用于跟蹤冰排軌跡的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及了一種用于跟蹤冰排軌跡的方法，特別是用于一種利用圖像處理的方法進(jìn)行破碎冰排跟蹤，從而獲取用于跟蹤冰排軌跡的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在跟蹤冰排運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，需要根據(jù)相機(jī)采集的連續(xù)兩幀圖像，來(lái)跟蹤冰排的運(yùn)動(dòng)軌跡。但是對(duì)于冰排破碎的情況，一個(gè)目標(biāo)裂變成多個(gè)目標(biāo)，會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)匹配錯(cuò)誤，從而目標(biāo)會(huì)跟蹤錯(cuò)誤。目前國(guó)內(nèi)尚沒(méi)有針對(duì)該現(xiàn)象的處理方法。
[0003]大的冰排在順流漂移的過(guò)程中，會(huì)對(duì)海上、湖上或河流中的固定物造成一定的損壞，但是大的冰排其形狀不固定，會(huì)隨著漂移的過(guò)程逐漸破碎，為了加固海上、湖上或河流中的固定物，要求密切關(guān)注漂移過(guò)程中冰排的軌跡。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本申請(qǐng)的發(fā)明目的在于提供一種用于跟蹤冰排軌跡的方法，該方法可以在冰排運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，判斷冰排是否破碎，并且在破碎的情況下，確定破碎后的小塊冰排，并跟蹤，最終得到較好的冰排運(yùn)動(dòng)軌跡。
[0005]為了完成本申請(qǐng)的發(fā)明目的，本申請(qǐng)采用以下技術(shù)方案:
[0006]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，它包括:以下步驟:
[0007](I)用高頻相機(jī)連續(xù)拍攝冰排區(qū)域，得到若干個(gè)圖像；
[0008](2)用背景差分法處理上述若干個(gè)圖像，提取要跟蹤的目標(biāo)冰排；
[0009](3)在η和n+1兩幀的圖像中，利用粒子追蹤測(cè)速匹配算法將η和n+1兩幀圖像中的目標(biāo)冰排進(jìn)行匹配，得到相應(yīng)的目標(biāo)冰排；
[0010](4)計(jì)算在η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積和在n+1幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，如果n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積小于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則目標(biāo)冰排破碎，進(jìn)入步驟
(5)；如果n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積等于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則目標(biāo)冰排沒(méi)有破碎，返回步驟(2)，這時(shí)，η = η+1，繼續(xù)進(jìn)行η幀圖像與n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的匹配；
[0011](5)判斷n+1幀圖像中目標(biāo)冰排周圍有無(wú)其他冰排，通過(guò)擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積，將相鄰近的其他冰排與目標(biāo)冰排連接在一起，擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積與目標(biāo)冰排面積之比為膨脹系數(shù)，計(jì)算目標(biāo)冰排與其他冰排的總面積，如果n+1幀圖像中的上述總面積等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積，則認(rèn)為n+1幀圖像中的上述總面積沒(méi)有包含η幀圖像中目標(biāo)冰排之外的冰排;如果n+1幀圖像中的上述總面積大于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積，則減小膨脹系數(shù)，這樣獲取的臨近的其他冰排變少，上述總面積變小，直到n+1幀圖像中上述總面積等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積為至；
[0012](6)將步驟(5)中的目標(biāo)冰排和其他冰排重新認(rèn)定為目標(biāo)冰排，重復(fù)步驟(3)，直到目標(biāo)冰排的面積小于設(shè)定的閾值為止；
[0013](7)根據(jù)步驟(4)至(6)得到的目標(biāo)冰排，畫出目標(biāo)冰排的軌跡。
[0014]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其中:所述膨脹系數(shù)的取值范圍為1-2之間；
[0015]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其中:在步驟(3)中，利用粒子追蹤測(cè)速匹配算法是以η幀圖像中的目標(biāo)冰排中心點(diǎn)坐標(biāo)為圓心，在n+1圖像中尋找與η幀圖像中的目標(biāo)冰排中心點(diǎn)距離最近的冰排，如果與η幀圖像中目標(biāo)冰排距離最近，則認(rèn)為η+1幀圖像中的冰排與η幀圖像中的目標(biāo)冰排匹配，否則為不匹配；
