融合颜色与surf特征的基于粒子滤波的目标追踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体上涉及一种运动和被遮挡目标跟踪的方法。由于环境监测与公共场所 视频监控中经常遇到目标处于运动状态或者被遮挡，所以此发明更具体地涉及特定环境下 智能监控系统中，解决物体运动和被遮挡从而导致目标追踪失败的问题的方法。
【背景技术】
[0002] 目标跟踪是绝大多数视觉系统中不可或缺的环节，在人机交互、机器人导航、智能 视频监控等方面有广泛的应用。作为运动目标跟踪方法的常用数学工具，粒子滤波对运动 模型的非线性、非高斯、多峰等问题表现出良好的适应性，已被大量应用于行人、车辆等运 动目标的跟踪。
[0003] 粒子滤波需要建立目标的观测模型，为了提高跟踪的鲁棒性，多种类型的特征被 用来表征目标。结合Mean-shift和粒子滤波的方法对目标跟踪有很好的鲁棒性，但在目标 遮挡以及相邻帧出现较大的目标位移时，跟踪会出现发散现象；利用SIFT局部不变特征实 现对目标的跟踪，效果比较好，但SIFT特征匹配计算复杂，无法满足实时跟踪的要求。
[0004] SURF特征借鉴SIFT中简化近似的思想，高斯二阶微分模板进行近似简化，计算速 度提高了多倍。如果对视频的每一帧都进行特征点检测，会消耗较长时间，这时基于相邻帧 连续信息的特征光流法进行跟踪会更加快速有效。
【发明内容】
[0005] 本发明提出一种融合颜色与SURF特征的基于粒子滤波的目标追踪方法。首先确 定跟踪目标区域，并采用椭圆拟合目标提取SURF特征和颜色特征。然后通过SURF特征和 颜色特征的乘性融合值确定粒子观测概率，接着进行基于观测概率的特征点集更新，从而 解决目标运动和被遮挡导致追踪失败的问题。为了达到上述目的，本发明的技术方案是：
[0006] 1. 一种融合颜色与SURF特征的基于粒子滤波的目标追踪方法，包括下列的步骤： [0007] (1)采集视频，选定一帧具有跟踪目标的视频帧；
[0008] (2)根据具有跟踪目标的视频帧，获取目标区域矩形窗口，即跟踪窗口后，利用最 小二乘法使用椭圆拟合目标形状，得到目标模板，在HSV空间定义目标模板的颜色直方图， 计_
【主权项】
1. 一种融合颜色与SURF特征的基于粒子滤波的目标追踪方法，包括下列的步骤： (1) 采集视频，选定一帧具有跟踪目标的视频帧； (2) 根据具有跟踪目标的视频帧，获取目标区域矩形窗口，即跟踪窗口后，利用最小二 乘法使用椭圆拟合目标形状，得到目标模板，在HSV空间定义目标模板的颜色直方图，计算
=1，…，256)其中，num(color(k))为第k种颜色的数目，sum(Pixel)代表图像 区域的总像素数，计算显著性加权颜色直方围
其中，SM为图像的视觉显 著图，sum(SM(color(k)))是颜色为color(k)的像素处的视觉显著值之和，sum(SM)为视觉 显著图中所有元素之和； (3) 对于所选定的具有跟踪目标的视频帧之后的某个时刻的视频帧，进行目标进行跟 踪时，确定候选区域，包括粒子i = 1，...，N，并确定粒子观测概率，方法如下：首先计算
衡量目标模板和候选区域的显著性颜色直方图相似距离获得 颜色观测概率，其中，V和Iini分别是维度为V的候选区域直方图和模板直方图，P (h Λ hj 是Bhattacharyya系数，相似距离穿越小，表示相似度越大；然后在跟踪窗口的相邻区域寻 找匹配的SURF特征点，得到特征模板集，接着对于候选区域的某个粒子i，计算落入粒子区 域的SURF概率，最后应用乘性融合框架，获得目标的粒子观测概率； (4) 预设特征模板集的各个粒子的权值K值均为1，进行特征点集更新，包括以下步 骤： A. 通过状态估计获取目标新的状态估计，使用新的目标窗口区域中的SURF对模板特 征集进行更新，如果匹配的特征点数与模板总特征点的比值小于阈值，则模板特征集不进 行更新； B. 预设一个小于等于0的变量xl，对于模板特征集中没有匹配的那些特征点，其权值 K值减少1，如果K〈 = xl，则从模板集中删去； C. 预设一个变量χ2, χ2>1，对于模板中与新的目标窗口中匹配的那些特征点，使用新 的窗口中相应的特征点对其特征矢量进行更新，同时K加1，如果K> = χ2,该特征点将永久 保留。 D. 将新的目标窗口中出现的，但没有匹配的SURF也加入特征点集S，作为新增加的特 征点，设置权值K = 1，并保存目标窗口尺寸、中心坐标和该特征点坐标。
【专利摘要】本发明涉及一种融合颜色与SURF特征的基于粒子滤波的目标追踪方法，包括下列的步骤：根据具有跟踪目标的视频帧，获取目标区域矩形窗口，即跟踪窗口后，利用最小二乘法使用椭圆拟合目标形状，得到目标模板，在HSV空间定义目标模板的颜色直方图；进行目标进行跟踪时，确定候选区域，包括粒子i＝1,...,N，并确定粒子观测概率；进行特征点集更新。本发明可以解决目标运动和被遮挡导致追踪失败的问题。
【IPC分类】G06T7-00
【公开号】CN104637062
【申请号】CN201510084843
【发明人】羊秋玲, 黄向党
【申请人】海南大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年2月17日