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专利号: 2019108660765
申请人: 西安理工大学
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:2024-11-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,包括建立足部局部运动模型,采用前一帧双脚位置对当前帧双脚位置进行预测,建立全局运动模型,根据全局运动模型预测双脚位置,若是第一帧,读取第一帧双脚位置图片,获取目标位置,训练分类器,确定目标模板,保持目标位置,显示本帧跟踪结果;若不是第一帧,读取图片,获取预测的双脚位置,找到最大响应后更新目标位置,重新训练分类器,更新目标模板,保持目标位置,显示本帧跟踪结果;根据跟踪结果判断是否为最后一帧,若是,结束跟踪,若不是,继续目标跟踪。

2.根据权利要求1所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,具体包括以下步骤:步骤1,输入视频序列

步骤2,判断是否为第一帧,若是第一帧,读取第一帧双脚位置图片,获取目标位置,训t练分类器,确定目标模板,之后对脚局部运动中两脚垂直方向位移d 和水平方向位移进行建模,建立足部局部运动模型,其中t是时间指数;

步骤3,根据足部局部运动模型,采用前一帧双脚位置对当前帧双脚中间点位置进行预测,建立全局运动模型;

步骤4,判断是否为第一帧,若不是第一帧,读取图片,获取运动模型预测的双脚位置,找到最大响应后更新目标位置,重新训练分类器,更新目标模板;

步骤5,保存目标位置,显示本帧跟踪结果,判断视频序列图像是否为最后一帧,若是,结束目标跟踪,若不是,继续所述步骤4,进行目标跟踪。

3.根据权利要求2所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤1中,每一帧图像中采用像素点的坐标位置描述双脚的位置, 表示当前帧左脚的位置坐标, 表示当前帧右脚的位置坐标,则两脚垂直方向位移两脚水平方向位移 lt-1为前一帧两脚水平方向位移。

4.根据权利要求3所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,采用余弦函数对两脚垂直方向位移dt进行建模,t t

式中,A为所述余弦函数的幅值,A=|ylmax-yrmin|,ylmax为左脚垂直坐标的最大值,yrmin为右脚垂直坐标的最小值;

Tt为所述余弦函数的周期, 表示第k个过零点的时间,为所述余弦函数的相位,

5.根据权利要求3所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤3中,当前帧双脚中间点的预测位置 为:其中,左脚预测位置 为:

右脚预测位置 为:

6.根据权利要求5所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤4中,双脚位置包括左脚位置和右脚位置,第一帧左脚位置是以左脚的脚后跟水平方向中点位置(xl,yl)为中心的方形区域,第一帧右脚位置是以右脚的脚后跟水平方向中点位置(xr,yr)为中心的方形区域;其余帧的左脚位置是以左脚预测位置 为中心的方形区域,右脚位置是以左脚预测位置 为中心的方形区域。

7.根据权利要求6所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤2中,训练分类器,确定目标模板具体包括以下步骤:步骤2.1,确定第一帧的训练样本X,训练样本X是由训练正样本x和训练负样本x(i)组成的集合,训练正样本x为第一帧窗口内的子图像,即x=[x1 x2......xn]T,训练负样本x(i)=Pix,i=1,2,……,n,P为n×n阶循环矩阵,则训练样本X为:

步骤2.2,训练分类器,即确定训练样本权值

假设图像的采样数据与下一帧真实目标位置的最小距离为F:F=min||Xω-y||2+λ||ω||2

式中,X为本帧图像的训练样本,y是训练样本的回归值矩阵,λ为正则化参数,ω为权重系数;

训练样本权值,即F为最小值时的权重系数ω,对F进行求导,可得:变换到复数域:

ω=(XHX+λI)-1XHy

式中,I为n×n阶单位矩阵;

步骤2.3,确定目标模板

设定权重系数 其中 为核函数,即训练样本X从低维空间到高维空间的

2 2

映射,根据F=min||Xω-y||+λ||ω||可得:α=(K+λI)-1y

变换到傅里叶域,

式中,K为核矩阵, 为核矩阵K第一行的傅里叶变换;为分类器系数,也是α的傅里叶变换; 为y的傅里叶变换;确定目标模板,即求解分类器系数

8.根据权利要求7所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤4中,找到最大响应的过程即为模板匹配的过程,用kz表示测试样本和训练样本在核空间的核矩阵,则测试样本的响应 为:式中 为核矩阵kz第一行的傅里叶变换,也为第二帧及后续各帧图像的测试样本,为分类器系数,e为核矩阵kz第一行对应元素与α的点乘。

9.根据权利要求8所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述模板匹配在每一帧目标搜索区域内进行,搜索区域是以全局运动模型预测的双脚位置为中点扩大后的区域。

10.根据权利要求9所述的运动模型引导下的机器人核相关滤波跟踪算法,其特征在于,所述步骤4中,更新目标模板,即更新分类器系数 和目标观测模型上式中m为学习率。