專利名稱：一種擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于圖像處理領(lǐng)域，涉及一種目標(biāo)跟蹤點(diǎn)提取方法，特別涉及一種基于弦弧比輪廓平滑的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)的提取方法。
背景技術(shù)：
隨著光學(xué)成像跟蹤需求的發(fā)展，對(duì)目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤，尤其是對(duì)擴(kuò)展目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤需求越來(lái)越迫切。當(dāng)目標(biāo)與成像跟蹤設(shè)備距離較近時(shí)，目標(biāo)呈現(xiàn)為擴(kuò)展目標(biāo)的特性，占據(jù)了視場(chǎng)的1/3甚至充滿視場(chǎng)。就目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取位置而言，原有的基于形心、質(zhì)心的跟蹤方式不再適合于擴(kuò)展目標(biāo)的跟蹤，極易導(dǎo)致分割失效而丟失目標(biāo)?；谙嚓P(guān)跟蹤的方式此時(shí)也存在由于跟蹤誤差的累積而導(dǎo)致的跟蹤點(diǎn)漂移問(wèn)題，并最終導(dǎo)致跟蹤丟失。目前，為了解決跟蹤點(diǎn)選取的問(wèn)題，有文獻(xiàn)采用基于目標(biāo)形狀分析的方法，通過(guò)分 析目標(biāo)的輪廓特征，尋找到目標(biāo)的易損點(diǎn)作為跟蹤點(diǎn)，但這些方法都存在著受目標(biāo)姿態(tài)的限制而可能不穩(wěn)定，或者由于分割的原因?qū)е绿崛〉妮喞卣鞑环€(wěn)定而最終影響跟蹤點(diǎn)的 提取。另外一類方法是采用提取目標(biāo)角點(diǎn)的方法，通過(guò)角點(diǎn)的匹配來(lái)獲取跟蹤點(diǎn)，但這類方法容易受噪聲影響，提取的角點(diǎn)不穩(wěn)定，當(dāng)目標(biāo)輪廓比較平滑，甚至角點(diǎn)不存在時(shí)，容易引起跟蹤丟失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于弦弧比輪廓平滑與目標(biāo)頭部跟蹤點(diǎn)穩(wěn)定提取方法，解決了原有方法中跟蹤擴(kuò)展目標(biāo)時(shí)跟蹤點(diǎn)容易滑動(dòng)或劇烈晃動(dòng)導(dǎo)致跟蹤丟失的問(wèn)題。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的一種擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)的提取方法的提取步驟如下步驟SI :對(duì)于經(jīng)過(guò)二值化并成功關(guān)聯(lián)、識(shí)別出的視場(chǎng)內(nèi)的擴(kuò)展目標(biāo)，使用標(biāo)記后的目標(biāo)線段表將該擴(kuò)展目標(biāo)恢復(fù)成二值目標(biāo)圖像，使二值化圖像內(nèi)只有擴(kuò)展目標(biāo)；步驟S2 :利用輪廓跟蹤方法對(duì)二值目標(biāo)圖像的輪廓進(jìn)行跟蹤，得到二值目標(biāo)的按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，輪廓點(diǎn)總數(shù)記為IenArcContour ；步驟S3 :利用順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，按照指定的方向順時(shí)針或逆時(shí)針遍歷輪廓數(shù)組，記錄各輪廓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的局部區(qū)域內(nèi)的最小弦弧比點(diǎn)的信息，獲得平滑的弧段，并根據(jù)閾值判斷是否需要濾除尖銳的弧段，如果不濾除弧段，則不連接弧段的端點(diǎn)；如果濾除弧段，則連接弧段的端點(diǎn)，構(gòu)成新的封閉目標(biāo)輪廓；步驟S4 :結(jié)合二值目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向和主軸方向，確定二值目標(biāo)的頭部方向；步驟S5 :利用目標(biāo)頭部方向與新的封閉目標(biāo)輪廓，尋找新的封閉目標(biāo)輪廓上沿目標(biāo)頭部方向的最前沿點(diǎn)，計(jì)算以最前沿點(diǎn)為中心的局部區(qū)域的形心，以計(jì)算出的該形心為最終跟蹤點(diǎn)，當(dāng)前幀處理結(jié)束之后，返回SI，進(jìn)行下一幀處理。本發(fā)明與傳統(tǒng)目標(biāo)跟蹤點(diǎn)選取相比具有如下優(yōu)點(diǎn)
