基于散射描述子的目标跟踪方法

摘要

本发明公开一种基于散射描述子的目标跟踪方法，主要解决目标发生漂移、遮挡、尺度变小、快速运动变化导致跟踪失败的问题。其实现步骤为：（1）输入一段视频第一帧，人工标记出待跟踪目标；（2）建立跟踪目标模型；（3）计算第一帧待跟踪目标的灰度位置直方图；（4）载入新一帧视频图像，获取候选目标和搜索窗，并提取搜索窗散射描述子；（5）计算候选目标的灰度位置直方图，判断目标是否发生遮挡；（6）若目标没有发生遮挡，利用四邻域搜索方法进行匹配跟踪，更新跟踪目标模型；（7）若目标发生遮挡，考虑目标尺度变小对遮挡的影响进行跟踪；（8）输出跟踪位置，执行下一帧。本发明可用于交通管制、安全监测、医学图像方面。

主权项

1.一种基于散射描述子的目标跟踪方法，包括以下步骤：（1）输入一段视频的第一帧，人工标记出待跟踪目标，得到跟踪框位置，将标记出的待跟踪目标定义为模板目标；（2）初始化待跟踪目标的运动位移量，并以跟踪框位置为中心获取搜索窗；（3）建立第一帧跟踪目标模型T_t(i,j,k)：3a)对搜索窗进行非下采样散射变换，得到搜索窗每个像素点的散射描述子X_t(i,j,k)，其中下标t表示当前正在处理的图像帧数，这里，t=1；(i,j)表示像素点的位置坐标；k表示散射描述子的维数，k=1,2,...,12；3b)从搜索窗的散射描述子X_t(i,j,k)中，提取出模板目标的散射描述子作为第一帧的跟踪目标模型T_t(i,j,k)；（4）计算第一帧模板目标的灰度位置直方图其中下标1表示第一帧图像，上标l表示灰度级数，l=1,2,...,4096；（5）载入新一帧视频图像，根据上一帧跟踪框位置和运动位移量估计出候选目标，并记作本帧的候选目标；（6）以候选目标的位置为中心获取搜索窗，并记作本帧的搜索窗，对其进行非下采样散射变换，得到本帧搜索窗的散射描述子X_t(i,j,k)；（7）按照步骤（4）的方法，计算本帧候选目标的灰度位置直方图（8）判断目标是否发生遮挡：8a）根据第一帧模板目标的灰度位置直方图和本帧候选目标灰度位置直方图求出遮挡因子O_cc；8b）将遮挡因子O_cc与阈值T_h=0.75进行比较：如果遮挡因子O_cc小于阈值T_h，表示目标没有发生遮挡，执行步骤（9）；如果遮挡因子O_cc大于阈值T_h，表示目标发生遮挡，执行步骤（10）；（9）对没有发生遮挡的目标进行跟踪：9a）在本帧搜索窗内按照四邻域搜索方法确定出多个匹配窗，从搜索窗的散射描述子X_t(i,j,k)中提取出这些匹配窗的散射描述子，求这些匹配窗散射描述子与上一帧跟踪目标模型T_t-1(i,j,k)的相关系数，记最大相关系数为α_max，最大相关系数对应的匹配窗即为本帧跟踪到的目标，最大相关系数对应的匹配窗位置即为本帧跟踪目标的位置；9b）从本帧搜索窗的散射描述子X_t(i,j,k)中，提取出本帧跟踪目标的散射描述子作为本帧的跟踪目标模型S_t(i,j,k)；9c）根据最大相关系数α_max、上一帧跟踪目标模型T_t-1(i,j,k)和本帧跟踪目标模型S_t(i,j,k)，通过线性加权方法升级跟踪目标模型，记升级后的跟踪目标模型为T_t(i,j,k)：T_t(i,j,k)=α_max·T_t-1(i,j,k)+(1-α_max)·S_t(i,j,k)；（10）对发生遮挡的目标进行遮挡处理：10a）对步骤（1）所述的第一帧模板目标，提取其HSI彩色空间的H分量记为K₁，并对步骤（1）所述的第一帧模板目标进行下采样，提取其HSI彩色空间的H分量记为Q₁；10b）在本帧搜索窗内遍历每个像素点得到U个样本目标，提取这U个样本目标HSI彩色空间的H分量并记为W_u，u=1,2,...,U，U为搜索窗的像素点总个数；并对这U个样本目标进行下采样，提取其HSI彩色空间的H分量记为Y_u；10c）分别求出第一帧模板目标的H分量K₁与本帧搜索窗内U个样本目标的U个H分量W_u的相关系数ρ_u，从U个ρ_u中选取出最大的一个相关系数，并记作最大相关系数η₁；10d）按照步骤10c）的方法，分别求第一帧下采样的模板目标的H分量Q₁与本帧搜索窗内U个下采样样本目标的U个H分量Y_u的相关系数，记最大相关系数为η₂；10e)将η₁和η₂与阈值T_k=0.93进行比较：如果ρ₁和ρ₂都小于阈值T_k=0.93，则表示目标发生真正遮挡，执行步骤（12）；反之，取ρ₁和ρ₂两者中最大者对应的样本目标作为本帧的跟踪目标，该样本目标的位置即为本帧跟踪目标的位置，按照步骤8b）和步骤8c）的方法升级跟踪目标模型，执行步骤（11）；（11）输出本帧跟踪目标的位置；（12）返回步骤（5）执行下一帧。