一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理與模式識(shí)別技術(shù)，特別涉及一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo) 跟蹤方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目標(biāo)跟蹤是機(jī)器視覺(jué)的核心問(wèn)題之一，是一個(gè)融合圖像處理、模式識(shí)別、人工智能 及自動(dòng)控制等不同領(lǐng)域的先進(jìn)成果的高新技術(shù)，在軍事制導(dǎo)、視頻監(jiān)控、醫(yī)療診斷、產(chǎn)品檢 測(cè)、虛擬現(xiàn)實(shí)等眾多領(lǐng)域有重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的發(fā)展前景。然而，由于被跟蹤目標(biāo)本身 特征的多樣性和外部環(huán)境的復(fù)雜性，目標(biāo)跟蹤一直是一個(gè)極富挑戰(zhàn)性的課題。
[0003] 低空飛行器（例如，直升機(jī)、小型客機(jī)和航模等），從起飛到消失，存在旋轉(zhuǎn)、尺度 變化以及地物背景和低空背景的轉(zhuǎn)變。因此，使用連續(xù)變焦探測(cè)器（例如，焦距范圍可達(dá) lOOmm-lOOOmm)輔助人眼對(duì)低空飛行器進(jìn)行觀測(cè)，可以大大提高可視距離。但是，隨著目標(biāo) 距離的增加，目標(biāo)在靶面上所成的像素越來(lái)越少，對(duì)比度和信噪比降低，使得對(duì)低空目標(biāo)進(jìn) 行連續(xù)的跟蹤極易失敗。因此，如何對(duì)低空目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)而有效的跟蹤具有十分重要的現(xiàn) 實(shí)意義。
[0004] 然而，現(xiàn)有技術(shù)中所使用的各種基于圖像處理的目標(biāo)跟蹤技術(shù)，在針對(duì)簡(jiǎn)單背景 (例如，干擾較少、背景較干凈的情況）下的空中目標(biāo)時(shí)，跟蹤效果較好；但是，當(dāng)被跟蹤目 標(biāo)所處的背景比較復(fù)雜，或被跟蹤目標(biāo)存在較大形變或者翻轉(zhuǎn)時(shí)，對(duì)被跟蹤目標(biāo)的跟蹤則 極易失敗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法，從而可以使用 連續(xù)變焦探測(cè)器對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0007] 一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法，該方法包括：
[0008] 記錄初始跟蹤時(shí)刻被跟蹤目標(biāo)的初始面積；
[0009] 實(shí)時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的當(dāng)前面積和當(dāng)前視場(chǎng)角；
[0010] 當(dāng)被跟蹤目標(biāo)當(dāng)前視場(chǎng)角為最小視場(chǎng)角，且被跟蹤目標(biāo)的當(dāng)前面積小于或等于預(yù) 定倍數(shù)的初始面積時(shí)，使用形態(tài)學(xué)濾波軌跡關(guān)聯(lián)算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；否則，縮小視 場(chǎng)角并使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
[0011] 較佳的，所述縮小視場(chǎng)角并使用模板匹配跟蹤算法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤包括：
[0012] A1、按照預(yù)定步長(zhǎng)縮小視場(chǎng)角；
[0013] A2、判斷被跟蹤目標(biāo)的當(dāng)前面積是否大于或等于初始面積，如果是，執(zhí)行步驟A3; 否則，返回執(zhí)行步驟A1 ;
[0014] A3、使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
[0015] 較佳的，所述的預(yù)定倍數(shù)為0. 3倍。
[0016] 較佳的，所述使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤包括：：
[0017] 為目標(biāo)模板區(qū)域中的各個(gè)像素點(diǎn)設(shè)置對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，使得離區(qū)域的中心點(diǎn)越遠(yuǎn) 的像素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)越??；
[0018] 根據(jù)原模板矩陣和各個(gè)像素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算得到加權(quán)后的模板矩陣；
[0019] 根據(jù)所述加權(quán)后的模板矩陣，使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
[0020] 較佳的，所述像素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)使用如下所述的公式進(jìn)行計(jì)算：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法，其特征在于，該方法包括： 記錄初始跟蹤時(shí)刻被跟蹤目標(biāo)的初始面積； 實(shí)時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的當(dāng)前面積和當(dāng)前視場(chǎng)角； 當(dāng)被跟蹤目標(biāo)當(dāng)前視場(chǎng)角為最小視場(chǎng)角，且被跟蹤目標(biāo)的當(dāng)前面積小于或等于預(yù)定倍 數(shù)的初始面積時(shí)，使用形態(tài)學(xué)濾波軌跡關(guān)聯(lián)算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；否則，縮小視場(chǎng)角 