度長時，目標(biāo)上下可搜索的區(qū)域應(yīng)該增大，通過乘以來進(jìn)行；同樣，目標(biāo)左右區(qū)域可搜索面積應(yīng)該縮小，通過除以來實現(xiàn)；反之，當(dāng)w＝max(h,w)時，調(diào)整方法如下：

此時寬度比高度長，目標(biāo)左右可搜索的區(qū)域應(yīng)該增大，通過乘以來進(jìn)行；同樣，目標(biāo)上下區(qū)域可搜索面積應(yīng)該縮小，通過除以來實現(xiàn)；當(dāng)k2時，則無需修正。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于相關(guān)濾波的快速區(qū)域搜索的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于：步驟四是改進(jìn)的更新濾波器模型的方法，具體包括：

步驟4.1：定義目標(biāo)跟蹤過程中目標(biāo)速度為相鄰幀預(yù)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(dāng)前幀預(yù)測目標(biāo)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(biāo)位置的中心在圖像中像素點位置；

步驟4.2：根據(jù)上一步得到的目標(biāo)速度，依據(jù)研究得到的濾波器模型的更新率η與v的關(guān)系式，對η進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整，調(diào)整的方法如下：

步驟4.3：計算目標(biāo)跟蹤過程中的加速度a，依據(jù)加速度對更新率進(jìn)行預(yù)測調(diào)整，速度變化與圖像幀間隔相關(guān)，假設(shè)某個視頻序列幀速率為f_r，即一秒鐘內(nèi)包含多少幅圖像，則目標(biāo)加速度為：

其中，v_n為當(dāng)前幀目標(biāo)速度，v_n-1為前一幀目標(biāo)速度，Δt為相鄰幀時間差，為f_r的倒數(shù)，此時求得的加速度相鄰幀之間的平均加速度；當(dāng)目標(biāo)速度減小時，即a0，模型更新率不僅要按照之前的關(guān)系式進(jìn)行調(diào)整，還要根據(jù)a的值進(jìn)行修正，提前減小模板更新率，適應(yīng)目標(biāo)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(shù)，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(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于相關(guān)濾波的快速區(qū)域搜索的目標(biāo)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(yīng)越小。