(I)選取的跟蹤點(diǎn)位于目標(biāo)頭部，使目標(biāo)和背景在圖像中始終各自占據(jù)一定比例，有利于目標(biāo)的分割，可避免目標(biāo)充滿視場(chǎng)所導(dǎo)致的分割失敗。(2)采用基于輪廓平滑的方式刪除輪廓上不穩(wěn)定，尖銳的部分，有利于在分割結(jié)果的穩(wěn)定部位提取跟蹤點(diǎn)，可以避免由于分割等原因?qū)е碌母櫶崛↑c(diǎn)劇烈跳變的問(wèn)題。(3)采用本發(fā)明提出的跟蹤點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤，降低了跟蹤丟失風(fēng)險(xiǎn)，使跟蹤更為魯棒。本發(fā)明方法提取的跟蹤點(diǎn)與真實(shí)值之間的差更小，并且晃動(dòng)更小，提取點(diǎn)受目標(biāo)本體變化的影響比原方法小，跟蹤點(diǎn)提取的穩(wěn)定性明顯優(yōu)于原有方法。


圖I為本發(fā)明擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取的流程圖；圖2a為實(shí)施例中擴(kuò)展目標(biāo)線段表恢復(fù)的二值圖；圖2b為本發(fā)明的輪廓跟蹤結(jié)果;圖3為本發(fā)明的輪廓平滑并連接的示意圖；圖4為本發(fā)明的基于弦弧比的輪廓平滑流程圖；圖5為對(duì)圖2b輪廓平滑并連接后結(jié)果；圖6a、圖6b為計(jì)算目標(biāo)頭部跟蹤點(diǎn)的示意圖；圖7為計(jì)算目標(biāo)頭部方向的流程圖；圖8為X方向跟蹤點(diǎn)真實(shí)基準(zhǔn)值以及原有不經(jīng)過(guò)輪廓濾波直接取最前沿點(diǎn)方法與本發(fā)明方法的跟蹤點(diǎn)提取結(jié)果；圖9為X方向原有不經(jīng)過(guò)輪廓濾波方法直接取最前沿點(diǎn)方法與本發(fā)明方法提取的跟蹤點(diǎn)結(jié)果與基準(zhǔn)值之間的差值；圖10為Y方向跟蹤點(diǎn)真實(shí)基準(zhǔn)值以及原有不經(jīng)過(guò)輪廓濾波直接取最前沿點(diǎn)方法與本發(fā)明方法的跟蹤點(diǎn)提取結(jié)果；圖11為Y方向原有不經(jīng)過(guò)輪廓濾波方法直接取最前沿點(diǎn)方法與本發(fā)明方法提取的跟蹤點(diǎn)結(jié)果與基準(zhǔn)值之間的差值；
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。本發(fā)明的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)的提取可以硬件方式實(shí)現(xiàn)，也可以軟件方式實(shí)現(xiàn)。例如在個(gè)人計(jì)算機(jī)、工控機(jī)及服務(wù)器上以軟件的形式安裝并執(zhí)行，也可本發(fā)明的方法做成嵌入式芯片以硬件的形式來(lái)體現(xiàn)。下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明適用于成像跟蹤設(shè)備對(duì)視場(chǎng)中的擴(kuò)展目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，尤其是當(dāng)目標(biāo)距離成像設(shè)備較近時(shí)，目標(biāo)本體在視場(chǎng)中成像較為明顯，同時(shí)目標(biāo)具有較強(qiáng)尾焰或尾煙的。具體的，本發(fā)明方法擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取的流程如圖I所示，包括擴(kuò)展目標(biāo)恢復(fù)為二值圖像，用于進(jìn)行輪廓跟蹤；輪廓跟蹤，用于獲取順序排列的輪廓數(shù)組；基于弦弧比的輪廓平滑，用于刪除弦弧比小于設(shè)定閾值門(mén)限的尖銳的弧段；目標(biāo)頭部方向確定，通過(guò)提取目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與主軸方向，最終確定目標(biāo)頭部的方向，用于最終在頭部區(qū)域提取目標(biāo)跟蹤點(diǎn)；跟蹤點(diǎn)提取，通過(guò)在頭部前沿點(diǎn)為中心的局部區(qū)域內(nèi)計(jì)算目標(biāo)點(diǎn)的形心，獲取最終跟蹤提取占.