一种基于协方差匹配的核跟踪方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN102074021A*(12)发明专利申请(10)申请公布号CN102074021A(43)申请公布日2011.05.25(21)申请号201110002600.8(22)申请日2011.01.07(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人马波(51)Int.Cl.G06T7/20(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称一种基于协方差匹配的核跟踪方法(57)摘要本发明涉及一种基于协方差匹配的核跟踪方法，属于视觉跟踪技术领域。基于协方差匹配的核跟踪方法，利用核函数控制图像中不同像素点对整体产生的影响，通过极小化目标函数，迭代产生每一帧图像目标区域的质心。在第一帧，手动或半自动初始化包围目标的曲线，为曲线包围的区域建立协方差矩阵作为目标轮廓的模板。从下一帧图像开始，由上一帧的结果，计算出中心点坐标，根据建立的能量泛函推导出的梯度下降流，迭代更新得到新的目标区域中心点坐标。检测迭代是否终止。本发明所提基于协方差匹配的核跟踪方法，同样以协方差作为区域描绘子，融合多种特征，受噪声、光照的影响程度更小，因此跟踪过程中迭代得到的质心更稳定。CN10274ACCNN110207402102074027A权利要求书1/1页1.一种基于协方差匹配的核跟踪方法，其特征在于：将核函数融入协方差矩阵计算中，利用核函数控制不同点对总体产生的影响，给每一个像素点加一个权值，像素点越接近中心，权值越大，越远离中心，权值越小；对于给定图像平面Ω，是对应于图像像素点提取的特征向量；设图像平面被闭合规则轮廓曲线一分为二：记曲线内部区域为R，外部区域为RC，Ω＝RURC；则区域协方差描绘子表达式为其中，xc为区域的中心点坐标，h为核窗口大小，xi和fi(s，t)分别表示第i个像素点的坐标和特征向量，K(x)为核函数，N为像素个数；建立基于协方差匹配的核跟踪算法的模型：ρ(yc)＝||logCR(yc)-logCT||F式中，CT和CR(yc)分别代表模板协方差矩阵和候选目标区域协方差矩阵；通过极小化目标函数ρ(yc)，迭代推出候选目标区域的中心点坐标yc：具体步骤如下：1)在第一帧，手动或半自动初始化包围目标的曲线，为曲线包围的区域建立协方差矩阵作为目标轮廓的模板；2)从下一帧图像开始，由上一帧的结果，计算出中心点坐标，根据建立的能量泛函推导出的梯度下降流，迭代更新得到新的目标区域中心点坐标；3)检测迭代是否终止，采用的迭代终止准则：(a)计算当前迭代的中心点坐标与上一次迭代的中心点坐标之间的距离，如果小于一个阈值，迭代终止，反之继续迭代；(b)迭代次数的限制；4)转到步骤2)。2.根据权利要求1所示的一种基于协方差匹配的核跟踪方法，其特征在于：该核跟踪方法模型有两种：极小化模板与候选目标区域协方差距离同时极大化模板与候选背景区域的协方差距离；极大化候选目标区域与候选背景区域的协方差距离。2CCNN110207402102074027A说明书1/4页一种基于协方差匹配的核跟踪方法技术领域[0001]本发明涉及一种基于协方差匹配的核跟踪方法，属于视觉跟踪技术领域。背景技术[0002]运动目标跟踪是计算机视觉领域的经典课题之一，有着重要的应用价值。现实应用中，由于成像质量不佳、环境照明变化、阴影、遮挡和目标变形等原因使得跟踪问题成为一个公认的具有挑战性的难题。[0003]视觉目标跟踪可以分为如下几大类别：点目标跟踪，核跟踪和轮廓跟踪。点目标跟踪采用一个或多个点来建模视觉目标；基于核的跟踪方法具有运算简单快捷的优点，近年来在视觉跟踪中获得了广泛的应用，但核跟踪当中目标形状表达常常采用诸如椭圆，矩形等简单的几何基元，因此难以准确提取变形目标的复杂轮廓。而视觉目标形状的准确提取是上述提到的诸多应用的关键所在，只有轮廓跟踪或者说曲线跟踪可以给出这种信息。[0004]轮廓模型跟踪的基本思想是将序列图像中的目标建模为平面曲线——即进化的主动轮廓，根据视频信息在空间和时间上的相关性，确定目标在视频中的位置和姿态。可将轮廓模型分为参数轮廓模型和几何轮廓模型两类，前者的曲线表达采用了显式参数化描述，而后者则将曲线表达嵌入在高维函数水平集中(Levelset)。前者的优点是计算复杂性较低，缺点是不具有拓扑自适应性，后者的优点是具备拓扑自适应性和计算稳定，不足是计算代价较高。[0005]Terzopoulos从拉格朗日动力学原理出发分别定义了动能、势能、阻尼项，并推导出统一形状与运动描述的动态变形模型，表示为一时变的并具惯性的动态轮廓，运动方程本身表达了一种基于力平衡的跟踪机制，形状约束为一般性的平滑性约束，缺点是系统维数太高，容易受到噪声影响；Peterfreund提出了速度蛇，将