动态背景下基于固定形态的单一运动目标追踪方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法和装置。该方法包括：以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像；利用帧差法检测YUV图像中的运动目标区域；对运动目标区域中的运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理；利用霍夫变换检测二值边缘图像的直线及直线交点；根据摄像头与运动目标的距离和目标的实际大小，以直线交点为中心确定运动目标。可见，本发明专利技术在动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪时的运算速度快，保证低速运动中实现目标追踪的实时性，且方法简单易实现。

Single moving object tracking method and device based on fixed form under dynamic background

The invention discloses a method and a device for tracking a single moving object based on a fixed form in a dynamic background. The method includes: two black lines cross the white background as a moving target to be tracked, YUV images to moving target tracking the current frame through the camera; using the frame to detect moving target in YUV image difference method; on moving objects in the area of image edge detection to obtain two. And filtering; detection using Hof transform value of two straight line and straight line intersection edge image; according to the actual size of the camera and the target distance and target, the moving target is determined as the center line. Therefore, the invention has fast operation speed under the dynamic background and the tracking of a single moving target based on the fixed form, and ensures the real-time performance of target tracking in low speed motion, and the method is simple and easy to implement.

【技术实现步骤摘要】
动态背景下基于固定形态的单一运动目标追踪方法和装置
本专利技术涉及目标追踪
，特别涉及一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标追踪方法和装置。
技术介绍
近年来，运动目标追踪应用越来越广，特别是随着无人机应用的兴起，其相应的目标追踪方法越来越被重视。追踪主要可分为三类：基于区域的追踪，基于轮廓的追踪和基于特征的追踪，而能准确进行追踪的前提是准确在背景中检测出被追踪的目标。检测被追踪的目标的时候，首先是目标区域的检测方法。在静态背景下，运动目标区域的检测方法有帧差法、光流法、背景减除法等，其中光流法计算复杂度大，很难实现实时处理；背景减除法需要对背景进行建模，所以需要一组没有目标的背景图像序列；帧差法是将第一帧图像作为背景图像，通过两帧图像之间的差值来获取运动目标区域，具有较好的实时性，而且算法简单、计算量小，是一种常见的目标检测算法。其次是目标形态的检测，目标的表示形式是目标追踪的基础，最常见的基于目标形态的表示方法有：点表示方法、几何形状表示方法、骨架表示法、轮廓表示法。此外，还有基于目标的外观特征的表示方法有：目标概率密度表示方法、模板表示方法、主动外观模型表示方法、多视点模型表示法。针对几何形状表示方法中的直线表示法，进行目标形态检测的时候，检测直线最常用的方法是概率霍夫变换，能够检测到直线线段，在找到直线段后，将此直线上的点全部删除，但是现有技术中的概率霍夫变换在删除的过程中需要再次进行霍夫空间转换，运算量大，计算速度比较慢，在硬件条件有限的平台上很难实现实时处理。另外，霍夫变换处理的是二值边缘图像，在进行转换成二值边缘图像的过程中，会用到边缘检测算法canny算法，但是canny算法中首先需要对图像进行高斯滤波，在硬件条件有限的平台上，运算速度达不到。总之，在现有技术中的基于固定形态的单一运动目标追踪方法中的计算量较大，运算量较大，很难实现目标的实时追踪。
技术实现思路