具體的，本發(fā)明包括以下步驟I.擴(kuò)展目標(biāo)恢復(fù)為二值圖像目標(biāo)在經(jīng)過(guò)預(yù)處理與分割標(biāo)記、并進(jìn)行關(guān)聯(lián)識(shí)別后，得到了當(dāng)前跟蹤的正確目標(biāo)，為了方便后續(xù)輪廓跟蹤的實(shí)現(xiàn)，通過(guò)關(guān)聯(lián)成功的目標(biāo)線段表，將目標(biāo)恢復(fù)成二值圖像。該圖像中其余的虛假目標(biāo)都得到了剔除。2.輪廓跟蹤對(duì)上述恢復(fù)出的二值目標(biāo)圖，利用輪廓跟蹤方法得到該目標(biāo)的按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，同時(shí)統(tǒng)計(jì)輪廓點(diǎn)總數(shù)，記為I enAr cContour。輪廓跟蹤的方法參見(jiàn)〈Vi sual C++數(shù)字圖像處理 >，何斌、馬天予、王運(yùn)堅(jiān)等，人民郵電出版社，2001，435-444。
3.輪廓平滑利用得到的順序輪廓點(diǎn)數(shù)組，濾除較為尖銳的弧段并對(duì)濾除后的弧段用直線進(jìn)行連接，構(gòu)成新的封閉輪廓，具體實(shí)現(xiàn)方法如下3a :按順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虮闅v按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，記當(dāng)前處理的第一輪廓點(diǎn)為P·，若第一輪廓點(diǎn)P·未被標(biāo)記為已處理，則執(zhí)行3b，若第一輪廓點(diǎn)P·被標(biāo)記為已處理，則執(zhí)行3e ；3b :按與3a中遍歷的同一方向搜索輪廓數(shù)組中每個(gè)落在以第一輪廓點(diǎn)P·為圓心、R為半徑的局部圓形區(qū)域內(nèi)的第二輪廓點(diǎn)Pi計(jì)算沿同一方向第一輪廓點(diǎn)P·與第二輪廓點(diǎn) Pi 的弧長(zhǎng) IenArc,如果 IenArc ^ I enAr cContour/2,其中 IenArcContour 為輪廓點(diǎn)總數(shù)，則計(jì)算第一輪廓點(diǎn)P·與第二輪廓點(diǎn)Pi之間的弦長(zhǎng)lenChord,并且計(jì)算這兩點(diǎn)之間的弦弧比 RatioCAcur [i], RatioCAcur [i] = lenChord/lenArc,計(jì)算直到局部圓形內(nèi)同一方向的第二輪廓點(diǎn)Pi搜索完畢，如果反之IenArc > lenArcContour/2,則說(shuō)明當(dāng)前統(tǒng)計(jì)的兩點(diǎn)間的弧為優(yōu)弧，不做任何處理，繼續(xù)計(jì)算第一輪廓點(diǎn)與局部圓形區(qū)域內(nèi)下一個(gè)輪廓點(diǎn)之間的弦弧比。其中i = I…N ;N為局部圓形區(qū)域內(nèi)與第一輪廓點(diǎn)P·滿足IenArc ^ I enAr cContour/2 的輪廓點(diǎn)的個(gè)數(shù)；3c :計(jì)算局部圓形區(qū)域內(nèi)第一輪廓點(diǎn)P·與其余第二輪廓點(diǎn)Pi弦弧比的最小值表示為Ratiomin = min{RatioCAcur[i]},記錄取得的Ratiomin與第一輪廓點(diǎn)Peur所對(duì)應(yīng)的第二輪廓點(diǎn)Pi。其中，min為取最小值函數(shù)；第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)IenChordth取值為7 10，IenChordth的取值規(guī)則為需要濾除弧段的兩個(gè)端點(diǎn)的弦長(zhǎng)。判定弧段是否為尖銳弧段的門(mén)限值Ratioth取值為O. 5 O. 7，Ratioth的取值規(guī)則為需要濾除弧段的弦弧比的上界。3d :若 Ratiomin < Ratioth 并且對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng) IenChord 滿足 lenChord > IenChoth,則將當(dāng)前第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為應(yīng)當(dāng)被連接，并將第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為已經(jīng)處理，將第二輪廓點(diǎn)Pi設(shè)為當(dāng)前處理點(diǎn)，Pcur — Pi,轉(zhuǎn)3a,反之若Ratiomin彡Ratioth則說(shuō)明局部圓形區(qū)域內(nèi)沒(méi)有輪廓點(diǎn)與當(dāng)前點(diǎn)P·構(gòu)成比較尖銳的弧段，僅對(duì)第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為已經(jīng)處理，轉(zhuǎn)步驟3a ;其中Ratioth表示判定弧段為尖銳弧段的門(mén)限值，實(shí)施時(shí)設(shè)定為O. 5、或O. 64、或
