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专利号: 2016108600879
申请人: 江南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于多伯努利特征协方差的视频多目标跟踪方法,包括:(1)初始化步骤:

(1a)初始时刻k=0,视频总帧数为N,初始目标状态集为 初始化目标状态其中 表示初始目标i矩形框左上角的坐标, 表示初始目标i矩形框的宽, 表示初始目标i矩形框的高,M0表示初始目标个数,初始目标存在概率Ps=

0.99,计算初始目标i的特征协方差 粒子初始化采样;

(1b)初始化新生目标状态集为 其中 表示新生目标i矩形框左上角的坐标, 表示新生目标i矩形框的宽,表示新生目标i矩形框的高,MΓ表示新生目标个数;本发明中新生目标的新生位置假设固定在某坐标范围内,且每一帧都有目标新生,存在概率为0.02;计算新生目标i的特征协方差 初始化新生目标的采样粒子;

(1c)初始化采样粒子参数,粒子最大数目为Lmax,粒子最小数目为Lmin,初始目标状态协方差Σ0=diag(1,1,0.1,0.1);

(2)目标状态预测步骤:

(2a)假设目标运动模型为随机游走模型,即:x(k+1)=x(k)+e(k)其中,x(k)表示k时刻目标状态,e(k)为k时刻高斯噪声,其均值为0,目标状态协方差为(2b)目标预测,假设在k-1时刻多目标的后验概率密度可用多伯努利参数集表示为:

其中, 和 分别表示k-1时刻目标i的存在概率和概率分布,Mk-1表示k-1时刻目标个数;则预测后的后验多目标概率密度可表示为:

其中, 表示k时刻存活目标的多伯努利参数集, 和 分别表示k时刻存活目标i的存在概率和概率分布的预测值, 表示k时刻新生目标的多伯努利参数集, 和 分别表示k时刻新生目标i的存在概率和概率分布,MΓ,k表示k时刻新生目标个数;

(3)目标似然计算步骤:

(3a)本发明可处理灰度图像序列和彩色图像序列,其中,灰度图像提取的五维特征分别为:灰度,m和n方向的一阶梯度、二阶梯度;彩色图像提取的三维特征分别为:彩色图像的H、S、V三色值;

初始化目标模板的特征协方差T,候选目标的特征协方差矩阵F,并计算两协方差矩阵的相似性测度,即:d(T,F)=||log(T)-log(F)||其中,log(·)表示对数运算;

(3b)为了更精确地对目标进行描述,避免目标被局部遮挡,增强目标分辨能力,本发明将目标表示为5个分块,每个块分别计算其特征协方差矩阵,并采用一个融合过程,融合所有块的相似性测度,忽略候选目标分块中相似性测度的最小块,得到总体相似性测度D,即:

其中,min表示取最小值函数, 表示k时刻目标i模板的第ξ个分块的特征协方差,表示k时刻候选目标i的第ξ个分块的特征协方差;

(3c)获得总体相似性测度D后,k时刻候选目标i的采样粒子j的似然表示为:

其中,参数λ∈[10,30];

此外,本发明中的特征模板Tξ是根据前Φ个时刻的混合特征协方差矩阵计算得到,即:

其中,Fτ,ξ表示在τ时刻目标估计状态 的第ξ个分块的特征协方差;

(4)目标状态更新步骤:

k时刻,假设视频多目标随机有限集的预测概率密度可表示为:

则更新后的多目标后验概率密度可表示为:

其中, 表示漏检情况下对预测进行更新得到的多伯努利参数集,表示对量测集进行更新得到的多伯努利参数集,Zk表示k时刻的量测集合,z表示量测集合的元素;Mk=Mk|k-1+|Zk|,|Zk|表示量测的个数, 和 分别表示k时刻目标i的存在概率和概率分布的更新;

(5)目标状态提取步骤:

为了避免粒子退化问题,对采样粒子集进行重采样,且根据采样粒子更新后的权值估计当前k时刻目标状态集Xk,此外,为了避免多伯努利参数集数量的冗余,本发明中将存在概率小于0.01的目标删除;

(6)目标紧邻自适应步骤:

当两个目紧邻时,跟踪结果往往会将两个目标判定为一个目标,从而造成跟踪错误,甚至出现目标漏跟现象;针对这种情况,本发明提出紧邻自适应处理机制;

(7)目标跟踪窗自适应步骤:

