一種基于頭部最小內(nèi)切圓的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于頭部?jī)?nèi)切圓的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法，步驟S1：對(duì)經(jīng)過目標(biāo)輪廓濾波并消除尖銳弧段后的擴(kuò)展目標(biāo)輪廓，采用目標(biāo)頭部方向進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心；步驟S2：以該偏移質(zhì)心為基準(zhǔn)，獲取到該擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部的最小內(nèi)切圓；步驟S3：將該最小內(nèi)切圓與目標(biāo)主軸直線相交的兩點(diǎn)中位于目標(biāo)輪廓頭部的前沿方向的交點(diǎn)作為最終的跟蹤點(diǎn)，從而減小跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)。由于該求取跟蹤點(diǎn)的方法從目標(biāo)內(nèi)部出發(fā)，充分利用了目標(biāo)上灰度比較均勻的特點(diǎn)，排除了目標(biāo)外不穩(wěn)定氣流及其它干擾的影響，最終得到的目標(biāo)跟蹤點(diǎn)較之于傳統(tǒng)方法具有更高的穩(wěn)定性，減小了跟蹤過程中的抖動(dòng)，降低了跟蹤失效的風(fēng)險(xiǎn)。
【專利說明】一種基于頭部最小內(nèi)切圓的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)視覺與圖像分析領(lǐng)域，涉及一種目標(biāo)跟蹤點(diǎn)提取方法，特別涉及一種基于頭部最小內(nèi)切圓的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著光學(xué)成像跟蹤領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)于目標(biāo)高精度穩(wěn)定跟蹤，特別是具有大尾焰或尾煙的擴(kuò)展目標(biāo)情況下的穩(wěn)定跟蹤需求越來越迫切。當(dāng)目標(biāo)存在強(qiáng)烈發(fā)光或發(fā)熱情況下，目標(biāo)在成像跟蹤系統(tǒng)的電視視場(chǎng)中所占面積急劇增加，通常要占掘視場(chǎng)的1/3以上，嚴(yán)重時(shí)甚至可能超出視場(chǎng)。此時(shí)，其于整體特征點(diǎn)如形心、質(zhì)心的跟蹤方式無(wú)法確保目標(biāo)不溢出視場(chǎng)，只有采甩基于局部特征點(diǎn)的跟蹤方法才具有較高的跟蹤魯棒性。
[0003]然而，傳統(tǒng)的角點(diǎn)、邊緣等方式在跟蹤過程中難以適應(yīng)目標(biāo)邊緣的模糊特性以及目標(biāo)姿態(tài)的變化，導(dǎo)致這些跟蹤點(diǎn)提取方式無(wú)法適應(yīng)該類邊緣不清晰的目標(biāo)，容易導(dǎo)致特征點(diǎn)在幀間難以對(duì)應(yīng)，提取點(diǎn)發(fā)生漂移的情況出現(xiàn)[1_2]。基于目標(biāo)前沿的跟蹤點(diǎn)提取方法非常適合這類擴(kuò)展目標(biāo)的跟蹤，但是，由于目標(biāo)本體發(fā)光或發(fā)熱不均勻，致使提取的跟蹤點(diǎn)容易受不穩(wěn)定的閩值分割結(jié)果所影響，進(jìn)而引起跟蹤點(diǎn)的劇烈抖動(dòng)。文獻(xiàn)[3]采用輪廓平滑濾波的方法消除了目標(biāo)二值輪廓上不穩(wěn)定的尖銳弧段，減小了目標(biāo)本體對(duì)于跟蹤點(diǎn)提取的影響，在一定程度上減小了跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)，但是，由于其使用的弦弧比閩值的適應(yīng)性有限，最終跟蹤點(diǎn)的提取抖動(dòng)大多數(shù)情況下仍然大于一個(gè)像素。
[0004]參考文獻(xiàn)
[0005][I]樊志華，王春鴻，吳明軍.“基于幾何特征點(diǎn)的擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤方法”，
`[0006]光電工程，2009，36(10)，12-15，23.[0007][2]張凱，劉占艾，鐘都都，閻杰.“紅外導(dǎo)引頭邊緣模板匹配跟蹤算法研究”，
[0008]西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，26(3)，331-334.[0009][3]雷濤，蔣平，周進(jìn)，吳飲章，“一種擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法”，
[0010]專利甲請(qǐng)?zhí)?201210268512.7.
