[发明专利]一种运动目标检测和跟踪方法

权利要求书

1.一种运动目标检测和跟踪方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、通过图像传感器从外界实时获取每帧图像，将获取的每一帧图像转化为灰度图，并对灰度图进行滤波去噪，得到去噪后的图像；

步骤2、将去噪后的图像，先利用三帧差分法初步得出运动目标的区域；再采用形态学滤波闭运算，填补使用帧间差分法处理后得到的二值图像中存在的空洞；再将形态学滤波闭运算后图像中灰度值不为零的像素点，即运动区域的像素点进行光流计算，提取出运动目标；

步骤3、在初始帧图像中对搜索窗口的位置和大小进行初始化，并从搜索窗中的目标区域内提取目标的HSV格式的颜色直方图，进而求得该帧图像的反向投影图；

步骤4、使用Camshift算法对图像序列进行跟踪，调整搜索窗口大小，并得出第i+1帧图像中运动目标的质心坐标

步骤5、使用Kalman滤波预测运动目标在第i+1帧图像中的质心坐标

步骤6、将Camshift算法在跟踪过程中得到的运动目标质心坐标与Kalman滤波算法对目标质心坐标的预测值进行比较，两者坐标值作差，若差值大于设定的阈值，则使用Kalman滤波算法得到的预测值来计算当前图像中运动目标的质心坐标，反之则使用Camshift算法求得的运动目标质心坐标来计算当前图像中运动目标的质心坐标；

步骤7、更新模型，获取下一帧图像，重复整个跟踪过程，直至跟踪结束。

2.根据权利要求1所述的运动目标检测和跟踪方法，其特征在于，步骤2所述将去噪后的图像，先利用三帧差分法初步得出运动目标的区域；再采用形态学滤波闭运算，填补使用帧间差分法处理后得到的二值图像中存在的空洞；再将形态学滤波闭运算后图像中灰度值不为零的像素点，即运动区域的像素点进行光流计算，提取出运动目标，具体如下：

将当前帧和前一帧图像之间的前向帧差图像记为FD_b(x,y)，下一帧和当前帧之间的后向帧差图像记为FD_f(x,y)，设定阈值T，对三帧差分法差分后的图像进行阈值化处理，得到二值图像，再计算FD_b(x,y)和FD_f(x,y)的交集，得到运动区域E(x,y)，计算公式如下：

E(x,y)＝FD_b(x,y)∩FD_f(x,y)

其中，f_i(x,y)为第i帧图像的像素值，f_i-1(x,y)为第i-1帧图像的像素值，f_i+1(x,y)为第i+1帧图像的像素值；

得到二值图后，采用形态学滤波的闭运算，即先膨胀后腐蚀，消除二值图中存在的空洞；

二值图中不为零的像素点对应于灰度梯度大于设定值的点，这些点处的光流场基本方程I_xu+I_yv+I_t＝0成立，其中，I_x、I_y、I_t表示图像中像素点灰度沿x、y、t方向上的梯度，u、v是像素点在x、y方向上的速度，再联合迭代方程即求得u、v，得到运动目标；

迭代方程为：

其中，上标k表示迭代次数，u⁰、v⁰是光流初始值，取值为0；和是局部平均，λ为控制平滑约束的权重系数，根据导数求取的精确度确定。