O.7 ;lenChordth表示第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)，實(shí)施時(shí)取值為7、或9、或10 ；3e :第2次遍歷輪廓數(shù)組，如果當(dāng)前遍歷第一輪廓點(diǎn)Peur被標(biāo)記為有效并應(yīng)當(dāng)被連接，則從第一輪廓點(diǎn)P·開(kāi)始一直到第一輪廓點(diǎn)需要連接的第二輪廓點(diǎn)Pi之間的輪廓點(diǎn)標(biāo)記為無(wú)效，其中第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi不標(biāo)記為無(wú)效，即刪除第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi之間的弧段，并采用插值的方法連接第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi,將插入的輪廓點(diǎn)加入到輪廓數(shù)組中，然后P· — Pi,直到輪廓點(diǎn)遍歷結(jié)束。4.目標(biāo)頭部方向提取通過(guò)計(jì)算二值目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與主軸方向，獲取目標(biāo)頭部的方向，求取二值目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與主軸方向具體步驟如下a)計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，方式如下VAi = Ai-Ap1(I)VEi = Ei-Ep1(2)其中VAi、VEi分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站的方位角速度和高低角速度，方位角速度和高低角速度的合成速度為目標(biāo)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換到圖像的像平面，得 到的合成速度在像平面上投影與X軸正向的夾角θν，其中Ai, Ei分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站方位角和高低角的合成值，Ai+ Ei^1為i-Ι時(shí)刻對(duì)應(yīng)的合成值。b)用輪廓數(shù)組計(jì)算目標(biāo)的慣性矩mn，m20, m02
/V /\ I其中:氣/= ΣΣ(χ^χ^(y^yy⑶
(XF)θ = tan-1 (2mn/ (m20-m02)) /2(4)θ 2 = tarT1 (2mn/ (m20-m02) )/2+^/2(5)I " ( Θ ) = [2 (m20-m02) cos2 Θ +4mnsin2 Θ ](6)Hiijj表示iX j階中心矩,其中i、j為中心矩的階數(shù)，θ ρ Θ 2分別為所求轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
K Θ i)的方向角度、I" ( Θ i)為I(Qi)的二階導(dǎo)數(shù)，$與,分別表示目標(biāo)質(zhì)心的X坐標(biāo)與Y坐標(biāo)，如果將9工與92分別帶入(6)式，當(dāng)I" (Θ,) >0,i = 1，2時(shí)，該Qi即為所求的最小慣性主軸方向，該方向即為目標(biāo)的延伸方向，設(shè)角度最大偏差Δ Θ =10° ,取91與之間的夾角小于Λ Θ的方向?yàn)槟繕?biāo)的頭部方向記為0axi。5.