一種基於頭部最小內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法
2023-05-19 13:35:46 3
一種基於頭部最小內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於頭部內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法，步驟S1：對經過目標輪廓濾波並消除尖銳弧段後的擴展目標輪廓，採用目標頭部方向進行計算，得到目標頭部偏移質心；步驟S2：以該偏移質心為基準，獲取到該擴展目標輪廓頭部的最小內切圓；步驟S3：將該最小內切圓與目標主軸直線相交的兩點中位於目標輪廓頭部的前沿方向的交點作為最終的跟蹤點，從而減小跟蹤點的抖動。由於該求取跟蹤點的方法從目標內部出發，充分利用了目標上灰度比較均勻的特點，排除了目標外不穩定氣流及其它幹擾的影響，最終得到的目標跟蹤點較之於傳統方法具有更高的穩定性，減小了跟蹤過程中的抖動，降低了跟蹤失效的風險。
【專利說明】一種基於頭部最小內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於計算機視覺與圖像分析領域，涉及一種目標跟蹤點提取方法，特別涉及一種基於頭部最小內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法。
【背景技術】
[0002]伴隨著光學成像跟蹤領域的發展，對於目標高精度穩定跟蹤，特別是具有大尾焰或尾煙的擴展目標情況下的穩定跟蹤需求越來越迫切。當目標存在強烈發光或發熱情況下，目標在成像跟蹤系統的電視視場中所佔面積急劇增加，通常要佔掘視場的1/3以上，嚴重時甚至可能超出視場。此時，其於整體特徵點如形心、質心的跟蹤方式無法確保目標不溢出視場，只有採甩基於局部特徵點的跟蹤方法才具有較高的跟蹤魯棒性。
[0003]然而，傳統的角點、邊緣等方式在跟蹤過程中難以適應目標邊緣的模糊特性以及目標姿態的變化，導致這些跟蹤點提取方式無法適應該類邊緣不清晰的目標，容易導致特徵點在幀間難以對應，提取點發生漂移的情況出現[1_2]。基於目標前沿的跟蹤點提取方法非常適合這類擴展目標的跟蹤，但是，由於目標本體發光或發熱不均勻，致使提取的跟蹤點容易受不穩定的閩值分割結果所影響，進而引起跟蹤點的劇烈抖動。文獻[3]採用輪廓平滑濾波的方法消除了目標二值輪廓上不穩定的尖銳弧段，減小了目標本體對於跟蹤點提取的影響，在一定程度上減小了跟蹤點的抖動，但是，由於其使用的弦弧比閩值的適應性有限，最終跟蹤點的提取抖動大多數情況下仍然大於一個像素。
[0004]參考文獻
[0005][I]樊志華，王春鴻，吳明軍.「基於幾何特徵點的擴展目標跟蹤方法」，
`[0006]光電工程，2009，36(10)，12-15，23.[0007][2]張凱，劉佔艾，鍾都都，閻傑.「紅外導引頭邊緣模板匹配跟蹤算法研究」，
[0008]西北工業大學學報，2008，26(3)，331-334.[0009][3]雷濤，蔣平，周進，吳飲章，「一種擴展目標穩定跟蹤點提取方法」，
[0010]專利甲請號:201210268512.7.
【發明內容】
[0011]本發明為了克服現有技術的不足，提供了一種基於頭部最小內切圓的穩定跟蹤點提取方法，克服了目標外部不穩定氣流與目標本體變化的影響，充分利用目標尾焰內部灰度分布均勻的特性，進一步減小了文獻[3]中擴展目標前沿跟蹤方法所獲提取點的抖動。
[0012]為了達到上述目的，本發明提供的一種擴展目標穩定跟蹤點的提取方法的計算步驟如下:
[0013]步驟S1:對經過目標輪廓濾波並消除尖銳弧段後的擴展目標輪廓，採用目標頭部方向進行計算，得到目標頭部偏移質心；
[0014]步驟S2:以該偏移質心為基準，獲取到該擴展目標輪廓頭部的最小內切圓；
[0015]步驟S3:將該最小內切圓與目標主軸直線相交的兩點中位於目標輪廓頭部的前沿方向的交點作為最終的跟蹤點，從而減小跟蹤點的抖動。
[0016]本發明所提取的目標跟蹤點具有如下優點:
[0017](I)選取的跟蹤點位於目標主輪廓的頭部，避免了目標充滿視場所導致的分割失敗。
[0018](2)基於輪廓平滑後所提取的最前沿點，並以此點為基準所求取的內切圓圓心，較之不經過平滑處理而直接求取的圓心更為穩定。