当视频目标尺寸发生较大变化时,跟踪窗不能包含目标的全部特征,造成信息丢失;为此,本发明提出跟踪窗自适应处理机制,使得跟踪窗能自适应目标尺寸大小的变化;

(8)粒子标记步骤:

本发明通过对粒子进行标记,以识别各个目标,从而实现对目标的轨迹跟踪。

2.根据权利要求1所述的目标跟踪方法,其中步骤(2b)中 由一组加权粒子表示,即:

其中, 表示k-1时刻目标i的第j个采样粒子的权值, 表示k-1时刻目标i的第j个采样粒子的状态向量, 表示k-1时刻目标i的采样粒子个数,δ(·)为狄拉克函数;

新生粒子由新生目标参数 直接采样获得,存活目标多伯努利参数表示为:

其中,pS,k为k时刻目标存活概率,

3.根据权利要求1所述的目标跟踪方法,其中步骤(4)中 由一组加权粒子表示,即:

其中, 表示k时刻目标i的第j个采样粒子的权值的预测值, 表示k时刻目标i的第j个采样粒子的状态向量的预测值;

新的粒子集进行多伯努利参数更新,

其中, 表示量测y对k时刻预测采样粒子 的似然,此处采样粒子似然可由步骤(3c)获得。

4.根据权利要求1所述的目标跟踪方法,其中步骤(6)所述的紧邻目标自适应处理,按如下步骤进行:(4.1)判定目标是否紧邻

以水平方向紧邻为例,假设目标i与目标j,两个目标的水平距离表示为 若 小于阀值 判定两个目标水平方向上基本重合,不需要处理;而当 大于阀值 且小于阀值时,判定两个目标在水平方向上紧邻,且做分离处理,更新目标的位置参数;

(4.2)紧邻目标分离处理

wi、wj分别表示目标i、目标j的矩形框的宽,当判定两个目标水平方向上紧邻后,对两个目标进行水平分离处理为:(4.2.1)目标i的状态为xi=[mi,ni,wi,hi],目标j的状态为xj=[mj,nj,wj,hj],α=0.15;

(4.2.2)两个目标的水平距离为 若 则到步骤(4.2.3);否则,无需进行分离处理;

(4.2.3)若mi≤mj,则mi=mi-wiα,mj=mj+wjα;否则,mi=mi+wiα,mj=mj-wjα;垂直方向紧邻判断与分离处理方法与水平方向方法相同。

5.根据权利要求1所述的目标跟踪方法,其中步骤(7)所述的目标跟踪窗自适应处理,按如下步骤进行:(5.1)获取目标扩展状态

假设第k帧目标i跟踪结果中,提取出的目标状态为 目标i跟踪结果的扩展状态为

(5.2)目标估计状态更新

二值化图像,获取目标i的矩形框内包含最大连通区域的最小矩形框 则目标估计状态更新为 参数β取0.6;

(5.3)特殊情况处理

在某些情况下,当两个目标紧邻时,两个目标的连通区域会合并成一个连通区域,或者由于背景干扰,一个目标由两个或多个连通区域组成,这些情况可能导致最大连通区域发生突变;本发明将采用多个时刻的状态融合方法,解决最大连通区域突变导致的跟踪窗自适应失败的问题,即:

其中,设参数μ为0.5,d为5,即k时刻目标i的状态xk,i是由前5帧该目标的状态与当前时刻的 加权求和得到的值。

6.根据权利要求1所述的目标跟踪方法,其中步骤(8)所述的粒子标记技术,按如下步骤进行:(6.1)标记预测,k-1时刻,存活目标的多伯努利分量粒子标记可表示为:

其中,Mk-1表示伯努利分量的个数, 表示第i个伯努利分量的粒子数,且即同一个伯努利分量的粒子标记相同;新生的多伯努利分量的粒子标记可表示为:

其中,MΓ表示新生伯努利分量的个数, 表示第i个新生伯努利分量的粒子数,且则伯努利分量标记的预测可以表示为:Tk|k-1=Tk-1+TΓ;

(6.2)标记更新,量测跟新后伯努利分量的标记可表示为:

其中,|Zk|表示量测个数,

(6.3)重采样,重采样后的粒子与它们的父辈粒子具有相同的标记,重采样后的伯努利分量的标记为:

其中Mk为量测跟新后伯努利分量个数,通过比较各个伯努利分量的标记即可识别各个目标的运动轨迹;其中,当目标合并时,合并目标的标记为被合并两个目标存在概率较大目标的标记。