一种具有良好鲁棒性的实时跟踪方法
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
维普资讯
第 ２ ８卷 第 ５期
自 动 化 学 报
Ａ Ｃ ＴＡ Ｕ Ｔ（ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ａ ） ＣＡ Ｎ Ｉ： ＳＩ （Ａ
Ｖ ｏ１ ．２８． Ｏ．５ Ｎ
Ｓｅ ．， ００２ ｐｔ ２
２０ ０ ２年 ９月
一
种 具 有 良好 鲁 棒 性 的 实 时 跟 踪 方 法
分 别 为在 （ ） 的 最 大 和 最 小 的 二 阶 方 向导 数 ， 中 户一 ， 点 其 ，ｇ 一 ，ｒ 一
ａ ｆ
’
下 面 是 对 一 幅 图像 进 行 分 割 并 将 其 叠 加 于 原 图 像 上 的 结 果 ． 中 可 以 看 出分 割 结 果 与 从
目标 区域 的 对 府关 系．
图 １ 被 检 测 图 像
图 ２ 上 凸椭 圆点 区域
图 ３ 下 凹椭 圆点 区域
图 ４ 马 鞍 面 区 域
３ 基 于特 征 区域 的跟 踪算 法
基 于 特 征 区域 的 目标 跟 踪 算 法 的 基 本 步 骤 如 下 ： １ ）人工 确 定 跟 踪 目标 的 初 始 点 （ ， ） ｘ ，以 （ ， 为 中 心 确 定 一 合 适 的 窗 口 ｘ，Ｙ ）
Ｒ 一 ｛ ， ｆ （ ）＞ ０ （ ） Ｄ ， ｝
这
（ ４）
１ ）国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 （ ９ ２ １ ５ 资 助 ５８ ５０ ）
收 稿 日期 ２ ０ — ８１ ０ ００ —６ 收 修 改 稿 日期 ２ ０ —４ １ ０ １ ０ — ２
（） ３
维普资讯
２ 基 于 曲 面 性 质 的 图 像 分 割
利 用 微 分 几 何 的 理 论 ＿ 图 像 曲 面 可 以分 成 三 部 分 ： 鞍 面 区 、 凸 区和 下 凹 区 ， 将 】 ， 马 上 现 它 们分 别 记 为 Ｒ ， 和 Ｒ ． 易证 明 Ｒ ＋Ｒ ＋Ｒ ， ，这 里 ，为 整 个 图像 区 域 ． 么 则 有 Ｒ 容 一Ｉ 那 Ｒ 一 ｛ ， Ｉ （ ）＜ ０ （ ） Ｋ ， ｝ （） １ Ｒ 一 ｛ ， Ｉ （ ） Ｄ… （ ）＜ ０ ， ｝ （） ２
Ｋｅ ｒ ｓ Ｏｂｅ ｔｔａ ｋ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｊｃ ｒｃ ｉｇ，ｄ ｆｅｅ ｔ ｌ ｅ ｍｅ ｒ ｉ ｒ ｎ ｉ ，ｇ ｏ ｔｙ，ｃ ｍｐ ｔ ｒｖｓｏ ｆ ａ ｏ ｕ ｅ ｉｉｎ
１ 引 言
目标 跟 踪 是 计 算 机 视 觉 中 的 基 本 问题 之 一 ． 内外 学 者 已经 对 此 进 行 了大 量 地 研 究 ， 国 提 出 了 许多 用 于 跟 踪 的 有 效 算 法 ． 于 这 些 方 法 如 果 就 跟 踪 的 策 略 来 分 ， 常 可 分 为 ３ 方 法 关 通 Ｄ 与 ２ 方 法 ． 谓 ３ 方 法 通 常 是 指 在 世 界 坐 标 系 中 完 成 对 目标 的 跟踪 ， ２ 方 法 则 是 指 在 Ｄ 所 Ｄ 而 Ｄ 图 像 平 面 内而 言 的． 早 期 的 研 究 有 如 基 于 相 关 匹 配 的 方 法 ｌ 、 于 差 的 平 方 和 的 方 法 ］ 较 ＿ 基 １ ］ 、 基 于 时 间 差 分 的 方 法 。 和 基 于 几 何 特 征 的 方 法 等 通 常 属 于 ２ 方 法 ． 谭 铁 牛 等 以 及 。 