[发明专利]高速运动标记点图像快速搜索方法

权利要求书

1.一种高速运动标记点图像快速搜索方法，其特征是，利用标记点运动路径连续性以及相面速度矢量变化连续性确定图像相面搜索方向，并利用标记点瞬时相面运动距离、相面加速度以及出现位置进行迭代计算实时调控每帧搜索范围，将相面搜索范围与背景进行灰度差值，得到灰度变化区域，完成标记点快速搜索；高速运动标记点图像快速搜索方法具体步骤如下：

（1）标记点初始位置搜索

利用灰色阀值法搜索标记点运动初始相面位置，分别对前三帧图像进行全部二值化处理，利用灰度阀值法搜索每张图片，获得标记点位置坐标(u,v)以及每帧标记点像素个数q；并运用以下公式确定第二帧图像标记点速度与加速度

vi→=Si,i-1→+Si+1,i→2t---(1)]]>

ai→=ΔSi+1,i→t2---(2)]]>

其中，脚标i为图片帧数、为第i帧标记点与第i-1帧标记点像素距离矢量为第i+1帧标记点与第i帧标记点像素距离矢量为两帧间隔时间、是相同间隔时间下路程差矢量，值为

（2）迭代计算各帧搜索范围大小

利用第i-2帧图像标记点的运动速度、加速度以及第i-1帧图像标记点的像素个数q_i-1确定第i帧搜索范围；搜索区域为一个扇形圆环，第i帧扇形圆环面积由第i-1帧图像标记点的像素个数q_i-1确定，扇形圆环面积包括像素个数为n倍前帧标记点像素个数；

利用像素长度L、宽度H，根据以下公式计算第i帧扇形圆环所需搜索范围面积M_i以及扇形圆环夹角α_i+β_i：

M_i＝nq_i-1L·H          （3）

αi+βi=2MiRi-ri---(4)]]>

其中，脚标i为图片帧数、n为放大倍数、R_i为以第i-1帧标记点中心为圆心的圆环外边界半径、r_i为以第i-1帧标记点中心为圆心的圆环内边界半径、α_i为扇形上边界与夹角、β_i为扇形下边界与夹角，R_i、r_i由以下公式求得：

Ri=|(vi-2→+ai-2→t)t+12ai-2→t2|+wqi-1·L·Hπ---(5)]]>

ri=|(vi-2→+ai-2→t)t+12ai-2→t2|-wqi-1·L·Mπ---(6)]]>

其中为w边界系数；

（3）迭代计算调整各帧搜索范围搜索角度

本发明利用上帧标记点出现位置实时调下帧控扇形圆弧参数α_i、β_i，变化搜索范围；

第i帧搜索方向为沿前两帧标记点像素距离矢量夹角参数初始值设为α_i=β_i；将代入公式（4、5、6）求得第i帧扇形圆弧夹角α_i+β_i以及圆环内外边界搜索范围，将搜索区域进行二值化处理并与背景进行灰度差值，搜索得到第i帧标记点相面坐标(u_i,v_i)用标记O_i表示；利用所得O_i代入下面公式求得当前帧标记点偏离当前帧搜索方向角度θ：

θi=arccos[|(ui-ui-1),(vi-vi-1)→×Si-2,i-1→||(ui-ui-1),(vi-vi-1)→|·|Si-2,i-1→|]---(7)]]>

当θ_i角不为零时，需利用下面公式判定θ_i角偏离方向，f为正在上方，f为负在下方：

f＝(u_i-1-u_i-2)·(v_i-v_i-2)-(u_i-u_i-2)·(v_i-1-v_i-2)     （8）

当f为正时，α_i+1=α_i+θ_i、β_i+1=β_i-θ_i；

当f为负时，α_i+1=α_i-θ_i、β_i+1=β_i+θ_i；

若在搜索范围内无标记点需调整扇形圆环各参数，首先保证边界系数w不变，扩大放大倍数n使得搜索范围夹角α_i+β_i变大进行搜索，如搜索到标记点则将放大倍数n还原并将所求得的θ_i角带入公式继续迭代求解下帧搜索范围；若仍无标记点，则同时扩大放大倍数n与边界系数w使得搜索范围夹角α_i+β_i与边界R_i、r_i都变大搜索，如搜索到标记点则还原放大倍数n与边界系数w，带入所求得θ_i角继续迭代求解下帧搜索范围，如仍无标记点则确定标记点消失；若连续多帧需要同时扩大放大倍数n与边界系数w才可搜索到标记点则不再还原放大倍数n与边界系数w。