[发明专利]基于轨迹分割与拼接的目标跟踪方法

摘要

本发明公开了一种基于轨迹分割与拼接的目标跟踪方法，用于解决现有目标跟踪方法准确率差的技术问题。技术方案是首先初始化每个目标的轨迹，然后根据关联结果与轨迹历史信息的符合程度将轨迹进行有效分割，再将分割后的轨迹进行准确拼接，最后将帧窗间的轨迹依据重叠度进行拼接得到目标最终轨迹。本发明弥补了在缺乏目标外观信息的情况下，现有多目标跟踪方法的漏跟及错跟现象，实现了更为精确的多目标跟踪。

主权项

1.一种基于轨迹分割与拼接的目标跟踪方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一、设定一个初始化常数f₀，当图像序号frameNo满足0<frameNo<f₀时，对相邻的两帧图像中的目标检测结果Object₁＝{obj₁₁,obj₁₂,...,obj_1m}及Object₂＝{obj₂₁,obj₂₂,...,obj_2n}，计算代价矩阵其中，cost_i'j'为obj_1i'与obj_2j'之间的欧式距离，计算如下：将代价矩阵cost_m*n作为数据关联的输入矩阵，用匈牙利算法求解，得到匹配矩阵associate_m*n；若obj_1i'与obj_2j'匹配成功，则将obj_2j'存入obj_1i'的轨迹当中；按此过程遍历初始化常数范围内的所有图像，得到每个目标的初始化轨迹片段tracklet_i；用最小二乘法对轨迹片段进行二次曲线拟合求得拟合参数param，拟合的曲线方程为：Ax²+Bx+C＝0；当图像序号frameNo＞f₀时，对相邻两帧图像用匈牙利算法进行数据关联，并判断关联后的轨迹片段是否满足分割条件；分割条件为：simi(param(tracklet_i),param(tracklet_i+obj_2j'))＞simithreshold        (4)其中，sizeThreshold为目标的最小尺寸,simithreshold为两轨迹片段的拟合参数的相似度阈值；设obj_1i'与obj_2j'匹配成功，若满足分割条件，则在当前帧分割obj_1i'的轨迹片段，不再对tracklet_i进行处理，将与其关联的obj_2j'作为新出现的目标；依次遍历帧窗内的每帧图像，即得到当前帧窗内分割过的轨迹片段集合；步骤二、对输入的轨迹片段集合构造其代价矩阵cost′_t*t；矩阵中的cost′_ij为tracklet_i与tracklet_j之间的相异度，计算如下：cost′_ij＝w₁*dist_ij+w₂*frameGap_ij+w₃*direDiff_ij+w₄*veloDiff_ij      (5)其中，dist_ij，frameGap_ij，direDiff_ij，veloDiff_ij分别为tracklet_i与tracklet_j之间的空间距离，帧差，方向差及速度差，分别计算如下：其中，(x_startj,y_startj)为tracklet_j的轨迹起始帧中的目标位置，(x_endi,y_endi)为tracklet_i的轨迹结束帧中的目标位置；frameGap_ij＝startFrame_j‑endFrame_i                       (7)其中，startFrame_j为tracklet_j的轨迹起始帧序号，endFrame_i为tracklet_i的轨迹结束帧序号；direDiff_ij＝cos(Line(tracklet_i))‑cos(Line(tracklet_j))            (8)其中，cos(Line(tracklet_i))为tracklet_i的轨迹切线的余弦值；veloDiff_ij＝|velo_i‑velo_j|                     (9)其中，velo_i为tracklet_i中的目标平均速度，velo_j为tracklet_j中的目标平均速度；根据frameGap_ij判断每一对关联成功的轨迹片段之间是否有空白帧；若frameGap_ij＝0，则按照帧顺序将该对关联成功的轨迹片段拼接；若frameGap_ij≠0，则需计算出目标在缺失帧处的位置，再按照帧顺序进行拼接；目标在空白帧miss处的位置(x_miss,y_miss)应用目标的历史信息进行估算：x_miss＝(x_estimatei+x_estimatej)/2               (10)x_estimatei＝endLocation_i+velo_i*(miss‑endFrame_i)      (11)x_estimatej＝startLocation_j+velo_j*(startFrame_j‑miss)    (12)其中，x_estimatei和x_estimatej分别为根据轨迹tracklet_i和tracklet_j的信息估算出的目标在miss处的x坐标的位置；velo_i和velo_j分别为tracklet_i和tracklet_j中的目标平均速度；估算出目标在每一空白帧处的位置，最后将三段轨迹按照帧顺序拼接形成长的轨迹片段；步骤三、初始设定每两个相邻帧窗间的重叠为overlap帧，据此进行初步候选轨迹的筛选：得到每段轨迹的候选轨迹后，以轨迹的其它时空信息进行约束，求得每段轨迹的最终拼接轨迹；拼接后的轨迹在重叠帧f_s处的目标位置为两轨迹中目标位置的算术平均。