目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取實(shí)現(xiàn)方式如下a)將目標(biāo)輪廓點(diǎn)按頭部方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，計(jì)算得到沿頭部方向的最前沿點(diǎn)Phead是xvalue [i] = PiXXcos Θ ^j+PjyXsin θ axi(7)其中PiX與Piy分別為第i個(gè)輪廓點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)值，cos Θ axi與當(dāng)sin Θ axi分別為角度Qaxi的余弦值與正弦值，xvalue [i]為輪廓坐標(biāo)點(diǎn)按照Qaxi的角度繞X軸旋轉(zhuǎn)后的X坐標(biāo)值，當(dāng)取最大值時(shí)的點(diǎn)則為目標(biāo)輪廓的最前沿點(diǎn)Ptead ;b)以輪廓坐標(biāo)點(diǎn)按照0axi的角度繞X軸旋轉(zhuǎn)后的X坐標(biāo)值xvalue [i]取得最大值的點(diǎn)Phead為中心計(jì)算二值圖中屬于目標(biāo)點(diǎn)的局部圓形區(qū)域的形心作為最終跟蹤點(diǎn)PtMdi。本發(fā)明選取了一個(gè)擴(kuò)展目標(biāo)圖像序列，對(duì)其進(jìn)行跟蹤，其中圖I為本發(fā)明流程圖；圖2a為實(shí)施例中擴(kuò)展目標(biāo)線段表恢復(fù)的二值圖，圖2b為本發(fā)明的輪廓跟蹤結(jié)果，輪廓平滑濾波的處理是基于此跟蹤結(jié)果進(jìn)行的；圖3為本發(fā)明的輪廓平滑并連接的示意圖，示意圖中實(shí)心黑點(diǎn)代表當(dāng)前處理的第一輪廓點(diǎn)P·，空心圓點(diǎn)代表處理的第二輪廓點(diǎn)，圓為處理過(guò)程中以第一輪廓點(diǎn)為圓心，R為半徑的處理范圍；圖4為本發(fā)明的基于弦弧比的輪廓平滑流程圖，具體實(shí)現(xiàn)步驟如下步驟4a :輪廓跟蹤，形成順序輪廓數(shù)組；步驟4b :輪廓中所有點(diǎn)如果已經(jīng)處理完畢，轉(zhuǎn)步驟4h，否則如果沒(méi)有處理完畢，轉(zhuǎn)步驟4c ；步驟4c :按指定方向(順時(shí)針或逆時(shí)針)取下一個(gè)輪廓點(diǎn)Pcur步驟4d :以步驟4c中取的輪廓點(diǎn)Peur為圓心，R為半徑的圓形區(qū)域內(nèi)按同一指定方向，依次取第二輪廓點(diǎn)Pi,計(jì)算第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)所購(gòu)成的劣弧的弧長(zhǎng)lenArc，劣弧的判斷采用判斷公式lenArc ^ lenArcContour/2,其中IenArcContour為輪廓點(diǎn)總數(shù)。如果IenArc ( lenArcContour/2,則計(jì)算第一輪廓點(diǎn)Peur與第二輪廓點(diǎn)Pi之間的弦長(zhǎng) lenChord,并且計(jì)算這兩點(diǎn)之間的弦弧比 RatioCAcur [i], RatioCAcur [i] = lenChord/I enAr c ο如果反之IenArc > lenArcContour/2,則說(shuō)明當(dāng)前統(tǒng)計(jì)的兩點(diǎn)間的弧為優(yōu)弧,不做任何處理，繼續(xù)計(jì)算第一輪廓點(diǎn)與局部圓形區(qū)域內(nèi)下一個(gè)輪廓點(diǎn)之間的弦弧比。其中i =I…N ;N為局部圓形區(qū)域內(nèi)與P·滿足IenArc < lenArcContour/2的輪廓點(diǎn)的個(gè)數(shù)。如果圓形區(qū)域內(nèi)的第二輪廓點(diǎn)已經(jīng)遍歷結(jié)束，則轉(zhuǎn)步驟4e ；步驟4e Ratiomin = min {RatioCAcur [i]},記錄取得的 Ratiomin 與第一輪 廓點(diǎn) Pcm所對(duì)應(yīng)的第二輪廓點(diǎn)Pi。其中，min為取最小值函數(shù)，Ratiomin表示圓形區(qū)域內(nèi)P·與其余Pi弦弧比的最小值，轉(zhuǎn)步驟4f ；步驟4f:判斷圓形區(qū)域內(nèi)最小弦弧比值是否小于預(yù)先設(shè)定的弦弧比門(mén)限值，實(shí)施例中設(shè)定為O. 64，并且如果對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng)滿足大于設(shè)定門(mén)限，實(shí)施例取值為7，如果是，轉(zhuǎn)步驟4g，否則說(shuō)明圓形區(qū)域內(nèi)沒(méi)有尖銳的弧段，轉(zhuǎn)步驟4b;步驟4g :設(shè)定取得最小弦弧比值的第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)之間的弧段為無(wú)效，即刪除該弧段上的所有輪廓點(diǎn)。