1.一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述目标跟踪方法包括以下步骤:步骤1,目标的初始化;
步骤2,感兴趣区域的积分直方图特征提取,过程如下:
读取第k帧图像P,感兴趣区域指能覆盖所有粒子框的最小矩形区域,感兴趣区域的四个顶点A、B、C、D的坐标分别为:
其中,(p_x,p_y)是粒子的坐标,min()是求最小值函数,max()是求最大值函数,height为目标跟踪框的高,width为目标跟踪框的宽,计算感兴趣矩形区域ABCD上颜色特征的积分直方图Hin(x,y),即计算从图像点P(xA,yA)到点P(x,y)构成的矩形区域内所有点的颜色直方图;
步骤3,根据当前目标状态不同,选择不同的跟踪方法:如果目标状态正常,用粒子滤波方法进行目标跟踪,如果目标状态为部分遮挡,用分块粒子滤波方法进行目标跟踪,如果目标状态为严重遮挡,用最小二乘法预测目标位置;
步骤4,更新当前目标状态;
步骤5,当目标处于正常状态时,更新目标模板和子块模板;
步骤6,采用系统重采样方法进行粒子的重采样;
步骤7,粒子传播:经过重采样的粒子,在x、y方向上分别扩散得到新的对应粒子,作为下一帧中粒子的初始分布。
2.如权利要求1所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤1中,目标的初始化过程为:在第1帧中通过手动框选出目标,记目标跟踪框的高为height,宽为width,目标中心点坐标为(x1,y1),提取目标区域的颜色直方图特征并初始化目标的特征模板H=(h1,h2,…,hn)(n=1,2,…,32),n是特征直方图的区间个数;
将目标的高等分成三份横向子块,从上到下分别记为子块1、2、3,将目标的宽等分成三份纵向子块,从左到右分别记为子块4、5、6,提取每个子块的颜色直方图特征并初始化目标的子块模板Hi=(h'1,h'2,…,h'n)(i=1,2,…,6;n=1,2,…,32),初始化粒子数p,初始化各粒子的位置(p_xj,p_yj)(j=1,2,…,p),初始化目标状态标志位Flag为0,初始化各子块的状态标志位 为0。
3.如权利要求1或2所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤3中,目标状态正常下的粒子滤波目标跟踪过程为:利用积分直方图对p个粒子分别提取以每个粒子j(j=1,2,…,p)为中心的宽为width,高为height的矩形框内的颜色直方图HPj=(hp1,hp2,…,hpn)(n=1,2,…,32),其中粒子j矩形框的四个顶点坐标分别为:
其中,(p_xj,p_yj)(j=1,2,…,p)是粒子j的坐标,则粒子j矩形框的颜色直方图HPj为:HPj=Hin(xA',yA')-Hin(xC',yC'-1)-Hin(xB'-1,yB')+Hin(xD'-1,yD'-1),其中,Hin(x,y)是感兴趣矩形区域上颜色特征的积分直方图,计算当前粒子框特征HPj与目标模板H=(h1,h2,…,hn)(n=1,2,…,32)的巴氏系数为 巴氏距离为计算各粒子的权重 其中σ=0.05,对各粒子权
重进行归一化处理 把所有粒子的坐标按其权重加权得到当前帧目标的中心点坐标
4.如权利要求1或2所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤3中,目标被部分遮挡时的分块粒子滤波目标跟踪过程为:根据上一帧图像中目标出现遮挡情况而检测出的子块状态标志位 提取各粒子框中 时即有效子块的颜色直方图特征HPj_i,将粒子j矩形框内的各有效子块与对应的子块模板Hi进行对比,计算各子块i的巴氏系数 取有效子块相似度的均值作为对应粒子整体部分的相似度,记有效子块个数为M,则粒子j的巴氏系数为巴氏距离为 计算各粒子的权重其中σ=0.05,对各粒子权重进行归一化处理 把所有粒子的坐标按其权重加权得到当前帧目标的中心点坐标
5.如权利要求1或2所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤3中,目标被严重遮挡时的最小二乘法目标位置预测过程为:根据前面所有帧的目标中心点坐标(xt,yt)(t=1,2,…,k-1),建立如下方程:
通过解这个方程计算出各系数a1,a2,b1,b2,根据公式xk=a1k+b1,yk=a2k+b2计算得到第k帧中目标的中心点坐标(xk,yk)。
6.如权利要求1或2所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤4中,目标状态的更新过程为:从前面步骤中可计算得到当前帧(第k帧)目标的中心点坐标(xk,yk),计算当前帧中目标特征直方图Hacc=(h1′,h2′,……,hn′)(n=1,
2,…,32),记当前帧目标特征与特征模板H=(h1,h2,…,hn)(n=1,2,…,32)的相似度为设目标的整体相似度阈值为T1,当B大于等于阈值T1时,说明目标在当前帧中是正常状态,如果此时目标状态标志位Flag等于0,则保持不变,否则更新当前目标状态标志位为0,即表明此时目标已经脱离了遮挡;当B小于阈值T1时,说明目标在当前帧中被遮挡,提取目标坐标(xk,yk)区域上各子块i(i=1,2,…,6)的颜色特征直方图记作Hacc_i,计算各子块与对应子块模板Hi的相似度 设子块的相似度阈值为T2,则:
i i
即当B小于T2,该子块i为无效子块,记子块状态标志位 为0;当B大于等于T2,该子块i为有效子块,记子块状态标志位 为1,统计有效子块的数目M,根据有效子块数目来判定目标的遮挡严重程度:
即当有效子块的数目M大于2时,说明目标在当前帧中被部分遮挡,更新目标状态标志位Flag为1,当有效子块的数目M小于等于2时,说明目标在当前帧中被严重遮挡,更新目标状态标志位Flag为2。
7.如权利要求1或2所述的一种抗遮挡的基于积分直方图的粒子滤波目标跟踪方法,其特征在于:所述步骤5中,模板更新方法为:设目标特征模板的直方图为H,当前帧的目标新坐标区域特征直方图为Hacc,则模板更新公式为:H=αH+(1-α)Hacc,其中,0.80≤α≤0.99,α具体数值根据视频情况设定;子块模板更新方法与上述目标模板更新方法类同。