鉴于现有技术基于固定形态的单一运动目标追踪方法中的计算量较大，运算量较大，很难实现目标的实时追踪的问题，提出了本专利技术的一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标追踪方法和装置，以便解决或至少部分地解决上述问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法，所述方法包括：以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像；利用帧差法检测所述YUV图像中的运动目标区域；对所述运动目标区域中的所述运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理；利用霍夫变换检测所述二值边缘图像的直线及直线交点；根据所述摄像头与所述运动目标的距离和目标的实际大小，以所述直线交点为中心确定运动目标。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪装置，其特征在于，所述装置包括：YUV图像获取单元，用于以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像；运动目标区域检测单元，用于利用帧差法检测所述YUV图像中的运动目标区域；边缘检测单元，用于对所述运动目标区域中的所述运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理；霍夫变换检测单元，用于利用霍夫变换检测所述二值边缘图像的直线及直线交点；运动目标确定单元，用于根据所述摄像头与所述运动目标的距离和目标的实际大小，以所述直线交点为中心确定运动目标。综上所述，本专利技术在一白色背景的两条黑色交叉线为带追踪的运动目标的时候，利用简单的帧差法检测运动目标的YUV图像中的运动目标区域；在获取二值边缘图像时采用2*2模板算子，并对检测到的边缘进行形态学滤波，减少计算量的同时，可获得较理想的运动目区域的边缘信息；最后利用改进后的霍夫变换检测二值边缘图像的直线及直线交点，减少霍夫空间二次转换，使得目标追踪的计算量减小，提高运算速度。可见，本专利技术在动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪时的运算速度快，保证低速运动中实现目标追踪的实时性，且方法简单易实现。附图说明图1为本专利技术一个实施例提供的一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法流程图；图2为本专利技术一个实施例提供的一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪装置示意图。具体实施方式本专利技术的设计思路是：鉴于现有技术基于固定形态的单一运动目标追踪方法中的计算量较大，运算量较大，很难实现目标的实时追踪的问题。本专利技术首先利用运算简单的帧差法，然后针对直线检测的边缘检测算法和形态学滤波代替复杂的高斯滤波，最后采用改进后的霍夫变换，减少霍夫空间二次转换，大大降低了目标追踪过程中的运算量。为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。图1为本专利技术一个实施例提供的一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法流程图；本实施例中的目标形态是白色背景上有两条黑色交叉线，将此形状信息作为追踪的基础。如图1所示，该方法包括：步骤S110，以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像，然后在镜头精致的状态下进行目标检测。本实施例中摄像头获取的YUV图像大小是1280*960。步骤S120，利用帧差法检测YUV图像中的运动目标区域。因为帧差法具有较好的实时性，而且算法简单、计算量小。所以本实施例中采用帧差法进行运动目标区域的检测。在进行帧差法检测的时候首先将Y值图像划分成4*4大小的格子，将图像大小变成320*240，这样在进行运动目标区域检测的时候也可以在一定程度上减小运算量。步骤S130，对运动目标区域中的运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理。这里在进行运动目标边缘检测的时候，针对本实施例中的目标的特点，采用的2*2的模板算子，且在进行滤波的时候采用的是形态学滤波，也可在一定程度上提高运算速度。步骤S150，利用霍夫变换检测二值边缘图像的直线及直线交点。这里的霍夫变换采用的改进后的霍夫变换，在进行霍夫变换寻找目标的时候不需要进行霍夫空间的二次转换，也同样使得目标追踪的计算量减小，提高运算速度。步骤S150，根据摄像头与运动目标的距离和目标的实际大小，以直线交点为中心确定运动目标。当利用霍夫变换寻找道二值边缘图像上的目标后，需要根据摄像头与运动目标的距离和目标的实际大小确定最终的运动目标，以实现目标的追踪。在本专利技术的一个实施例中，步骤S120中的利用帧差法检测YUV图像中的运动目标区域包括：(1)将YUV图像在第一预设窗口范围内像素点的Y值求和作为新的像素点，获得缩小YUV图像。例如，YUV图像大小是1280*960，第一预设窗口范围为4*4。