一种目标跟踪方法及装置与流程

本发明涉及计算机视觉领域，具体涉及一种目标跟踪方法及装置。

背景技术：

在计算机视觉领域，目标跟踪一直是热点研究领域之一。所谓目标跟踪，即是在一个连续的图像序列中，对感兴趣的目标进行持续的定位的过程。目标跟踪广泛应用于军事、交通、监控等多个领域。由于光照变化，目标形变，目标遮挡以及实时性等因素影响，精确的目标跟踪算法还难以实现。

核相关滤波跟踪算法是近年来发展起来的一种效果较好的跟踪算法，采用循环移位的思想，构造大量的样本来训练分类器，同时利用离散傅里叶变换降低分类器训练和检测过程中的运算量。

但是核相关滤波跟踪算法存在一些固有的问题：首先，当目标物体被连续遮挡时，遮挡物会遮挡住目标，从而导致跟踪结果偏离。其次，在目标物体的尺度或形态发生较大变化的情况下，跟踪性能受到很大的限制。因此如何在跟踪目标发生变化时更好的进行跟踪称为亟待解决的问题。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中的跟踪方法当目标物体被遮挡或尺寸发生变化时导致跟踪失败。

为此，本发明提供一种目标跟踪方法，包括如下步骤：获取目标物体的原始位置；根据所述原始位置对目标物体进行跟踪，得到跟踪位置；计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度；判断所述相似度是否大于预设阈值；若所述相似度大于预设阈值，获取跟踪位置中的目标物体的尺寸；根据目标物体的尺寸更新原始目标物体。

优选地，还包括下一帧图像根据更新后的目标尺寸对目标物体进行跟踪。

优选地，还包括若所述相似度不大于预设阈值，则所述跟踪结果不正确，跟踪失败。

优选地，对目标物体进行跟踪的步骤中，采用核相关滤波跟踪算法进行跟踪。

优选地，通过分类器计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度。

优选地，所述分类器和通过正负样本来训练。

此外，本发明还提供一种目标跟踪装置，包括：原始位置提取单元，获取目标物体的原始位置；跟踪单元，根据所述原始位置对目标物体进行跟踪，得到跟踪位置；相似度计算单元，计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度；判断单元，用于判断所述相似度是否大于预设阈值；尺寸获取单元，用于若所述相似度大于预设阈值，获取跟踪位置中的目标物体的尺寸；目标更新单元，用于根据目标物体的尺寸更新原始目标物体。

优选地，还包括后续跟踪单元，用于下一帧图像根据更新后的目标尺寸对目标物体进行跟踪。

优选地，还包括跟踪失败单元，用于若所述相似度不大于预设阈值，则所述跟踪结果不正确，跟踪失败。

优选地，采用核相关滤波跟踪算法进行跟踪。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的目标跟踪方法，首先获取目标物体的原始位置，根据该位置对目标物体进行跟踪，得到跟踪位置，然后计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度，若所述相似度大于预设阈值，获取跟踪位置中的目标物体的尺寸；根据目标物体的尺寸更新原始目标物体。该方案中，通过级联检测器对跟踪结果进行校对，如果与原始位置的差别不大，则说明跟踪成功，通过目标图像的尺寸进一步更新原始图像，这样当存在遮挡或目标物体尺寸变化等情况时，可以获得最新的目标图像，从而根据该目标图像去进一步跟踪，能够克服现有技术中的跟踪方法当目标物体被遮挡或尺寸发生变化时导致跟踪失败，改善现有算法的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中一种目标跟踪方法的一个具体示例的流程图。

图2为本发明实施例2中一种目标跟踪装置的一个具体示例的结构框图；

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例中提供一种目标跟踪方法，用于跟踪目标物体，尤其对于部分遮挡或尺寸发生变化的目标物体可以更好的进行跟踪。该方法可以用户电脑、服务器等智能设备中，对输入的视频中的目标物体进行跟踪。

本实施例中的目标跟踪方法包括如下步骤：

S1、获取目标物体的原始位置。在视频初始帧，给定目标初始位置。

S2、根据所述原始位置对目标物体进行跟踪，得到跟踪位置，跟踪位置为一个矩形框。对目标物体进行跟踪的步骤中，采用核相关滤波跟踪算法进行跟踪。

核相关滤波算法的跟踪过程可以分解为如下几步：

第一步，在初始帧图像中，目标初始位置位于位置p(t)。在第I(t)帧图像中，在位置p(t)附近采样，训练一个回归器，这个回归器能够计算每个采样小窗口的响应。

第二步，在I(t+1)帧中，在前一帧位置p(t)附近采样，用上一帧训练的回归器计算每个采样窗口的响应，响应最大的窗口作为本帧的目标位置p(t+1)，该目标位置即为跟踪结果。

核相关滤波算法具有以下优点：首先，使用目标区域周围区域的循环矩阵采集正负样本，利用岭回归训练回归器，并成功的利用循环矩阵在傅里叶空间可对角化的性质，大大降低运算量，提高算法运算速度。其次，将线性岭回归通过核函数映射到非线性空间，使线性不可分的样本在非线性空间中可分。

