一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法，它包括使用精簡(jiǎn)Codebook技術(shù)對(duì)視頻圖像序列中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并使用結(jié)果圖處理當(dāng)前幀的顏色概率分布圖，使得處理后的顏色概率分布圖中背景區(qū)域像素為0，運(yùn)動(dòng)區(qū)域像素保持原值，再在這樣的顏色概率分布圖上用Camshift對(duì)目標(biāo)的質(zhì)心位置和大小進(jìn)行預(yù)測(cè)。通過使用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果圖作為掩膜處理顏色概率分布圖的方式，抑制了Camshift預(yù)測(cè)目標(biāo)位置過程中背景顏色的干擾，極大減少了錯(cuò)誤收斂的可能，大大提高了正確跟蹤率。
【專利說明】—種融合Codebook與Camsh ift的目標(biāo)跟蹤方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種智能視頻監(jiān)控技術(shù)，尤其涉及一種目標(biāo)跟蹤技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]智能視頻監(jiān)控因其能有效維護(hù)公共安全而得到廣泛的關(guān)注。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤是該領(lǐng)域中關(guān)鍵且基礎(chǔ)性的技術(shù)，是目標(biāo)識(shí)別和行為理解的基礎(chǔ)，具有廣泛的研究和應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)目標(biāo)跟蹤方法有Kalman濾波、粒子濾波等，但是Kalman濾波不適用于非線性系統(tǒng)，粒子濾波有粒子匱乏問題。
[0003]Camshift是普遍應(yīng)用的目標(biāo)跟蹤方法之一，它由Mean Shift發(fā)展而來，依據(jù)目標(biāo)的顏色信息進(jìn)行跟蹤，具有非常好的實(shí)時(shí)性和較高的魯棒性。對(duì)于Camshift的改進(jìn)主要有以下幾個(gè)方面:一是通過改進(jìn)直方圖特征提高準(zhǔn)確度；二是通過加快收斂速度縮短運(yùn)算耗時(shí)；三是提高目標(biāo)旋轉(zhuǎn)時(shí)的魯棒性；四是解決背景顏色干擾問題。
[0004]在上述第四個(gè)方面，即解決背景顏色干擾問題方面，已存在的解決方法有:Camshift與Kalman的結(jié)合、Camshift與巾貞間差分法的結(jié)合等。以上解決方法中:前者，當(dāng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)非線性，Kalman不能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)目標(biāo)位置，也就無法準(zhǔn)確確定搜索區(qū)域，造成跟蹤失??；后者，可以在一定程度上濾除無關(guān)相似色背景信息，但是，幀間差分法并不是一種性能良好的運(yùn)動(dòng)檢測(cè)方法進(jìn)而降低了目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決Camshift的背景顏色對(duì)目標(biāo)跟蹤的干擾問題。為此，本發(fā)明提供一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,利用Codebook的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果作為掩膜處理用于Camshift跟蹤的顏色概率分布圖，以濾除背景顏色對(duì)于跟蹤的干擾。同時(shí)，為提高運(yùn)算速度和檢測(cè)準(zhǔn)確度，本發(fā)明對(duì)經(jīng)典Codebook方法在兩方面進(jìn)行了改進(jìn)，一是碼字模型中用平均亮度代替最大亮度和最小亮度，簡(jiǎn)化了碼字結(jié)構(gòu)，提高了運(yùn)算速度；二是當(dāng)前像素與碼字的匹配計(jì)算采用高低亮度區(qū)分處理的方式，降低了低亮度區(qū)域誤檢的可能，提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確度。實(shí)驗(yàn)證明，本發(fā)明方法具有有效抑制背景顏色對(duì)目標(biāo)跟蹤的干擾的優(yōu)點(diǎn)。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,其特征是包括以下步驟:
[0008]I)讀入視頻序列；
[0009]2)手動(dòng)初始化跟蹤目標(biāo)框位置；
[0010]3)做出目標(biāo)框的顏色直方圖；
[0011]4)根據(jù)目標(biāo)框的顏色直方圖做出當(dāng)前幀圖片的顏色概率分布圖；
[0012]5)用Codebook方法對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)；
[0013]6)對(duì)檢測(cè)結(jié)果圖進(jìn)行中值濾波，濾除誤檢的噪聲，并使目標(biāo)變得聯(lián)通；