標(biāo)記第一輪廓點(diǎn)應(yīng)當(dāng)被連接，記錄第一輪廓點(diǎn)需要連接的第二輪廓點(diǎn)。轉(zhuǎn)步驟4b;步驟4h :重新遍歷所有輪廓點(diǎn)，如果當(dāng)前處理輪廓點(diǎn)有效且沒(méi)有被標(biāo)記為連接，則保留；否則如果當(dāng)前處理輪廓點(diǎn)有效且標(biāo)記為連接，則采用插值的方式插入新的輪廓點(diǎn)到當(dāng)前處理輪廓點(diǎn)與記錄的與當(dāng)前點(diǎn)相連接的第二輪廓點(diǎn)。遍歷結(jié)束后形成新的封閉輪廓；圖5為對(duì)圖2b輪廓平滑并連接后結(jié)果，其中圖下方橢圓部分為進(jìn)行平滑并連接后的新的封閉輪廓，圖上斜線部分弧段為被剔除了的比較尖銳且在連續(xù)幀間表現(xiàn)得不穩(wěn)定的目標(biāo)本體部分；圖6a為以利用濾波后新輪廓與目標(biāo)頭部方向計(jì)算出的最前沿點(diǎn)為圓心所選取的計(jì)算形心區(qū)域的示意圖，圖6b為選取出的用于計(jì)算形心的部分；圖7為計(jì)算目標(biāo)頭部跟蹤點(diǎn)的流程示意圖，步驟如下步驟7a :計(jì)算目標(biāo)方位與高低方向上的速度，VAi = Ai-Ap1(8)VEi = Ei-Ep1(9)其中VAi、VEi分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站的方位角速度和高低角速度，其合成速度即為目標(biāo)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度，其中Ai,Ei分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站方位角和高低角的合成值，Ai+ Ei^1為i-Ι時(shí)刻對(duì)應(yīng)的合成值。步驟7b 目標(biāo)方位與高低方向上的合成速度轉(zhuǎn)換為平面像素的運(yùn)動(dòng)矢量角度得到的速度方向θν(與X軸正向的夾角)；步驟7c :計(jì)算目標(biāo)的中心矩mn, m20, m02
其中
權(quán)利要求
1.一種擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，該方法包含步驟如下 步驟SI :對(duì)于經(jīng)過(guò)二值化并成功關(guān)聯(lián)、識(shí)別出的視場(chǎng)內(nèi)的擴(kuò)展目標(biāo)，使用標(biāo)記后的目標(biāo)線段表將該擴(kuò)展目標(biāo)恢復(fù)成二值目標(biāo)圖像，使二值化圖像內(nèi)只有擴(kuò)展目標(biāo)； 步驟S2 :利用輪廓跟蹤方法對(duì)二值目標(biāo)圖像的輪廓進(jìn)行跟蹤，得到二值目標(biāo)的按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，輪廓點(diǎn)總數(shù)記為IenArcContour ； 步驟S3 :利用順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，按照指定的方向順時(shí)針或逆時(shí)針遍歷輪廓數(shù)組，記錄各輪廓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的局部區(qū)域內(nèi)的最小弦弧比點(diǎn)的信息，并根據(jù)閾值判斷是否 需要濾除尖銳的弧段，如果不濾除弧段，則不連接弧段的端點(diǎn)；如果濾除弧段，則連接弧段的端點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)輪廓平滑，構(gòu)成新的封閉目標(biāo)輪廓； 步驟S4 :結(jié)合二值目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向和主軸方向，確定二值目標(biāo)的頭部方向； 步驟S5 :利用目標(biāo)頭部方向與新的封閉目標(biāo)輪廓，尋找新的封閉目標(biāo)輪廓上沿目標(biāo)頭部方向的最前沿點(diǎn)，計(jì)算以最前沿點(diǎn)為中心的局部區(qū)域的形心，以計(jì)算出的該形心為最終跟蹤點(diǎn)，當(dāng)前幀處理結(jié)束之后，返回SI，進(jìn)行下一幀處理。