Ｄ 如 Ｋｏｌｒ ｌ 等 分 别 完 成 了基 于 ３ 模 型 进 行 车 辆 跟 踪 的 系 统 ． 对 于 ３ 方 法 而 言 ，Ｄ 方 法 更 ｅ Ｄ 相 Ｄ ２ 难 处 理 遮 挡 问题 ， 速 度 较 快 ． 两 维 方 法 来 说 ， 据 从 被 跟 踪 的 目标 中提 取 的 特 征 的 不 同 ， 但 就 根 可 以 分 为 基 于 颜 色 的 ］基 于 形 状 的 ］基 于 区域 的 。 、 于 小 区域 的 。 基 于 视 图 的 口 、 、 。基 ］ 。 和 方 法 ． 文 提 出 的 算 法 是 建立 于 对 图像 曲 面性 质 分 析 基 础 之 上 的 图像 目标 跟 踪 算 法 ． 本
并 对
此 窗 口 内 的 图像 进 行 低 通 滤 波 ； ２ ）计 算 初 始 点 某 一 小 邻 域 内 目标 的属 性 ， 据 此 对 图像 依 上 一 节 的方 法 进 行 分 割 ， 并 选 择 跟 踪 算 法 ， 后 利 用 区域 连 通 算 法 确 定 整 个 区 域 的 分 布 范 围 ， 为 ， 早 的 ｉ １ 之 记 最 一 ； ３ ）根 据 上 面 确 定 的 区域 属 性 ， 成 对 窗 口 内 的 图像 的 滤 波 、 割 ； 找 窗 口 内与 重 叠 完 分 寻 面 积 最 大 的 区域 ， 认 为这 一 新 区 域 为 图像 目标运 动 的 下 一 位 置 ； 果 相 互 重 叠 的 区域 小 于 并 如 某 一阈值 ， 在窗 口 则 内 寻 找 具 有 最 大 相 关 的 匹 配 区域 ； 果 相 关 程 度 小 于 一 设 定 的 阈值 ， 如 则 认 为 目标 区 域 的属 性 可 能 发 生 变 化 ， 依 照 其 他 类 型 的 分 割 方 法 对 待 检 测 窗 口进 行 重 新 应 分 割 ； 后 根 据 所 确 定 的 目标 新 区 域 更 新 （ ， ； 要 说 明 的 一 点 是 如 果 认 定 目标 区域 属 然 ｘ Ｙ ） 需 于 马 鞍 面 区 ， 用 一 小 窗 口将 目标 区 与 周 围相 连通 的 区 域 分 离 后 再 计 算 其 中 心 位 置 ； 则 ４ ）标 记 （ ， 的 新 位 置 ； ｘ Ｙ ） ５ ）重 复 ２ ， ） ４ 步 骤 直 至 结 束 ． ） ３ ，）
田 原 谭铁牛 孙洪赞
（ 国 科 学 院 自 动 化 研 究 所 模 式 识 别 国 家 重 点 实 验 室 北 京 １ ０ ８ ） 中 ０ ０ ０
关 键 词 目标 跟 踪 ， 分 几 何 ， 算 机 视 觉 微 计
中 图分 类号 ＴＰ３ １ ４ ９ ．１
Ａ ＮｏＶＥＬ ＲｏＢＵＳＴ ＡＬＧｏ ＲＩ ＴＨＭ ＦｏＲ ＲＥＡＬ— Ｍ Ｅ ＴＩ ｏＢＪＥＣＴ ＴＲＡＣＫ Ｉ Ｇ Ｎ
自
动
化
学
报
为 Ｇａ ｓ ｉｎ 曲 翠 ， ｕ ｓａ
＝
一
（ Ｊ一 （ ＋ ＋ （ 一 （ ＋ ） ㈣ ｍ 一￣ ） ） ａ １２ ｘ ｆ √ ＋ （ 一 （ ＋ 吉 （ ） （ ＋ ） ｃ １￣ ２ ｆ √器 器 ６ ＋
， 一 ，
Ｔ Ｉ Ｎ ｕａ Ｔ Ａ Ｎ ｉ — ｉ ＳＵ Ｎ ｏｎｇ— Ａ Ｙ ｎ Ｔ ｅＮ ｕ Ｈ Ｚａｎ