[0016]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其中:所述背景差分法是用與目標(biāo)冰排的顏色有明顯色差的圖像作背景，來(lái)提取目標(biāo)冰排的方法；
[0017]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其中:所述步驟(6)中的設(shè)定的閾值為1X10像素。
[0018]本發(fā)明解決了漂流在海上、湖上或河流中的冰排沒(méi)有跟蹤數(shù)據(jù)的問(wèn)題，在該方案中可以判斷冰排是否破碎，如果破碎了，確定破碎的小塊冰排，并跟蹤破碎的小塊冰排，為冰排對(duì)海上、湖上或河流中的水工建筑物損壞程度研究提供了依據(jù)。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為在η幀中，用尚頻相機(jī)拍攝要跟蹤目標(biāo)冰排不意圖；
[0020]圖2為在η幀中，用背景差分法處理的圖1的示意圖；
[0021 ]圖3為在n+1幀中，用尚頻相機(jī)拍攝要跟蹤目標(biāo)冰排不意圖；
[0022]圖4為在n+1幀中，用背景差分法處理的圖3的示意圖；
[0023]圖5為目標(biāo)冰排I和其他冰排2膨脹后的形狀的示意圖；
[0024]圖6為本發(fā)明的冰排軌跡示意圖，為了方便起見(jiàn)，該圖只畫出了一部分冰排軌跡。
[0025]在圖1至圖6中，標(biāo)號(hào)I為目標(biāo)冰排;標(biāo)號(hào)2為其他冰排，標(biāo)號(hào)11為目標(biāo)冰排I膨脹后的形狀;標(biāo)號(hào)22為其他冰排2膨脹后的形狀。
【具體實(shí)施方式】
[0026]如圖1至圖所示，本發(fā)明僅以η幀和n+1幀圖像為例，進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，其中η為大于等于I的自然數(shù)。
[0027]本發(fā)明的用于跟蹤冰排軌跡的方法，它包括:以下步驟:
[0028](I)如圖1和圖3所示，用高頻相機(jī)連續(xù)拍攝要跟蹤目標(biāo)冰排I，得到若干個(gè)圖像，例如:得到圖1和圖3所示的2個(gè)圖像；
[0029](2)用背景差分法處理上述2個(gè)圖像，提取要跟蹤的目標(biāo)冰排I，如圖2和圖4所示，提取η幀和η+1幀目標(biāo)冰排I ；
[0030](3)在圖2和圖4所示的η和n+1兩幀的圖像中，根據(jù)粒子追蹤測(cè)速匹配算法將η和η+I兩幀圖像中的目標(biāo)冰排進(jìn)行匹配，它是以η幀圖像中的目標(biāo)冰排I中心點(diǎn)坐標(biāo)為圓心，在η+ 1圖像中尋找與η幀圖像中的目標(biāo)冰排I中心點(diǎn)距離最近的冰排，如果與η幀圖像中目標(biāo)冰排I距離最近，則認(rèn)為n+1幀圖像中的冰排與η幀圖像中的目標(biāo)冰排匹配，否則為不匹配；
[0031](4)計(jì)算在η幀圖像中目標(biāo)冰排I的面積和在n+1幀圖像中目標(biāo)冰排I的面積，如果η+ 1幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積小于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，如圖3所示，則目標(biāo)冰排破碎，進(jìn)入步驟(5);如果n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積等于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則目標(biāo)冰排沒(méi)有破碎，返回步驟(2)，這時(shí)，n = n+1，繼續(xù)進(jìn)行η幀圖像與n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的匹配；
[0032](5)如圖5所示，通過(guò)擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積，將相鄰近的其他冰排與目標(biāo)冰排連接在一起，擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積與目標(biāo)冰排面積之比為膨脹系數(shù)，計(jì)算目標(biāo)冰排與其他冰排的總面積，圖中實(shí)線1、2為n+1幀目標(biāo)冰排I破碎后形成的目標(biāo)冰排I和其他冰排2，虛線11、22為目標(biāo)冰排I和其他冰排2膨脹后的形狀，可以看到11、22形成連通區(qū)域，計(jì)算膨脹后連通區(qū)域內(nèi)冰排的總面積，如果n+1幀圖像中的上述總面積等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排I面積，則認(rèn)為是沒(méi)有包含η幀圖像中目標(biāo)冰排I之外的冰排;如果n+1幀圖像中目標(biāo)冰排總面積與大于η幀圖像中的目標(biāo)冰排I面積，則減小膨脹系數(shù)，這樣獲取的臨近的其他冰排變少，總面積變小，直到n+1幀圖像中目標(biāo)冰排總面積與等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排I面積為至，即確定出其他冰排2，也有可能因?yàn)槟繕?biāo)冰排I自然融化或者破碎后融化或消融，所以目標(biāo)冰排I的總面積會(huì)變小，而找不到其他冰排2;
[0033](6)將步驟(5)中的目標(biāo)冰排I和其他冰排重新認(rèn)定為目標(biāo)冰排，重復(fù)步驟(3)，直到目標(biāo)冰排I的面積小于設(shè)定的閾值為止，設(shè)定的閾值為1X 10像素；
[0034](7)根據(jù)步驟⑷至(6)得到的目標(biāo)冰排，如圖6所示，畫出目標(biāo)冰排I的軌跡。