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于頭部最小內(nèi)切圓的穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法，克服了目標(biāo)外部不穩(wěn)定氣流與目標(biāo)本體變化的影響，充分利用目標(biāo)尾焰內(nèi)部灰度分布均勻的特性，進(jìn)一步減小了文獻(xiàn)[3]中擴(kuò)展目標(biāo)前沿跟蹤方法所獲提取點(diǎn)的抖動(dòng)。
[0012]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)的提取方法的計(jì)算步驟如下:
[0013]步驟S1:對(duì)經(jīng)過目標(biāo)輪廓濾波并消除尖銳弧段后的擴(kuò)展目標(biāo)輪廓，采用目標(biāo)頭部方向進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心；
[0014]步驟S2:以該偏移質(zhì)心為基準(zhǔn)，獲取到該擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部的最小內(nèi)切圓；
[0015]步驟S3:將該最小內(nèi)切圓與目標(biāo)主軸直線相交的兩點(diǎn)中位于目標(biāo)輪廓頭部的前沿方向的交點(diǎn)作為最終的跟蹤點(diǎn)，從而減小跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)。
[0016]本發(fā)明所提取的目標(biāo)跟蹤點(diǎn)具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0017](I)選取的跟蹤點(diǎn)位于目標(biāo)主輪廓的頭部，避免了目標(biāo)充滿視場(chǎng)所導(dǎo)致的分割失敗。
[0018](2)基于輪廓平滑后所提取的最前沿點(diǎn)，并以此點(diǎn)為基準(zhǔn)所求取的內(nèi)切圓圓心，較之不經(jīng)過平滑處理而直接求取的圓心更為穩(wěn)定。
[0019](3)由于該求取跟蹤點(diǎn)的方法從目標(biāo)內(nèi)部出發(fā)，通過求取目標(biāo)頭部最小內(nèi)切圓與主軸的交點(diǎn)得到的跟蹤點(diǎn)，充分利用了目標(biāo)內(nèi)部灰度分布均勻的特性，避免了目標(biāo)輪廓外部不穩(wěn)定氣流以及目標(biāo)本體干擾的影響，最終得到的目標(biāo)跟蹤點(diǎn)較之于傳統(tǒng)方法具有更高的穩(wěn)定性，大幅降低了跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)，降低了跟蹤失效的風(fēng)險(xiǎn)，提高了目標(biāo)測(cè)量的精度以及輸出跟蹤數(shù)擁的穩(wěn)定性。
[0020]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)本體變化的影響比文獻(xiàn)[3]方法小，所獲得的跟蹤點(diǎn)更加穩(wěn)定。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取的流程圖；
[0022]圖2a為實(shí)施例中第N巾貞目標(biāo)跟蹤點(diǎn)提取結(jié)果的不意圖；
[0023]圖2b為實(shí)施例中第N十I巾貞目標(biāo)跟蹤點(diǎn)提取結(jié)果的不意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明的提取結(jié)果的抖動(dòng)與文獻(xiàn)[3]方法提取結(jié)果方位上抖動(dòng)情況的比較；
[0025]圖4為本發(fā)明的提取結(jié)果的抖動(dòng)與文獻(xiàn)[3]方法提取結(jié)果俯仰上抖動(dòng)情況的比較。
[0026]【具體實(shí)施方式】
[0027]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)本灰明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0028]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，也可做成嵌入式芯片以硬件的形式來體現(xiàn)。下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。
[0029]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)尾焰或尾煙情況下的跟蹤。具體的，擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取步驟包括:
[0030]步驟S1:對(duì)經(jīng)過目標(biāo)輪廓濾波并消除尖銳弧段后的擴(kuò)展目標(biāo)輪廓，采用目標(biāo)頭部方向進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心；