并使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述縮小視場(chǎng)角并使用模板匹配跟蹤算 法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤包括： A1、按照預(yù)定步長(zhǎng)縮小視場(chǎng)角； A2、判斷被跟蹤目標(biāo)的當(dāng)前面積是否大于或等于初始面積，如果是，執(zhí)行步驟A3 ;否 貝1J，返回執(zhí)行步驟A1 ; A3、使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于： 所述的預(yù)定倍數(shù)為0.3倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目 標(biāo)進(jìn)行跟蹤包括： 為目標(biāo)模板區(qū)域中的各個(gè)像素點(diǎn)設(shè)置對(duì)應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，使得離區(qū)域的中屯、點(diǎn)越遠(yuǎn)的像 素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)越??； 根據(jù)原模板矩陣和各個(gè)像素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)，計(jì)算得到加權(quán)后的模板矩陣； 根據(jù)所述加權(quán)后的模板矩陣，使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述像素點(diǎn)的加權(quán)系數(shù)使用如下所述的 公式進(jìn)行計(jì)算：
其中，sigma是像素點(diǎn)（X，y)的加權(quán)系數(shù)，W和H分別為模板區(qū)域的寬度和高度，X和y分別為模板區(qū)域離模板中屯、的橫向和縱向距離。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述加權(quán)后的模板矩陣使用如下所述的 公式進(jìn)行計(jì)算： Temp_new(x,y) =Temp(x,y)*sigma(x,y)； 其中，Temp_new(x,y)是加權(quán)后的模板矩陣，Temp(x,y)是原模板矩陣，sigma(x,y)是 加權(quán)系數(shù)矩陣。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目 標(biāo)進(jìn)行跟蹤包括： 根據(jù)當(dāng)前時(shí)刻，從預(yù)先設(shè)置的第一對(duì)應(yīng)關(guān)系中選取對(duì)應(yīng)的捜索區(qū)域時(shí)間因子； 根據(jù)當(dāng)前視場(chǎng)角，從預(yù)先設(shè)置的第二對(duì)應(yīng)關(guān)系中選取對(duì)應(yīng)的捜索區(qū)域面積因子； 根據(jù)所選取的捜索區(qū)域時(shí)間因子和捜索區(qū)域面積因子確定當(dāng)前的捜索區(qū)域面積。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一對(duì)應(yīng)關(guān)系為： 在跟蹤初始階段的預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)內(nèi)，所述捜索區(qū)域時(shí)間因子的值為第一取值； 在所述預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)之后，所述捜索區(qū)域時(shí)間因子的值為第二取值； 其中，所述第二取值小于第一取值。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于： 所述預(yù)設(shè)時(shí)長(zhǎng)為1秒；所述第一取值為2 ;所述第二取值為1。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第二對(duì)應(yīng)關(guān)系可W為：
其中，A為捜索區(qū)域面積因子，為當(dāng)前視場(chǎng)角，Vmi。為最小視場(chǎng)角，Vm"為最大視場(chǎng) 角。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述當(dāng)前的捜索區(qū)域面積使用如下所 述的公式計(jì)算得到： Ssear化=A相1地a ; 其中，Swaah為當(dāng)前的捜索區(qū)域面積，A為捜索區(qū)域面積因子，alpha為捜索區(qū)域時(shí)間因 子。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法。該方法包括：記錄初始跟蹤時(shí)刻被跟蹤目標(biāo)的初始面積；實(shí)時(shí)獲取被跟蹤目標(biāo)在當(dāng)前時(shí)刻的當(dāng)前面積和當(dāng)前視場(chǎng)角；當(dāng)被跟蹤目標(biāo)當(dāng)前視場(chǎng)角為最小視場(chǎng)角，且被跟蹤目標(biāo)的當(dāng)前面積小于或等于預(yù)定倍數(shù)的初始面積時(shí)，使用形態(tài)學(xué)濾波軌跡關(guān)聯(lián)算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤；否則，縮小視場(chǎng)角并使用模板匹配跟蹤算法對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。通過(guò)使用本發(fā)明所提供的使用連續(xù)變焦探測(cè)器的目標(biāo)跟蹤方法，可以使用連續(xù)變焦探測(cè)器對(duì)被跟蹤目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)跟蹤。
【IPC分類】G06T5-00, G06T7-20
【公開(kāi)號(hào)】CN104851111
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510199826
【發(fā)明人】張挺, 劉峰, 石志強(qiáng), 朱敏, 李香禎
【申請(qǐng)人】北京環(huán)境特性研究所
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年4月23日