用于跟踪冰排轨迹的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及了一种用于跟踪冰排轨迹的方法，特别是用于一种利用图像处理的方法进行破碎冰排跟踪，从而获取用于跟踪冰排轨迹的方法。
【背景技术】
[0002]在跟踪冰排运动轨迹时，需要根据相机采集的连续两帧图像，来跟踪冰排的运动轨迹。但是对于冰排破碎的情况，一个目标裂变成多个目标，会导致目标匹配错误，从而目标会跟踪错误。目前国内尚没有针对该现象的处理方法。
[0003]大的冰排在顺流漂移的过程中，会对海上、湖上或河流中的固定物造成一定的损坏，但是大的冰排其形状不固定，会随着漂移的过程逐渐破碎，为了加固海上、湖上或河流中的固定物，要求密切关注漂移过程中冰排的轨迹。
【发明内容】
[0004]本申请的发明目的在于提供一种用于跟踪冰排轨迹的方法，该方法可以在冰排运动过程中，判断冰排是否破碎，并且在破碎的情况下，确定破碎后的小块冰排，并跟踪，最终得到较好的冰排运动轨迹。
[0005]为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案:
[0006]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，它包括:以下步骤:
[0007](I)用高频相机连续拍摄冰排区域，得到若干个图像；
[0008](2)用背景差分法处理上述若干个图像，提取要跟踪的目标冰排；
[0009](3)在η和n+1两帧的图像中，利用粒子追踪测速匹配算法将η和n+1两帧图像中的目标冰排进行匹配，得到相应的目标冰排；
[0010](4)计算在η帧图像中目标冰排的面积和在n+1帧图像中目标冰排的面积，如果n+1帧图像中的目标冰排的面积小于η帧图像中目标冰排的面积，则目标冰排破碎，进入步骤
(5)；如果n+1帧图像中的目标冰排的面积等于η帧图像中目标冰排的面积，则目标冰排没有破碎，返回步骤(2)，这时，η = η+1，继续进行η帧图像与n+1帧图像中的目标冰排的匹配；
[0011](5)判断n+1帧图像中目标冰排周围有无其他冰排，通过扩大目标冰排周围的面积，将相邻近的其他冰排与目标冰排连接在一起，扩大目标冰排周围的面积与目标冰排面积之比为膨胀系数，计算目标冰排与其他冰排的总面积，如果n+1帧图像中的上述总面积等于或小于η帧图像中的目标冰排面积，则认为n+1帧图像中的上述总面积没有包含η帧图像中目标冰排之外的冰排;如果n+1帧图像中的上述总面积大于η帧图像中的目标冰排面积，则减小膨胀系数，这样获取的临近的其他冰排变少，上述总面积变小，直到n+1帧图像中上述总面积等于或小于η帧图像中的目标冰排面积为至；
[0012](6)将步骤(5)中的目标冰排和其他冰排重新认定为目标冰排，重复步骤(3)，直到目标冰排的面积小于设定的阈值为止；
[0013](7)根据步骤(4)至(6)得到的目标冰排，画出目标冰排的轨迹。
[0014]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，其中:所述膨胀系数的取值范围为1-2之间；
[0015]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，其中:在步骤(3)中，利用粒子追踪测速匹配算法是以η帧图像中的目标冰排中心点坐标为圆心，在n+1图像中寻找与η帧图像中的目标冰排中心点距离最近的冰排，如果与η帧图像中目标冰排距离最近，则认为η+1帧图像中的冰排与η帧图像中的目标冰排匹配，否则为不匹配；
[0016]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，其中:所述背景差分法是用与目标冰排的颜色有明显色差的图像作背景，来提取目标冰排的方法；
