[发明专利]基于背景颜色信息加权的目标直方图的Camshift运动目标跟踪方法

摘要

本发明涉及一种基于背景颜色信息加权的目标直方图的Camshift运动目标跟踪方法，操作步骤如下：1）建立目标颜色直方图；2）建立背景颜色直方图；3）根据目标颜色直方图和背景颜色直方图计算背景加权系数；4）使用加权系数对目标颜色直方图进行加权，得到最终目标模型；5）将目标模型反向映射到每个像素点，得到颜色概率分布图；6）初始化搜索窗口，计算搜索窗内的零阶矩和一阶矩，进一步计算搜索窗的质心和新搜索窗大小；7）将搜索窗的中心移动到步骤6）中的质心位置，判断是否收敛，若收敛，读入下一帧，再进入步骤5），否则直接进入步骤6）。本发明为Camshift算法建立了一个突出目标颜色特性的目标模型，提高了算法的抗背景色干扰能力。

主权项

1.一种基于背景颜色信息加权的目标直方图的Camshift运动目标跟踪方法，其特征在于，操作步骤如下：1)初始化目标窗口，建立目标的颜色直方图；2)以除目标窗口以外的其他区域建立背景的颜色直方图；3)根据目标的颜色直方图和背景的颜色直方图计算得到以色调作为参量的背景加权系数；4)使用加权系数对目标颜色直方图进行加权，得到最终的目标模型；5)将目标模型反向映射到视频图像的每个像素点，得到颜色概率分布图；6)初始化搜索窗口，计算搜索窗内的零阶矩和一阶矩，用零阶矩和一阶矩计算搜索窗的质心(x_c,y_c)，用零阶矩计算新的搜索窗大小；7)将搜索窗的中心移动到步骤6)中计算所得的质心位置，判断是否收敛，如果收敛，读入下一帧并进入步骤5)，否则直接进入步骤6)；在所述步骤1)中，读入视频图像第一帧，手动选定一个目标窗口，使该窗口恰好包含整个目标，将目标窗口内的每个像素点的RGB值转换为对应的HSV值，取其中的H值，即色调值建立目标颜色直方图t＝{t_u}_{u＝1,2,...,n}，其中u表示目标区域色调参量，1,2,...,n表示目标区域色调参量的变化区间，t_u表示每种色调在直方图中对应的值：其中，δ是狄拉克函数，(x,y)表示单个像素点，h表示像素点的色调值，C表示归一化系数：在所述步骤2)中，对视频图像的第一帧中除目标窗口以外的区域建立背景颜色直方图，首先将每个像素点的RGB值转换为对应的HSV值，取其中的H值建立背景直颜色方图b＝{b_u′}_{u′＝1，2，...，m}，其中u′表示背景区域的色调参量，1,2,...,m表示背景区域色调参量的变化区间，b_u′表示每种色调在直方图中对应的值：其中，δ是狄拉克函数，(x,y)表示单个像素点，h表示像素点的色调值，C表示归一化系数：在所述步骤3)中，综合目标颜色直方图和背景颜色直方图的信息，判断第一帧视频图像中的每种颜色是属于下述哪一种情况：目标中有该颜色但背景中没有；目标中没有该颜色但是背景中有；目标和背景中都有该颜色；当目标和背景都有某种颜色时还需进一步判断目标该种颜色与背景中该种颜色的比例，从而产生出一个背景加权系数；设加权系数为w＝{w_u″}_{u″＝1，2，...，l}，其中u″为色调参量，1,2,...,l是指色调参量u″的变化区间，并且有：l＝max{m，n}基于以上假设，若令定义背景加权系数为：其中tanhp_u″是双曲正切函数，该函数在定义域为(0,∝)时递增，且值域为(0,1)；在所述步骤6)中，初始化一个搜索窗：对于首次进入该步骤，以目标窗口的中心为中心选择一个圆形的搜索窗口，该窗口的半径为大于或等于3的任一个奇数，单位为像素；对于非首次进入该步骤，则使用上一循环设定好的中心位置和窗口大小设置搜索窗口；在搜索窗内分别计算零阶矩：其中I(x，y)表示零像素点的灰度值；一阶矩：则搜索窗的质心为：实时更新搜索窗口大小是Camshift算法的连续适应性的体现，新的搜索窗的半径大小被设置为和零阶矩成正比的函数，若搜索窗内最大的灰度值为I_max＝I(x_i,y_i)，x_i，y_i是取最大灰度值的像素点，设新搜索窗的半径为R，则设定其值为：在所述步骤7)中，对Mean Shift收敛性的判断，以决定下一步走向；首先将搜索窗的中心位置移动到步骤6)中所得的(x_c,y_c)，记录移动距离d，定义移动距离的阈值为ε，另定义一个迭代次数的阈值，如果d＜ε或者迭代次数达到阈值，则判断为收敛，读入下一帧视频图像，并进入步骤5)，否则，判断为不收敛，直接进入步骤6)。