核相关滤波算法中，所有的训练样本是由目标样本循环移位得到，循环移位可由排列矩阵得到，对于二维图像，可以通过x轴和y轴分别循环移动实现不同位置的移动。

通过循环移位构造出来的二维图像训练样本如下所示：

这样所有的训练样本就得到了，然后通过岭回归和傅里叶变换的方法训练分类器。

设训练样本集(x_i，y_i),那么其线性回归函数f(x_i)＝w^Tx_i,w是列向量表示权重系数，可通过最小二乘法求解，

通过求偏导数，进行化简，得到最后解析解的形式：

w＝(X^HX+λ)^-1X^Hy

然后通过引入傅里叶变换，降低矩阵求逆的计算复杂度。

S3、计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度。

可以通过最近邻分类器来计算跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度，在最近邻分类器中预先存储目标物体的原始位置。跟踪结果返回目标矩形框，计算该位置与最近邻分类器中保存的真实的目标位置的相关相似度S(r)。

S4、判断所述相似度是否小于预设阈值。S(r)大于或等于阈值则认为跟踪成功，执行S5-S6；若S(r)小于设定的阈值，就认为当前目标由于快速移动导致跟踪失败，执行S7-S9。

S5、若所述相似度大于预设阈值，获取跟踪位置中的目标物体的尺寸。

S6、根据目标物体的尺寸更新原始目标物体，下一帧图像根据更新后的目标尺寸对目标物体进行跟踪。这种情况下认为跟踪成功，但是由于物体的尺寸形态等发生变化，此时需要进一步对目标物体的尺寸进行调整，以使其与遮挡或尺寸变化后的图像相适应。能够克服现有技术中的跟踪方法当目标物体被遮挡或尺寸发生变化时导致跟踪失败，改善现有算法的性能。

S7、若所述相似度小于预设阈值，通过级联检测器获取多个候选跟踪区域。

由于跟踪算法在新的一帧跟踪时，是在上一帧的目标位置附近采样，计算回归响应，这就导致算法无法解决目标快速移动和尺度变化的情况，因此引入级联检测器部分对这两种情况进行修正。

级联检测器通过滑动窗口来扫描输入图像，然后判断每个窗口中有没有目标，级联检测器主要包含三个模块：方差分类器，集成分类器和最近邻分类器。

初始化阶段：按照一定的步长和缩放比例得到能够包含所有可能的大小和变换的初始扫描网格，正样本从给定目标初始位置合成得到。在距离初始矩形框最近的扫描网格中，选择10个矩形框，对于每一个矩形框，我们通过几何变换(±1％的偏移，±1％比例缩放，±10°的平面旋转)生成20个不同矩形框，并附加以方差为5的标准高斯噪声，最后得到200个正样本。负样本是从初始矩形框的周围搜选得到的，不需要进行仿射变换。

通过初始化得到的正负样本，训练集成分类器和最近邻分类器。

最近邻分类器中相关相似度S(r)变化范围从0到1。取值越大表示图像块越有可能是目标区域。

其中S(+)是正样本相似度：

其中S(-)是负样本相似度：

在最近邻分类器计算过程中，相关相似度S(r)被用于指出一个任意的图像块和目标模型中的部分有多大的相似。如果S^r(p，M)＞θ_NN，那么图像p被分类为正样本，否则就被分类为负样本。

扫描图像分类阶段：在方差分类器模块中，计算图像块方差，如果这个图像块的方差小于目标图像块方差的一半，就拒绝这个图像块。集成分类器是由一系列基本分类器组成，通过计算图像的LBP特征，来判断图像块是否输出。通过前两步，图像块得到了大幅的减少，利用最近邻分类器，输出最终的目标区域，此处的目标区域便是候选跟踪区域。

S8、将所述候选跟踪区域聚类置信度最高的区域为跟踪结果。针对级联检测器会返回若干个候选跟踪区域，每个候选跟踪区域对应一个相关相似度，通过聚类，得到几个最可信的目标区域，利用加权平均，输出最终的一个检测结果。

S9、用所述跟踪结果更新所述目标物体的原始位置，下一帧图像中在更新后的位置对目标物体进行跟踪。从而提高了后续帧图像跟踪的准确度。

与现有技术相比，基于核相关滤波算法利用循环矩阵的方法，有效的构造大量样本，能够得到较好的分类器，并利用傅里叶变换降低运算时间，同时本发明利用级联检测器检测结果，有效的解决了目标快速移动和目标多尺度的问题。

实施例2：

本实施例中提供一种目标跟踪装置，用于对视频图像中的目标物体进行跟踪，尤其适用于目标物体产生遮挡或目标物体的尺寸发生变化的情况，该装置结构如图2所示，包括：

原始位置提取单元21，用于获取目标物体的原始位置；

跟踪单元22，用于根据所述原始位置对目标物体进行跟踪，得到跟踪位置；采用核相关滤波跟踪算法进行跟踪。

相似度计算单元23，用于计算所述跟踪位置与目标物体的原始位置的相似度；

判断单元24，用于判断所述相似度是否大于预设阈值；

尺寸获取单元25，用于若所述相似度大于预设阈值，获取跟踪位置中的目标物体的尺寸；

目标更新单元26，用于根据目标物体的尺寸更新原始目标物体。下一帧图像根据更新后的目标尺寸对目标物体进行跟踪。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。