[0017]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，其中:所述步骤(6)中的设定的阈值为1X10像素。
[0018]本发明解决了漂流在海上、湖上或河流中的冰排没有跟踪数据的问题，在该方案中可以判断冰排是否破碎，如果破碎了，确定破碎的小块冰排，并跟踪破碎的小块冰排，为冰排对海上、湖上或河流中的水工建筑物损坏程度研究提供了依据。
【附图说明】
[0019]图1为在η帧中，用尚频相机拍摄要跟踪目标冰排不意图；
[0020]图2为在η帧中，用背景差分法处理的图1的示意图；
[0021 ]图3为在n+1帧中，用尚频相机拍摄要跟踪目标冰排不意图；
[0022]图4为在n+1帧中，用背景差分法处理的图3的示意图；
[0023]图5为目标冰排I和其他冰排2膨胀后的形状的示意图；
[0024]图6为本发明的冰排轨迹示意图，为了方便起见，该图只画出了一部分冰排轨迹。
[0025]在图1至图6中，标号I为目标冰排;标号2为其他冰排，标号11为目标冰排I膨胀后的形状;标号22为其他冰排2膨胀后的形状。
【具体实施方式】
[0026]如图1至图所示，本发明仅以η帧和n+1帧图像为例，进行详细说明，其中η为大于等于I的自然数。
[0027]本发明的用于跟踪冰排轨迹的方法，它包括:以下步骤:
[0028](I)如图1和图3所示，用高频相机连续拍摄要跟踪目标冰排I，得到若干个图像，例如:得到图1和图3所示的2个图像；
[0029](2)用背景差分法处理上述2个图像，提取要跟踪的目标冰排I，如图2和图4所示，提取η帧和η+1帧目标冰排I ；
[0030](3)在图2和图4所示的η和n+1两帧的图像中，根据粒子追踪测速匹配算法将η和η+I两帧图像中的目标冰排进行匹配，它是以η帧图像中的目标冰排I中心点坐标为圆心，在η+ 1图像中寻找与η帧图像中的目标冰排I中心点距离最近的冰排，如果与η帧图像中目标冰排I距离最近，则认为n+1帧图像中的冰排与η帧图像中的目标冰排匹配，否则为不匹配；
[0031](4)计算在η帧图像中目标冰排I的面积和在n+1帧图像中目标冰排I的面积，如果η+ 1帧图像中的目标冰排的面积小于η帧图像中目标冰排的面积，如图3所示，则目标冰排破碎，进入步骤(5);如果n+1帧图像中的目标冰排的面积等于η帧图像中目标冰排的面积，则目标冰排没有破碎，返回步骤(2)，这时，n = n+1，继续进行η帧图像与n+1帧图像中的目标冰排的匹配；
[0032](5)如图5所示，通过扩大目标冰排周围的面积，将相邻近的其他冰排与目标冰排连接在一起，扩大目标冰排周围的面积与目标冰排面积之比为膨胀系数，计算目标冰排与其他冰排的总面积，图中实线1、2为n+1帧目标冰排I破碎后形成的目标冰排I和其他冰排2，虚线11、22为目标冰排I和其他冰排2膨胀后的形状，可以看到11、22形成连通区域，计算膨胀后连通区域内冰排的总面积，如果n+1帧图像中的上述总面积等于或小于η帧图像中的目标冰排I面积，则认为是没有包含η帧图像中目标冰排I之外的冰排;如果n+1帧图像中目标冰排总面积与大于η帧图像中的目标冰排I面积，则减小膨胀系数，这样获取的临近的其他冰排变少，总面积变小，直到n+1帧图像中目标冰排总面积与等于或小于η帧图像中的目标冰排I面积为至，即确定出其他冰排2，也有可能因为目标冰排I自然融化或者破碎后融化或消融，所以目标冰排I的总面积会变小，而找不到其他冰排2;
[0033](6)将步骤(5)中的目标冰排I和其他冰排重新认定为目标冰排，重复步骤(3)，直到目标冰排I的面积小于设定的阈值为止，设定的阈值为1X 10像素；
[0034](7)根据步骤⑷至(6)得到的目标冰排，如图6所示，画出目标冰排I的轨迹。