这里就是将Y值图像划分成4*4大小的格子，每个格子内的16个像素点的Y值求和作为一个新的像素点，最终图像大小变为320*240，这样可以减少细微变化对目标检测的影响。(2)计算缩小YUV图像与上一帧的YUV图像的帧差值，判断帧差值是否大于第一预设阈值；若判断为是，则将帧差值大于第一预设阈值的区域作为缩小YUV图像的第一运动目标区域。因为目标区域的存在，且是运动的状态，那么目标区域的位置就会使得当前帧的YUV图像中的目标区域的位置与上一帧的YUV图像中的与当前帧YU本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法，其特征在于，所述方法包括：以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像；利用帧差法检测所述YUV图像中的运动目标区域；对所述运动目标区域中的所述运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理；利用霍夫变换检测所述二值边缘图像的直线及直线交点；根据所述摄像头与所述运动目标的距离和目标的实际大小，以所述直线交点为中心确定运动目标。

【技术特征摘要】
1.一种动态背景下基于固定形态的单一运动目标的追踪方法，其特征在于，所述方法包括：以白色背景的两条黑色交叉线作为待追踪的运动目标，通过摄像头获取待追踪的运动目标当前帧的YUV图像；利用帧差法检测所述YUV图像中的运动目标区域；对所述运动目标区域中的所述运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理；利用霍夫变换检测所述二值边缘图像的直线及直线交点；根据所述摄像头与所述运动目标的距离和目标的实际大小，以所述直线交点为中心确定运动目标。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用帧差法检测所述YUV图像中的运动目标区域包括：将所述YUV图像在第一预设窗口范围内像素点的Y值求和作为新的像素点，获得缩小YUV图像；计算所述缩小YUV图像与上一帧的YUV图像的帧差值，判断所述帧差值是否大于第一预设阈值；若判断为是，则将帧差值大于第一预设阈值的区域作为所述缩小YUV图像的第一运动目标区域；获取所述第一运动目标区域的中心点坐标，将所述中心点坐标对应到所述YUV图像中，并根据所述摄像头与所述待追踪的运动目标的距离和所述待追踪的运动目标的实际大小预估所述YUV图像中的运动目标区域。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述运动目标区域中对所述运动目标进行边缘检测获取二值边缘图像，并进行滤波处理包括：对所述目标区域进行一次下采样，对下采样后的目标区域采用边缘检测算子P和Q进行X方向和Y方向检测，判断检测后两个方向上偏导数的最大值是否大于第二预设阈值，将偏导数的最大值大于第二预设阈值的点标记为边缘点，以获取所述待追踪目标的边缘作为二值边缘图像；其中，获取所述二值边缘图像的背景颜色信息，判断所述颜色信息值是否小于第三预设阈值，若判断为是，则利用RGB颜色信息将背景颜色滤除；利用形态学滤波方法将二值边缘图像进行一次膨胀，对膨胀后的二值边缘图像进行两次腐蚀，获得滤波后的二值边缘图像。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用霍夫变换检测所述二值边缘图像的直线及直线交点包括：随机获取所述滤波后的二值边缘图像中的若干个特征点；对所述若干个特征点进行霍夫变换，统计霍夫空间内角度值θ对应的值r相同的点的个数；判断所述个数是否大于第四预设阈值，若判断为是，将角度值θ作为直线的方向，且确定霍夫空间中的点(θ，r)对应的直角坐标系中的点(x，y)是直线上的点；从点(x，y)出发沿直线方向θ进行位移，依次位移一个第一预设位移间距，判断位移后的点是否是所述二值边缘图像中的边缘点，若判断为是，则确定该点是直线上的点，若判断为否，则进一步判断所述位移后的点周围第三预设窗口范围内的点是否是所述二值边缘图像中的边缘点，若判断为是，则确定该点是直线上的点，直到找到所述二值边缘图像的直线上的两个端点；计算所述直线的长度，判断所述直线的长度是否大于第五预设阈值，若判断为是，则将该直线确定为所述待追踪的运动目标的直线；并再次从点(x，y)出发，沿该直线方向θ进行位移，依次位移一个第二预设位移间距，将位移后的点周围的第二预设窗口范围内的点删除；重复上述步骤，直到找到所述待追踪目标的所有直线，判断所述所有直线是否存在交点，若判断为是，则确定直线及直线交点。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：设定预设检测步长；对所述待追踪的运动目标的经过预设检测步长的下一帧YUV图像中的运动目标区域进行边缘、滤波处理和直线及直线交点的检测，若检测到直线及直线交点，确定运动目标并继续追踪；若没有检测到直线或直线交点，扩大所述下一帧YUV图像中的运动目标区域进行检测，若仍没有检测到直线或直线交点，则重新对所述待追踪的运动目标进行追踪。6.一种动态背景下基于固定形态的单一...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏明月，蔡忠育，
申请(专利权)人：歌尔科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37