2.如權(quán)利要求I所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于所述輪廓平滑的步驟如下 步驟a:按順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较虮闅v按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組，記當(dāng)前處理的第一輪廓點(diǎn)為P·，若第一輪廓點(diǎn)P·未被標(biāo)記為已處理，則執(zhí)行步驟b，若第一輪廓點(diǎn)P·被標(biāo)記為已處理，則執(zhí)行步驟e; 步驟b :按與步驟a中遍歷的同一方向搜索輪廓數(shù)組中每個(gè)落在以第一輪廓點(diǎn)P·為圓心、R為半徑的局部圓形區(qū)域內(nèi)的第二輪廓點(diǎn)Pi計(jì)算沿同一方向第一輪廓點(diǎn)P·與第二輪廓點(diǎn) Pi 的弧長(zhǎng) IenArc,如果 IenArc ^ IenArcContour/2,其中 IenArcContour 為輪廓點(diǎn)總數(shù)，則計(jì)算第一輪廓點(diǎn)P·與第二輪廓點(diǎn)Pi之間的弦長(zhǎng)lenChord，并且計(jì)算第一輪廓點(diǎn) Pcur 與第二輪廓點(diǎn) Pi 之間的弦弧比 RatioCAcur [i], RatioCAcur [i] = lenChord/I enAr c,計(jì)算直到局部圓形內(nèi)同一方向的第二輪廓點(diǎn)Pi搜索完畢，如果反之IenArc >lenArcContour/2,則說(shuō)明當(dāng)前統(tǒng)計(jì)的兩點(diǎn)間的弧為優(yōu)弧，不做任何處理，繼續(xù)計(jì)算第一輪廓點(diǎn)與局部圓形區(qū)域內(nèi)下一個(gè)輪廓點(diǎn)之間的弦弧比，其中i = I…N ;N為局部圓形區(qū)域內(nèi)與第一輪廓點(diǎn)Peur滿足IenArc ( lenArcContour/2的輪廓點(diǎn)的個(gè)數(shù)； 步驟c :計(jì)算局部圓形區(qū)域內(nèi)第一輪廓點(diǎn)P·與其余第二輪廓點(diǎn)Pi弦弧比的最小值表示為Ratiomin = min{RatioCAcur[i]},記錄取得的Ratiomin與第一輪廓點(diǎn)Peur所對(duì)應(yīng)的第二輪廓點(diǎn)Pi,其中，min為取最小值函數(shù)； 步驟 d :若 Ratiomin < Ratioth 并且對(duì)應(yīng)的弦長(zhǎng) IenChord 滿足 lenChord > IenChordth,則將當(dāng)前第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為應(yīng)當(dāng)被連接，并將第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為已經(jīng)處理，將第二輪廓點(diǎn)Pi設(shè)為當(dāng)前處理點(diǎn)，Peur — Pi,轉(zhuǎn)步驟a,反之若Ratiomin彡Ratioth則說(shuō)明局部圓形區(qū)域內(nèi)沒(méi)有輪廓點(diǎn)與當(dāng)前第一輪廓點(diǎn)P·構(gòu)成比較尖銳的弧段，僅對(duì)第一輪廓點(diǎn)P·標(biāo)記為已經(jīng)處理，轉(zhuǎn)步驟a ;其中Ratioth表示判定弧段是否為尖銳弧段的門(mén)限值；16110101'(^表示第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)； 步驟e :第2次遍歷輪廓數(shù)組，如果當(dāng)前遍歷第一輪廓點(diǎn)P·被標(biāo)記為有效并應(yīng)當(dāng)被連 接，則從第一輪廓點(diǎn)P·開(kāi)始一直到第一輪廓點(diǎn)需要連接的第二輪廓點(diǎn)Pi之間的輪廓點(diǎn)標(biāo)記為無(wú)效，其中第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi不標(biāo)記為無(wú)效，即刪除第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi之間的弧段，并采用插值的方法連接第一輪廓點(diǎn)P·和第二輪廓點(diǎn)Pi,將插入的輪廓點(diǎn)加入到輪廓數(shù)組中，然后P· — Pi,直到輪廓點(diǎn)遍歷結(jié)束。
3.如權(quán)利要求2所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于第一輪廓點(diǎn)與第二輪廓點(diǎn)之間的弦長(zhǎng)門(mén)限IenChordth取值為7 10，IenChordth的取值為需要濾除弧段的兩個(gè)端點(diǎn)的弦長(zhǎng)。