（ ｔ ｎ ｌｌ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ａ ｔｒ ｃ ｇ ｉ ｏ （ ＰＲ） ｎｔ ｕ ｅｏ ｔ ｍａ ｉｎ Ｎａ ｉ ａ ａｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐ ｔ ｎ Ｒｅｏ ｎｔ ｎ ＮＬ ｏ ｅ ｉ ．Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ Ａｕ ｏ ｔ ｉ ｏ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｙ ｏ ｃ ｎ ｅ ．Ｂ ｉｉｇ １ ０ ８ ） ｉ ｅｅＡｃ ｄ ｍ ｆ Ｓ ｉ ｃ ｓ ｅｊｎ ０ ０ ｅ ０
第 ２ ８卷 第 ５期
自 动 化 学 报
Ａ Ｃ ＴＡ Ｕ Ｔ（ Ｍ Ａ Ｔ Ｉ Ａ ） ＣＡ Ｎ Ｉ： ＳＩ （Ａ
Ｖ ｏ１ ．２８． Ｏ．５ Ｎ
Ｓｅ ．， ００２ ｐｔ ２
２０ ０ ２年 ９月
一
种 具 有 良好 鲁 棒 性 的 实 时 跟 踪 方 法
分 别 为在 （ ） 的 最 大 和 最 小 的 二 阶 方 向导 数 ， 中 户一 ， 点 其 ，ｇ 一 ，ｒ 一
ａ ｆ
’
下 面 是 对 一 幅 图像 进 行 分 割 并 将 其 叠 加 于 原 图 像 上 的 结 果 ． 中 可 以 看 出分 割 结 果 与 从
目标 区域 的 对 府关 系．
图 １ 被 检 测 图 像
图 ２ 上 凸椭 圆点 区域
图 ３ 下 凹椭 圆点 区域
图 ４ 马 鞍 面 区 域
３ 基 于特 征 区域 的跟 踪算 法
基 于 特 征 区域 的 目标 跟 踪 算 法 的 基 本 步 骤 如 下 ： １ ）人工 确 定 跟 踪 目标 的 初 始 点 （ ， ） ｘ ，以 （ ， 为 中 心 确 定 一 合 适 的 窗 口 ｘ，Ｙ ）
Ｒ 一 ｛ ， ｆ （ ）＞ ０ （ ） Ｄ ， ｝
这
（ ４）
１ ）国 家 杰 出 青 年 科 学 基 金 （ ９ ２ １ ５ 资 助 ５８ ５０ ）
收 稿 日期 ２ ０ — ８１ ０ ００ —６ 收 修 改 稿 日期 ２ ０ —４ １ ０ １ ０ — ２
（） ３
维普资讯
２ 基 于 曲 面 性 质 的 图 像 分 割
利 用 微 分 几 何 的 理 论 ＿ 图 像 曲 面 可 以分 成 三 部 分 ： 鞍 面 区 、 凸 区和 下 凹 区 ， 将 】 ， 马 上 现 它 们分 别 记 为 Ｒ ， 和 Ｒ ． 易证 明 Ｒ ＋Ｒ ＋Ｒ ， ，这 里 ，为 整 个 图像 区 域 ． 么 则 有 Ｒ 容 一Ｉ 那 Ｒ 一 ｛ ， Ｉ （ ）＜ ０ （ ） Ｋ ， ｝ （） １ Ｒ 一 ｛ ， Ｉ （ ） Ｄ… （ ）＜ ０ ， ｝ （） ２
Ｋｅ ｒ ｓ Ｏｂｅ ｔｔａ ｋ ｎ ｙ ｗｏ ｄ ｊｃ ｒｃ ｉｇ，ｄ ｆｅｅ ｔ ｌ ｅ ｍｅ ｒ ｉ ｒ ｎ ｉ ，ｇ ｏ ｔｙ，ｃ ｍｐ ｔ ｒｖｓｏ ｆ ａ ｏ ｕ ｅ ｉｉｎ
１ 引 言
目标 跟 踪 是 计 算 机 视 觉 中 的 基 本 问题 之 一 ． 内外 学 者 已经 对 此 进 行 了大 量 地 研 究 ， 国 提 出 了 许多 用 于 跟 踪 的 有 效 算 法 ． 于 这 些 方 法 如 果 就 跟 踪 的 策 略 来 分 ， 常 可 分 为 ３ 方 法 关 通 Ｄ 与 ２ 方 法 ． 谓 ３ 方 法 通 常 是 指 在 世 界 坐 标 系 中 完 成 对 目标 的 跟踪 ， ２ 方 法 则 是 指 在 Ｄ 所 Ｄ 而 Ｄ 图 像 平 面 内而 言 的． 早 期 的 研 究 有 如 基 于 相 关 匹 配 的 方 法 ｌ 、 于 差 的 平 方 和 的 方 法 ］ 较 ＿ 基 １ ］ 、 基 于 时 间 差 分 的 方 法 。 和 基 于 几 何 特 征 的 方 法 等 通 常 属 于 ２ 方 法 ． 谭 铁 牛 等 以 及 。 