[发明专利]一种目标跟踪的方法及装置

权利要求书

1.一种目标跟踪的方法，其特征在于，实现步骤如下：

步骤1：在初始帧中，以目标位置为中心，在初始旋转角度下，提取图像块，并建立掩模矩阵，对图像块进行预处理，获取训练样本，利用空间和时间约束，建立时空正则化相关滤波模型，并将训练样本和对应标签输入模型，学习得到时空正则化判别相关滤波器；

步骤2：在初始帧中，以目标位置为中心，在初始旋转角度下，分别提取多尺度图像块，对所有图像块进行预处理，获取训练样本，输入尺度空间判别相关滤波模型，学习得到尺度空间判别相关滤波器；

步骤3：在随后帧中，首先以目标在上一帧的位置为中心，在上一帧的旋转角度下提取图像块，对图像块进行预处理，利用时空正则化判别相关滤波器获取每个位置的响应，并选取响应峰值所在位置为目标位置；

步骤4：以目标位置为中心，分别提取不同旋转角度图像块，对所有图像块进行预处理，利用时空正则化判别相关滤波器获取不同旋转角度下的响应峰值，选取所有响应峰值的最大值所对应的角度作为目标的旋转角度，选取此旋转角度下响应峰值所在位置作为目标的微调位置；

步骤5：以目标的微调位置为中心，在所得旋转角度下，分别提取多尺度图像块，对图像块进行预处理，利用尺度空间判别相关滤波器获取每个尺度的响应值，并选取响应峰值所对应的尺度作为目标的尺度；

步骤6：以步骤3、4和5所得目标的位置、旋转和尺度作为跟踪结果，采用步骤2和3中相同的处理方式，得到新的时空正则化判别相关滤波器和尺度空间判别相关滤波器，并采用线性插值的方式更新得到最终的相关滤波器；

步骤7：分别重复3、4、5和6，对随后帧进行处理，直到最后一帧处理结束。

2.根据权利要求1所述的一种目标跟踪的方法，其特征在于：所述的初始旋转角度，由初始化帧中的目标区域信息获得，具体指目标框主轴与图像x坐标轴的夹角。

3.根据权利要求1所述的一种目标跟踪的方法，其特征在于：所述的提取图像块，从当前帧裁剪出5倍于目标区域大小的图像区域。

4.根据权利要求1所述的一种目标跟踪的方法，其特征在于：所述的掩模矩阵，所述掩模矩阵尺度和图像块大小相同，包含在目标区域内像素对应的矩阵中的元素为0，其余为1。

5.根据权利要求1所述的一种目标跟踪的方法，其特征在于：所述的对图像块进行预处理，具体步骤如下：

(1)对图像块的分辨率进行归一化，采用双线性插值进行采样；

(2)提取归一化图像块的特征，其是混合特征，并对特征图分辨率进行归一化，合并后得到多通道特征图；

(3)对特征图进行余弦窗处理，得到最终样本。

6.根据权利要求1所述的一种目标跟踪的方法，其特征在于：所述的建立时空正则化相关滤波模型，具体实现如下：

(1)根据掩模矩阵来确定空间约束，结合相关滤波器作为空间正则化项；

(2)根据前后两帧所对应的滤波器差值的欧式距离平方作为时间正则化项；

(3)结合空间、时间正则化项和标准判别相关滤波器模型，得到时空正则化的判别相关滤波模型，并使用交替方向乘子法求解。

7.一种目标跟踪的装置，其特征在于：包括图像采集单元，图像处理单元，学习单元，跟踪单元，伺服驱动单元；其中，

所述图像采集单元，用于对目标进行成像；

所述图像处理单元，包括图像提取模块和图像预处理模块；图像提取模块用于提取视频中每一帧中特定位置、旋转和尺度的图像块，当超出当前帧范围，则复制边缘像素；图像预处理模块对图像块的分辨率进行归一化处理，并提取混合特征，得到的样本输入到学习单元和跟踪单元；

所述学习单元，由时空正则化判别相关滤波单元和尺度空间判别相关滤波单元组成，具体是通过各自的训练样本和标签学习得到相应的滤波器；

所述跟踪单元，由位移检测模块、旋转检测模块和尺度检测模块组成，接受图像处理单元的输入，输出目标最终的位移、旋转和尺度信息；

所述伺服驱动单元，根据目标跟踪的结果，驱动图像采集单元的机械运动；

该目标跟踪的装置用来实现权利要求1所述的目标跟踪的方法。