[0035]上述实施方式说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，可以对上述实施方式进行任何修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。
【主权项】
1.一种用于跟踪冰排轨迹的方法，它包括:以下步骤: (1)用高频相机连续拍冰排区域，得到若干个图像； (2)用背景差分法处理上述若干个图像，提取要跟踪的目标冰排； (3)在η和n+1两帧的图像中，利用粒子追踪测速匹配算法将η和n+1两帧图像中的目标冰排进行匹配，得到相应的目标冰排;其特征在于: (4)计算在η帧图像中目标冰排的面积和在n+1帧图像中目标冰排的面积，如果在n+1帧图像中目标冰排的面积小于η帧图像中目标冰排的面积，则目标冰排破碎，进入步骤(5);如果n+1帧图像中的目标冰排的面积等于η帧图像中目标冰排的面积，则目标冰排没有破碎，返回步骤(2)，这时，η将重新定义为n+1，继续进行η帧图像与n+1帧图像中的目标冰排的匹配； (5)判断n+1帧图像中目标冰排周围有无其他冰排，通过扩大目标冰排周围的面积，将相邻近的其他冰排与目标冰排连接在一起，扩大目标冰排周围的面积与目标冰排面积之比为膨胀系数，计算目标冰排与其他冰排的总面积，如果n+1帧图像中的上述总面积等于或小于η帧图像中的目标冰排面积，则认为n+1帧图像中的上述总面积没有包含η帧图像中目标冰排之外的冰排;如果n+1帧图像中的上述总面积大于η帧图像中的目标冰排面积，则减小膨胀系数，这样获取的临近的其他冰排变少，上述总面积变小，直到n+1帧图像中上述总面积等于或小于η帧图像中的目标冰排面积为止； (6)将步骤(5)中的目标冰排和其他冰排重新认定为目标冰排，重复步骤(3)，直到目标冰排的面积小于设定的阈值为止； (7)根据步骤(4)至(6)得到的目标冰排，画出目标冰排的轨迹。2.如权利要求1所述的用于跟踪冰排轨迹的方法，其特征在于:所述膨胀系数的取值范围为1-2之间。3.如权利要求1或2所述的用于跟踪冰排轨迹的方法，其特征在于:在步骤(3)中，利用粒子追踪测速匹配算法是以η帧图像中的目标冰排中心点坐标为圆心，在n+1图像中寻找与η帧图像中的目标冰排中心点距离最近的冰排，如果与η帧图像中目标冰排距离最近，则认为n+1帧图像中的冰排与η帧图像中的目标冰排匹配，否则为不匹配。4.如权利要求1或2或3所述的用于跟踪冰排轨迹的方法，其特征在于:所述的η为大于等于I的自然数。5.如权利要求4所述的用于跟踪冰排轨迹的方法，其特征在于:所述背景差分法是用与目标冰排的颜色有明显色差的图像作背景，来提取目标冰排的方法。6.如权利要求5所述的用于跟踪冰排轨迹的方法，其特征在于:所述步骤(6)中的设定的阈值为10 X 10像素。
【专利摘要】本发明用于跟踪冰排轨迹的方法包括：用高频相机连续拍摄冰排区域，得到若干个图像；提取要跟踪的目标冰排；在连续两帧的图像中，利用粒子追踪测速匹配算法将连续两帧图像中的目标冰排进行匹配，得到相应的目标冰排，分别计算上述连续两帧图像中相应目标冰排的面积，如果下一帧图像中的目标冰排的面积小于当前帧图像中目标冰排的面积，则当前帧的目标冰排破碎，判断该目标冰排周围有无其他冰排，计算并比较当前帧目标冰排的面积与下一帧膨胀后连通区域内冰排的总面积，如果膨胀后连通区域内冰排的总面积大于当前帧目标冰排的面积，则减小膨胀系数，直到膨胀后连通区域内冰排的总面积等于或小于当前帧目标冰排的面积，画出目标冰排的轨迹。
【IPC分类】G06T7/20, G06T7/60
【公开号】CN105678812
【申请号】CN201610121999
【发明人】韩雷, 郑钧, 王秀芬, 任明轩, 张术彬, 李忱熙, 刘发智
【申请人】黑龙江省水利科学研究院, 北京尚水信息技术股份有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2016年3月4日