Ｄ 如 Ｋｏｌｒ ｌ 等 分 别 完 成 了基 于 ３ 模 型 进 行 车 辆 跟 踪 的 系 统 ． 对 于 ３ 方 法 而 言 ，Ｄ 方 法 更 ｅ Ｄ 相 Ｄ ２ 难 处 理 遮 挡 问题 ， 速 度 较 快 ． 两 维 方 法 来 说 ， 据 从 被 跟 踪 的 目标 中提 取 的 特 征 的 不 同 ， 但 就 根 可 以 分 为 基 于 颜 色 的 ］基 于 形 状 的 ］基 于 区域 的 。 、 于 小 区域 的 。 基 于 视 图 的 口 、 、 。基 ］ 。 和 方 法 ． 文 提 出 的 算 法 是 建立 于 对 图像 曲 面性 质 分 析 基 础 之 上 的 图像 目标 跟 踪 算 法 ． 本
并 对
此 窗 口 内 的 图像 进 行 低 通 滤 波 ； ２ ）计 算 初 始 点 某 一 小 邻 域 内 目标 的属 性 ， 据 此 对 图像 依 上 一 节 的方 法 进 行 分 割 ， 并 选 择 跟 踪 算 法 ， 后 利 用 区域 连 通 算 法 确 定 整 个 区 域 的 分 布 范 围 ， 为 ， 早 的 ｉ １ 之 记 最 一 ； ３ ）根 据 上 面 确 定 的 区域 属 性 ， 成 对 窗 口 内 的 图像 的 滤 波 、 割 ； 找 窗 口 内与 重 叠 完 分 寻 面 积 最 大 的 区域 ， 认 为这 一 新 区 域 为 图像 目标运 动 的 下 一 位 置 ； 果 相 互 重 叠 的 区域 小 于 并 如 某 一阈值 ， 在窗 口 则 内 寻 找 具 有 最 大 相 关 的 匹 配 区域 ； 果 相 关 程 度 小 于 一 设 定 的 阈值 ， 如 则 认 为 目标 区 域 的属 性 可 能 发 生 变 化 ， 依 照 其 他 类 型 的 分 割 方 法 对 待 检 测 窗 口进 行 重 新 应 分 割 ； 后 根 据 所 确 定 的 目标 新 区 域 更 新 （ ， ； 要 说 明 的 一 点 是 如 果 认 定 目标 区域 属 然 ｘ Ｙ ） 需 于 马 鞍 面 区 ， 用 一 小 窗 口将 目标 区 与 周 围相 连通 的 区 域 分 离 后 再 计 算 其 中 心 位 置 ； 则 ４ ）标 记 （ ， 的 新 位 置 ； ｘ Ｙ ） ５ ）重 复 ２ ， ） ４ 步 骤 直 至 结 束 ． ） ３ ，）
田 原 谭铁牛 孙洪赞
（ 国 科 学 院 自 动 化 研 究 所 模 式 识 别 国 家 重 点 实 验 室 北 京 １ ０ ８ ） 中 ０ ０ ０
关 键 词 目标 跟 踪 ， 分 几 何 ， 算 机 视 觉 微 计
中 图分 类号 ＴＰ３ １ ４ ９ ．１
Ａ ＮｏＶＥＬ ＲｏＢＵＳＴ ＡＬＧｏ ＲＩ ＴＨＭ ＦｏＲ ＲＥＡＬ— Ｍ Ｅ ＴＩ ｏＢＪＥＣＴ ＴＲＡＣＫ Ｉ Ｇ Ｎ
自
动
化
学
报
为 Ｇａ ｓ ｉｎ 曲 翠 ， ｕ ｓａ
＝
一
（ Ｊ一 （ ＋ ＋ （ 一 （ ＋ ） ㈣ ｍ 一￣ ） ） ａ １２ ｘ ｆ √ ＋ （ 一 （ ＋ 吉 （ ） （ ＋ ） ｃ １￣ ２ ｆ √器 器 ６ ＋
， 一 ，
Ｔ Ｉ Ｎ ｕａ Ｔ Ａ Ｎ ｉ — ｉ ＳＵ Ｎ ｏｎｇ— Ａ Ｙ ｎ Ｔ ｅＮ ｕ Ｈ Ｚａｎ
（ ｔ ｎ ｌｌ ｏ ａ ｏ ｙ ｏ ａ ｔｒ ｃ ｇ ｉ ｏ （ ＰＲ） ｎｔ ｕ ｅｏ ｔ ｍａ ｉｎ Ｎａ ｉ ａ ａｂ ｒ ｔｒ ｆ Ｐ ｔ ｎ Ｒｅｏ ｎｔ ｎ ＮＬ ｏ ｅ ｉ ．Ｉ ｓ ｔ ｔ ｆ Ａｕ ｏ ｔ ｉ ｏ Ｃｈ ｎ ｓ ａ ｅ ｙ ｏ ｃ ｎ ｅ ．Ｂ ｉｉｇ １ ０ ８ ） ｉ ｅｅＡｃ ｄ ｍ ｆ Ｓ ｉ ｃ ｓ ｅｊｎ ０ ０ ｅ ０