[發明專利]基于時空聚類的動目標檢測方法

在審

• 申請號: 202110909898.4
• 申請日: 2021-08-09
• 公開（公告）號: CN113673392A
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 錢惟賢;楊文廣;高丹;陳錢;顧國華;萬敏杰;任侃
• 申請（專利權）人: 南京理工大學;上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/34;G06K9/46;G06K9/62;G06T7/13;G06T7/194;G06T7/246
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 唐代盛

1.一種基于時空聚類的動目標檢測方法，其特征在于，包括如下步驟：

(10)圖像特征點提取：在初始幀對目標進行角點檢測，提取圖像特征點；

(20)特征點航跡關聯：對提取到的圖像特征點進行跟蹤檢測，并用航跡進行關聯；

(30)航跡位移量聚類：根據背景運動與目標運動在圖像坐標中位移的不同，通過聚類切割出運動特征點和背景特征點；

(40)運動特征點空間聚類：根據不同目標在圖像中的空間差異，將同一目標上的特征點航跡進行組合，不同目標上的特征點航跡進行區分，同時記錄每個運動目標的航跡狀態。

2.根據權利要求1所述的運動目標檢測方法，其特征在于，所述(10)圖像特征點提取步驟具體為：

對初始幀圖像做SURF角點檢測，獲取圖像初始特征點信息，并獲取特征點的SURF特征向量，得到特征點的向量描述。

3.根據權利要求2所述的動目標檢測方法，其特征在于，所述(20)特征點航跡關聯步驟包括：

(21)提取目標點疑似范圍：

根據前一幀目標點的圖像坐標[u,v]，在當前幀中選取范圍為x∈(u-win,u+win],y∈(v-win,v+win]的圖像區域為疑似目標區域；

(22)提取特征點的SURF特征向量：

按照SURF特征向量的定義，提取疑似目標區域內每個特征點的特征向量；

(23)匹配特征點：

將(22)得到的特征向量分別與前一幀特征點的特征向量進行匹配，求取特征向量的相似度；選取相似度最高的特征點作為該點在當前幀的跟蹤結果，將特征點坐標進行記錄。

4.根據權利要求3所述的動目標檢測方法，其特征在于，所述(30)航跡位移量聚類步驟包括：

(31)航跡速度與位移表示：

對于所有的特征點，記錄相鄰幀匹配特征點的坐標差值為特征點的幀間速度，定義當前幀與參考幀特征點的坐標差值為位移，公式描述如下：

其中，i表示特征點序號，frame表示當前幀序號，refer表示參考幀序號；

(32)mean shift聚類算法

假設在一個多維空間中有很多數據點需要進行聚類，Mean Shift的過程如下：

(321)、在未被標記的數據點中隨機選擇一個點作為中心點，標記為center；

(322)、找出離center距離在閾值bandwidth之內的所有點，記做集合M，認為這些點屬于簇c，同時，把這些求內點屬于這個類的概率加1，這個參數將用于最后步驟的分類；

(323)、以center為中心點，計算從center開始到集合M中每個元素的向量，將這些向量相加，得到向量shift；

(324)、center沿著shift的方向移動，移動距離是||shift||，即center＝center+shift；

(325)、重復步驟322、323、324，直到shift的大小很小，記住此時的center；

(326)、如果收斂時當前簇c的center與其它已經存在的簇c2中心的距離小于閾值，那么把c2和c合并；否則，把c作為新的聚類，增加1類；

(327)、重復321、322、323、324、325直到所有的點都被標記訪問；

(328)、根據每個類，對每個點的訪問頻率，取訪問頻率最大的那個類，作為當前點集的所屬類；

(33)位移聚類：根據背景特征點與目標特征點運動方式的不同區分背景與運動點。

5.根據權利要求4所述的動目標檢測方法，其特征在于，所述(40)運動目標空間聚類步驟包括：

(41)圖像閾值分割：將所有的特征點分為背景特征點、疑似特征點、目標特征點三大類；當一個特征點被判定為疑似動目標特征點，并且連續存在若干幀后，即判斷為目標特征點；之后對所有動目標點進行空間聚類切割成不同的目標；

(42)動目標航跡的更新：

隨著幀數增長，記錄到的特征點航跡逐漸減少，當航跡數量減少到設定的閾值后，重新對圖像進行特征點檢測，記錄新產生的特征點航跡，將未消亡的航跡位移量清零，并與新產生的特征點航跡一起進行聚類。由于檢測到的新特征點可能存在于已檢測到的目標上，或者更新時不同的目標相隔較近，被識別為同一目標上的特征點，因此需要對產生的特征點航跡進行合并拆分管理，航跡的合并與拆分規則如下：

(a)新產生的動目標特征點航跡與記錄的航跡在空間上無法合并時，判定為產生新的航跡；

(b)新產生的動目標特征點航跡與記錄的航跡在空間上始終一致時，判定為同一運動目標上新產生的特征點；

(c)當兩條原本存在的航跡，在空間上無法通過聚類進行判別時，認為不同的航跡發生交匯，依舊各自保存原先的航跡；

(d)當一條原本的航跡發生變換，不在能夠在空間上保持一致時，認為目標分裂為兩種目標，分別進行標記。