4.如權(quán)利要求2所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于判定弧段是否為尖銳弧段的門(mén)限值Ratioth取值為O. 5 O. 7，Ratioth的取值規(guī)則為需要濾除弧段的弦弧比的上界。
5.如權(quán)利要求I所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，求取二值目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向與主軸方向步驟如下 步驟51 :計(jì)算目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方向，方式如下 Vm = Ai-Ai-! (I) VEi = Ε「Εη (2) 其中VAi、VEi分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站的方位角速度和高低角速度，方位角速度和高低角速度的合成速度為目標(biāo)當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)速度，將運(yùn)動(dòng)速度轉(zhuǎn)換到圖像的像平面，得到合成速度在像平面上投影與X軸正向的夾角θν，其中ApEi分別為i時(shí)刻目標(biāo)相對(duì)于測(cè)站方位角和高低角的合成值，Ai^1, Ei^1為i-Ι時(shí)刻對(duì)應(yīng)的合成值； 步驟52 :用輪廓數(shù)組計(jì)算目標(biāo)的慣性矩mn, m20, Hici2,進(jìn)一步計(jì)算 其中
6.如權(quán)利要求I所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于所述最前沿點(diǎn)Ph-表示如下xvalue[i] = PiX X cos Θ ^+PiY X sin Θ axi (7)其中 PiX 與 Pj 分別為第 i 個(gè)輪廓點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)值，cos Θ axi與當(dāng)sin Θ axi分別為角度Θ axi的余弦值與正弦值，xvalue[i]為輪廓坐標(biāo)點(diǎn)按照Θ axi的角度繞X軸旋轉(zhuǎn)后的X坐標(biāo)值，當(dāng)取最大值時(shí)的點(diǎn)則為目標(biāo)輪廓的最前沿點(diǎn)Phead。
7.如權(quán)利要求6所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于以輪廓坐標(biāo)點(diǎn)按照Θ axi的角度繞X軸旋轉(zhuǎn)后的X坐標(biāo)值xvalue[i]取得最大值的點(diǎn)Ptead為中心計(jì)算二值圖像中屬于目標(biāo)點(diǎn)的局部圓形區(qū)域的形心作為最終跟蹤點(diǎn)PtMdi。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法，首先對(duì)前期關(guān)聯(lián)識(shí)別成功的擴(kuò)展目標(biāo)恢復(fù)為二值圖；然后進(jìn)行輪廓跟蹤，獲取到按順序排列的輪廓點(diǎn)數(shù)組；采用基于弦弧比濾波的方法對(duì)目標(biāo)輪廓進(jìn)行平滑，去除目標(biāo)輪廓上尖銳的弧段，對(duì)被剔除弧段的兩個(gè)端點(diǎn)采用直線進(jìn)行連接，構(gòu)成濾波后新的封閉輪廓；采用結(jié)合目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方向與主軸方向計(jì)算出目標(biāo)的頭部方向，然后獲取沿目標(biāo)頭部方向的最前沿點(diǎn)，以該點(diǎn)為中心，計(jì)算局部圓形區(qū)域內(nèi)的形心作為跟蹤點(diǎn)。經(jīng)過(guò)該方法處理后，最終計(jì)算出來(lái)的目標(biāo)跟蹤點(diǎn)穩(wěn)定可靠，不會(huì)再出現(xiàn)劇烈晃動(dòng)，增加了跟蹤的穩(wěn)定性，降低了跟蹤丟失的風(fēng)險(xiǎn)。
文檔編號(hào)G06T7/20GK102831619SQ20121026851
公開(kāi)日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者雷濤, 蔣平, 周進(jìn), 吳欽章 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所