[0031]步驟S2:以該偏移質(zhì)心為基準(zhǔn)，獲取到該擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部的最小內(nèi)切圓；
[0032]步驟S3:將該最小內(nèi)切圓與目標(biāo)主軸直線相交的兩點(diǎn)中位于目標(biāo)輪廓頭部的前沿方向的交點(diǎn)作為最終的跟蹤點(diǎn)，從而減小跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)。
[0033]木發(fā)明方法中擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取的流程如圖1所示，以目標(biāo)輪廓平滑濾波后消除了尖銳弧段的擴(kuò)展目標(biāo)二值輪廓為基礎(chǔ)，首先完成擴(kuò)展目標(biāo)頭部方向以及最前沿點(diǎn)計(jì)算，然后以該前沿點(diǎn)為中心，采用各向同性的圓形區(qū)域計(jì)算，求得比該初始前沿點(diǎn)穩(wěn)定性更好的目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心，進(jìn)而使用該質(zhì)心為圓心計(jì)算求得擴(kuò)展目標(biāo)頭部輪廓的最小內(nèi)切圓，最后求取該最小內(nèi)切圓與目標(biāo)主軸直線的交點(diǎn)，取交點(diǎn)中靠近目標(biāo)頭部前沿方向的點(diǎn)為最終的跟蹤點(diǎn):
[0034]具體的，本發(fā)明求取基于擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部最小內(nèi)切圓的跟蹤點(diǎn)包括以下步驟:
[0035]1.首先根據(jù)平滑后的目標(biāo)二值輪廓計(jì)算得到目標(biāo)頭部方向θη。
[0036]
【權(quán)利要求】
1.一種基于頭部最小內(nèi)切圓的擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取方法，其特征在于，擴(kuò)展目標(biāo)穩(wěn)定跟蹤點(diǎn)提取步驟包括: 步驟S1:對(duì)經(jīng)過目標(biāo)輪廓濾波并消除尖銳弧段后的擴(kuò)展目標(biāo)輪廓，采用目標(biāo)頭部方向進(jìn)行計(jì)算，得到目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心； 步驟S2:以該偏移質(zhì)心為基準(zhǔn)，獲取到該擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部的最小內(nèi)切圓； 步驟S3:將該最小內(nèi)切圓與目標(biāo)主軸直線相交的兩點(diǎn)中位于目標(biāo)輪廓頭部的前沿方向的交點(diǎn)作為最終的跟蹤點(diǎn)，從而減小跟蹤點(diǎn)的抖動(dòng)。
2.如權(quán)利要求1所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，求取擴(kuò)展目標(biāo)輪廓頭部最小內(nèi)切圓的步驟如下: 步驟21:通過如下方式獲取到目標(biāo)頭部方向θη
3.如權(quán)利要求1所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，求取最終的跟蹤點(diǎn)步驟如下: 步驟31:求取以目標(biāo)頭部方向0?為方向角，過質(zhì)心點(diǎn)Pb的直線Lp 步驟32:在直線Lp與內(nèi)切圓Cins的兩個(gè)交點(diǎn)Ptl與Pt2中，取靠近目標(biāo)頭部方向的交點(diǎn)作為最終的跟蹤點(diǎn)Pt。
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，采用基于目標(biāo)主軸與運(yùn)動(dòng)方向求得目標(biāo)輪廓頭部方向的最前沿點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求4所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，以該最前沿點(diǎn)為中心，采用各向同性的圓形區(qū)域求得比該最前沿點(diǎn)穩(wěn)定悄更好的目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心。
6.如權(quán)利要求1所述擴(kuò)展目標(biāo)跟蹤點(diǎn)的提取方法，其特征在于，以該目標(biāo)頭部偏移質(zhì)心為圓心計(jì)算獲取到濾波后擴(kuò)展目標(biāo)頭部輪廓的最小內(nèi)切圓。
【文檔編號(hào)】G06T7/20GK103530891SQ201310475804
【公開日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月12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