[0035]上述實(shí)施方式說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行任何修飾與改變。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書(shū)所列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于跟蹤冰排軌跡的方法，它包括:以下步驟: (1)用高頻相機(jī)連續(xù)拍冰排區(qū)域，得到若干個(gè)圖像； (2)用背景差分法處理上述若干個(gè)圖像，提取要跟蹤的目標(biāo)冰排； (3)在η和n+1兩幀的圖像中，利用粒子追蹤測(cè)速匹配算法將η和n+1兩幀圖像中的目標(biāo)冰排進(jìn)行匹配，得到相應(yīng)的目標(biāo)冰排;其特征在于: (4)計(jì)算在η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積和在n+1幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，如果在n+1幀圖像中目標(biāo)冰排的面積小于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則目標(biāo)冰排破碎，進(jìn)入步驟(5);如果n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積等于η幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則目標(biāo)冰排沒(méi)有破碎，返回步驟(2)，這時(shí)，η將重新定義為n+1，繼續(xù)進(jìn)行η幀圖像與n+1幀圖像中的目標(biāo)冰排的匹配； (5)判斷n+1幀圖像中目標(biāo)冰排周圍有無(wú)其他冰排，通過(guò)擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積，將相鄰近的其他冰排與目標(biāo)冰排連接在一起，擴(kuò)大目標(biāo)冰排周圍的面積與目標(biāo)冰排面積之比為膨脹系數(shù)，計(jì)算目標(biāo)冰排與其他冰排的總面積，如果n+1幀圖像中的上述總面積等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積，則認(rèn)為n+1幀圖像中的上述總面積沒(méi)有包含η幀圖像中目標(biāo)冰排之外的冰排;如果n+1幀圖像中的上述總面積大于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積，則減小膨脹系數(shù)，這樣獲取的臨近的其他冰排變少，上述總面積變小，直到n+1幀圖像中上述總面積等于或小于η幀圖像中的目標(biāo)冰排面積為止； (6)將步驟(5)中的目標(biāo)冰排和其他冰排重新認(rèn)定為目標(biāo)冰排，重復(fù)步驟(3)，直到目標(biāo)冰排的面積小于設(shè)定的閾值為止； (7)根據(jù)步驟(4)至(6)得到的目標(biāo)冰排，畫出目標(biāo)冰排的軌跡。2.如權(quán)利要求1所述的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其特征在于:所述膨脹系數(shù)的取值范圍為1-2之間。3.如權(quán)利要求1或2所述的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其特征在于:在步驟(3)中，利用粒子追蹤測(cè)速匹配算法是以η幀圖像中的目標(biāo)冰排中心點(diǎn)坐標(biāo)為圓心，在n+1圖像中尋找與η幀圖像中的目標(biāo)冰排中心點(diǎn)距離最近的冰排，如果與η幀圖像中目標(biāo)冰排距離最近，則認(rèn)為n+1幀圖像中的冰排與η幀圖像中的目標(biāo)冰排匹配，否則為不匹配。4.如權(quán)利要求1或2或3所述的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其特征在于:所述的η為大于等于I的自然數(shù)。5.如權(quán)利要求4所述的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其特征在于:所述背景差分法是用與目標(biāo)冰排的顏色有明顯色差的圖像作背景，來(lái)提取目標(biāo)冰排的方法。6.如權(quán)利要求5所述的用于跟蹤冰排軌跡的方法，其特征在于:所述步驟(6)中的設(shè)定的閾值為10 X 10像素。
【專利摘要】本發(fā)明用于跟蹤冰排軌跡的方法包括：用高頻相機(jī)連續(xù)拍攝冰排區(qū)域，得到若干個(gè)圖像；提取要跟蹤的目標(biāo)冰排；在連續(xù)兩幀的圖像中，利用粒子追蹤測(cè)速匹配算法將連續(xù)兩幀圖像中的目標(biāo)冰排進(jìn)行匹配，得到相應(yīng)的目標(biāo)冰排，分別計(jì)算上述連續(xù)兩幀圖像中相應(yīng)目標(biāo)冰排的面積，如果下一幀圖像中的目標(biāo)冰排的面積小于當(dāng)前幀圖像中目標(biāo)冰排的面積，則當(dāng)前幀的目標(biāo)冰排破碎，判斷該目標(biāo)冰排周圍有無(wú)其他冰排，計(jì)算并比較當(dāng)前幀目標(biāo)冰排的面積與下一幀膨脹后連通區(qū)域內(nèi)冰排的總面積，如果膨脹后連通區(qū)域內(nèi)冰排的總面積大于當(dāng)前幀目標(biāo)冰排的面積，則減小膨脹系數(shù)，直到膨脹后連通區(qū)域內(nèi)冰排的總面積等于或小于當(dāng)前幀目標(biāo)冰排的面積，畫出目標(biāo)冰排的軌跡。
【IPC分類】G06T7/20, G06T7/60
【公開(kāi)號(hào)】CN105678812
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610121999
【發(fā)明人】韓雷, 鄭鈞, 王秀芬, 任明軒, 張術(shù)彬, 李忱熙, 劉發(fā)智
【申請(qǐng)人】黑龍江省水利科學(xué)研究院, 北京尚水信息技術(shù)股份有限公司
【公開(kāi)日】2016年6月15日
【申請(qǐng)日】2016年3月4日