[0019](3)由於該求取跟蹤點的方法從目標內部出發，通過求取目標頭部最小內切圓與主軸的交點得到的跟蹤點，充分利用了目標內部灰度分布均勻的特性，避免了目標輪廓外部不穩定氣流以及目標本體幹擾的影響，最終得到的目標跟蹤點較之於傳統方法具有更高的穩定性，大幅降低了跟蹤點的抖動，降低了跟蹤失效的風險，提高了目標測量的精度以及輸出跟蹤數擁的穩定性。
[0020]本發明方法提取的跟蹤點與真實值之間的差更小，並且晃動更小，提取點受目標本體變化的影響比文獻[3]方法小，所獲得的跟蹤點更加穩定。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明穩定跟蹤點提取的流程圖；
[0022]圖2a為實施例中第N巾貞目標跟蹤點提取結果的不意圖；
[0023]圖2b為實施例中第N十I巾貞目標跟蹤點提取結果的不意圖；
[0024]圖3為本發明的提取結果的抖動與文獻[3]方法提取結果方位上抖動情況的比較；
[0025]圖4為本發明的提取結果的抖動與文獻[3]方法提取結果俯仰上抖動情況的比較。
[0026]【具體實施方式】
[0027]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，並參照附圖，對本灰明進一步詳細說明。
[0028]本發明的擴展目標穩定跟蹤點的提取可以硬體方式實現，也可以軟體方式實現。例如在個人計算機、工控機及伺服器.上以軟體的形式安裝並執行，也可做成嵌入式晶片以硬體的形式來體現。下面參照附圖對本發明的【具體實施方式】進行說明。
[0029]本發明適用於成像跟蹤設備對視場中的擴展目標進行跟蹤，尤其是當目標距離成像設備較近時，目標本體在視場中成像較為明顯，同時目標具有較強尾焰或尾煙情況下的跟蹤。具體的，擴展目標穩定跟蹤點提取步驟包括:
[0030]步驟S1:對經過目標輪廓濾波並消除尖銳弧段後的擴展目標輪廓，採用目標頭部方向進行計算，得到目標頭部偏移質心；
[0031]步驟S2:以該偏移質心為基準，獲取到該擴展目標輪廓頭部的最小內切圓；
[0032]步驟S3:將該最小內切圓與目標主軸直線相交的兩點中位於目標輪廓頭部的前沿方向的交點作為最終的跟蹤點，從而減小跟蹤點的抖動。
[0033]木發明方法中擴展目標穩定跟蹤點提取的流程如圖1所示，以目標輪廓平滑濾波後消除了尖銳弧段的擴展目標二值輪廓為基礎，首先完成擴展目標頭部方向以及最前沿點計算，然後以該前沿點為中心，採用各向同性的圓形區域計算，求得比該初始前沿點穩定性更好的目標頭部偏移質心，進而使用該質心為圓心計算求得擴展目標頭部輪廓的最小內切圓，最後求取該最小內切圓與目標主軸直線的交點，取交點中靠近目標頭部前沿方向的點為最終的跟蹤點:
[0034]具體的，本發明求取基於擴展目標輪廓頭部最小內切圓的跟蹤點包括以下步驟:
[0035]1.首先根據平滑後的目標二值輪廓計算得到目標頭部方向θη。
[0036]
【權利要求】
1.一種基於頭部最小內切圓的擴展目標穩定跟蹤點提取方法，其特徵在於，擴展目標穩定跟蹤點提取步驟包括: 步驟S1:對經過目標輪廓濾波並消除尖銳弧段後的擴展目標輪廓，採用目標頭部方向進行計算，得到目標頭部偏移質心； 步驟S2:以該偏移質心為基準，獲取到該擴展目標輪廓頭部的最小內切圓； 步驟S3:將該最小內切圓與目標主軸直線相交的兩點中位於目標輪廓頭部的前沿方向的交點作為最終的跟蹤點，從而減小跟蹤點的抖動。
2.如權利要求1所述擴展目標跟蹤點的提取方法，其特徵在於，求取擴展目標輪廓頭部最小內切圓的步驟如下: 步驟21:通過如下方式獲取到目標頭部方向θη
3.如權利要求1所述擴展目標跟蹤點的提取方法，其特徵在於，求取最終的跟蹤點步驟如下: 步驟31:求取以目標頭部方向0?為方向角，過質心點Pb的直線Lp 步驟32:在直線Lp與內切圓Cins的兩個交點Ptl與Pt2中，取靠近目標頭部方向的交點作為最終的跟蹤點Pt。
4.如權利要求2所述擴展目標跟蹤點的提取方法，其特徵在於，採用基於目標主軸與運動方向求得目標輪廓頭部方向的最前沿點。
5.如權利要求4所述擴展目標跟蹤點的提取方法，其特徵在於，以該最前沿點為中心，採用各向同性的圓形區域求得比該最前沿點穩定悄更好的目標頭部偏移質心。
6.如權利要求1所述擴展目標跟蹤點的提取方法，其特徵在於，以該目標頭部偏移質心為圓心計算獲取到濾波後擴展目標頭部輪廓的最小內切圓。
【文檔編號】G06T7/20GK103530891SQ201310475804
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月12日 優先權日:2013年10月12日
【發明者】雷濤, 蔣平, 周進, 吳欽章 申請人:中國科學院光電技術研究所