[發(fā)明專利]一種基于無人機航拍的單目標(biāo)車輛跟蹤方法

在審

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• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114529584A
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 呂艷輝;郭向坤;李彬
• 申請（專利權(quán)）人: 沈陽理工大學(xué)
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06V10/50;G06V10/75;G06K9/62
• 代理公司: 沈陽東大知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 21109
• 代理人: 梁焱

1.一種基于無人機航拍的單目標(biāo)車輛跟蹤方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1：載入需要車輛跟蹤的無人機航拍視頻，暫停在第一幀，用鼠標(biāo)手動框選要跟蹤的目標(biāo)車輛，框選的區(qū)域為待跟蹤區(qū)域，待跟蹤區(qū)域內(nèi)的目標(biāo)車輛為跟蹤目標(biāo)；然后從視頻的第二幀開始，執(zhí)行步驟2，對視頻幀中出現(xiàn)的目標(biāo)車輛進行檢測；

步驟2：判斷當(dāng)前幀中的目標(biāo)車輛是否被全遮擋，如果否，則繼續(xù)步驟3；否則，執(zhí)行步驟5；

步驟3：適用K++鄰域搜索算法對跟蹤目標(biāo)進行位置預(yù)測；

在跟蹤框周圍建立K++鄰域，使用該K++鄰域?qū)θ哂嗟哪繕?biāo)檢測框進行篩選，留下在K++鄰域內(nèi)出現(xiàn)的可能是跟蹤目標(biāo)的車輛，再計算跟蹤框與檢測框的IoU與中心點的偏移量；

步驟4：將篩選后的檢測框內(nèi)的目標(biāo)提取為圖片，與第一幀選擇的跟蹤目標(biāo)使用多特征融合的圖像匹配算法進行匹配，分別計算跟蹤目標(biāo)與篩選后的目標(biāo)的圖像相似度并排序，再結(jié)合步驟3的計算結(jié)果綜合判定當(dāng)前幀中哪一個檢測出的目標(biāo)為要跟蹤的目標(biāo)，然后更新跟蹤框，執(zhí)行步驟6；

步驟5：跟蹤目標(biāo)發(fā)生遮擋的情況，采用基于車輛運動狀態(tài)估計的抗遮擋算法，要在跟蹤開始超過20幀之后，開始每20幀記錄一次車輛在視頻中移動的平均速度，依據(jù)此方式，當(dāng)目標(biāo)在視野中消失時，保存消失時坐標(biāo)，停止記錄目標(biāo)的移動速度并保存在前20幀的移動速度；如果目標(biāo)消失在50幀以內(nèi)，正常估計在消失內(nèi)的移動軌跡及坐標(biāo)，同時獲取當(dāng)前估計位置的K鄰域，并且記錄50幀后目標(biāo)可能出現(xiàn)的位置，在該位置設(shè)置K鄰域等待捕獲目標(biāo)，如果車輛被重新檢測并且被K鄰域捕獲到，調(diào)用步驟4中的圖像匹配算法開始進行匹配，若匹配成功則繼續(xù)進行跟蹤，若未匹配成功則開啟全圖匹配，解除運動速度和坐標(biāo)的記錄，由跟蹤器自行尋找，調(diào)用步驟3-步驟4的跟蹤方式，使用多特征融合匹配算法匹配當(dāng)前視野中出現(xiàn)的和初始選擇的跟蹤目標(biāo)相似度最大的目標(biāo)，并以該目標(biāo)的坐標(biāo)為基礎(chǔ)重新建立K++鄰域；執(zhí)行步驟6；

步驟6：判斷視頻是否結(jié)束；如果是，則結(jié)束檢測；否則，接收下一幀，返回步驟2。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人機航拍的單目標(biāo)車輛跟蹤方法，其特征在于：所述步驟1中框選目標(biāo)時，只選擇目標(biāo)本身。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于無人機航拍的單目標(biāo)車輛跟蹤方法，其特征在于：所述步驟3的具體方法為：

步驟3.1：根據(jù)前一幀的跟蹤框大小，計算出k＝2時該跟蹤框所對應(yīng)的K鄰域范圍，并將當(dāng)前幀檢測范圍縮小至該K鄰域內(nèi)；K鄰域滿足式(1)：

其中，W_k和H_k分別是K鄰域搜索區(qū)域的寬和高，W和H分別是前一幀目標(biāo)跟蹤框的寬和高，k是二者寬高比；

步驟3.2：如果當(dāng)前幀在該K鄰域內(nèi)只有一個目標(biāo)被檢測，即目標(biāo)的檢測框至少有三分之二區(qū)域在K鄰域范圍內(nèi)，則該目標(biāo)就是前一幀的目標(biāo)，更新跟蹤框，繼續(xù)執(zhí)行步驟4；如果當(dāng)前幀在該K鄰域內(nèi)出現(xiàn)兩個以上目標(biāo)，則執(zhí)行步驟3.3；

步驟3.3：將K鄰域內(nèi)的目標(biāo)分別與跟蹤目標(biāo)進行相似度計算，得到相似度得分，并進行排序；

步驟3.4：將排好序的相似度得分所對應(yīng)的目標(biāo)檢測框與前一幀的跟蹤框做IoU和中心點的歐氏距離；取歐氏距離最小的中心點對應(yīng)的檢測框，并和前面的圖像匹配所計算出的相似度以及最大的IoU相結(jié)合，來判斷哪一個檢測框檢測的是跟蹤目標(biāo)，判斷順序為：先比較圖像的相似度，然后根據(jù)IoU排除相似車輛，最后用中心點的歐氏距離選擇跟蹤目標(biāo)。