[0014]7)將中值濾波后的前景分布圖作為掩膜處理顏色概率分布圖；
[0015]8)在處理后的顏色概率分布圖上利用Camshift預(yù)測(cè)目標(biāo)的質(zhì)心坐標(biāo)和大??；
[0016]9)讀入下一幀圖片，重復(fù)步驟4)一8)。
[0017]優(yōu)選地，步驟7)中用中值濾波后的前景分布圖對(duì)顏色概率分布圖進(jìn)行的掩膜處理，處理后的顏色概率分布圖中背景區(qū)域像素為0，非背景區(qū)域像素保持原值。
[0018]優(yōu)選地，步驟5)中所述Codebook方法中的碼字采用五元組，即每個(gè)碼字Ci由兩部分組成:RGB向量R =(瓦,5,?)和五元組ma-,>，五元組中各元素的含義為J，平均亮度；fi，碼字被訪問的頻數(shù)；λ i，最大不重復(fù)訪問時(shí)間間隔；Pi，碼字第一次被訪問時(shí)間；Qi，碼字最后一次被訪問時(shí)間。
[0019]優(yōu)選地，步驟5)中所述Codebook方法中，訓(xùn)練背景模型和前景檢測(cè)時(shí)進(jìn)行像素與碼字的匹配計(jì)算過程中，匹配條件包括顏色扭曲度匹配和亮度匹配，匹配范圍由參數(shù)顏色扭曲度匹配閾值ε。和亮度匹配上下界Ihi和Ilmt確定，對(duì)于高亮度和低亮度區(qū)域分別采取不同的匹配計(jì)算方式，即ε。、Ihi和I1ot的計(jì)算公式如下:

【權(quán)利要求】
1.一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,其特征是包括以下步驟: 1)讀入視頻序列； 2)手動(dòng)初始化跟蹤目標(biāo)框位置； 3)做出目標(biāo)框的顏色直方圖； 4)根據(jù)目標(biāo)框的顏色直方圖做出當(dāng)前幀圖片的顏色概率分布圖； 5)用Codebook方法對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域進(jìn)行檢測(cè)； 6)對(duì)檢測(cè)結(jié)果圖進(jìn)行中值濾波，濾除誤檢的噪聲，并使目標(biāo)變得聯(lián)通； 7)將中值濾波后的前景分布圖作為掩膜處理顏色概率分布圖； 8)在處理后的顏色概率分布圖上利用Camshift預(yù)測(cè)目標(biāo)的質(zhì)心坐標(biāo)和大小； 9)讀入下一幀圖片，重復(fù)步驟4)一8)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,其特征是步驟7)中用中值濾波后的前景分布圖對(duì)顏色概率分布圖進(jìn)行的掩膜處理，處理后的顏色概率分布圖中背景區(qū)域像素為0，非背景區(qū)域像素保持原值。
3.如權(quán)利要求1所述的一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,其特征是步驟5)中所述Codebook方法中的碼字采用五元組，即每個(gè)碼字Ci由兩部分組成:RGB向量巧=(瓦肩，瓦)和五元組皿^,=</,，./；4，幾，仏>，五元組中各元素的含義為:/,，平均亮度；fi，碼字被訪問的頻數(shù)；λ i，最大不重復(fù)訪問時(shí)間間隔Ti，碼字第一次被訪問時(shí)間，碼字最后一次被訪問時(shí)間。
4.如權(quán)利要求1所述的一種融合Codebook與Camshift的目標(biāo)跟蹤方法,其特征是步驟5)中所述Codebook方法中，訓(xùn)練背景模型和前景檢測(cè)時(shí)進(jìn)行像素與碼字的匹配計(jì)算過程中，匹配條件包括顏色扭曲度匹配和亮度匹配，匹配范圍由參數(shù)顏色扭曲度匹配閾值ε。和亮度匹配上下界Ihi和Ilw確定，對(duì)于高亮度和低亮度區(qū)域分別采取不同的匹配計(jì)算方式，即ε。、Ihi和I1m的計(jì)算公式如下: ε =| X-1 if 1>.- = χ.r.0therwise
l =\β.? ={\^0).1ι if Ij >r.ht I Jj + 1:M) - J1 + 0 ■ 1: otherwise j =ja-/>(l—妁.( if l>r.{J1-1:hi) = I1 - 0.1: otherwise 其中，ε是用于判斷當(dāng)前像素的亮度是否是低亮度的閾值；是第i個(gè)碼字中五元組中的平均亮度；X是用于計(jì)算顏色扭曲度匹配閾值的一個(gè)變量，取值在O到I之間；ε c0是在低亮度區(qū)域顏色扭曲度匹配閾值所取的定值；Θ是用于計(jì)算亮度匹配上下界的一個(gè)變量，取值在O到I之間；β是在高亮度區(qū)域亮度匹配上界與平均亮度的比值，其值等于1+Θ ; 是在低亮度區(qū)域亮度匹配范圍的一半，共同保證在低亮度區(qū)域匹配范圍不會(huì)太小，防止低亮度區(qū)域誤檢的出現(xiàn)；α是在高亮度區(qū)域亮度匹配下界與平均亮度的比值，其值等于1- Θ。以上三個(gè)公式可以合并成如下公式:
其中，Λ = Ji.U {I, — r) + ε: U (-Ji + ε)，式中的U (χ)是單位階躍函數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06T7/40GK104134223SQ201410374726
【公開日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】張?jiān)? 趙曉梅, 孫建德, 姜樹明, 萬會(huì)松 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院情報(bào)研究所