基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法技术

本发明专利技术公开了一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，包括如下步骤：步骤一，通过无人机航拍需要跟踪的船只视频，提取视频中需要跟踪的船只在第t帧中的P(x，y)和(w，h)；步骤三，基于步骤一中提取的P(x，y)和(w，h)预测矩形区域R；步骤四，在R中搜索需要跟踪的船只；步骤五，判断需要跟踪的船只是否已离开图像；步骤六，继续判断检测船只是否连续丢失若干帧；步骤七，继续判断该船只是否为非船只物体。本发明专利技术的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，通过步骤一至步骤七的设置，便可以有效的通过无人机航拍进行预测的方式来跟踪海上船只，相比于现有技术中的采用GPS定位跟踪的方式，避免了位置滞后的问题。

Ship tracking method based on position prediction and color similarity

【技术实现步骤摘要】
基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法
本专利技术涉及一种船只跟踪方法，更具体的说是涉及一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法。
技术介绍
船只跟踪技术在海洋领域具有十分重要的地位，通过船只跟踪技术，人们便可了解到船只在旷阔海上的具体位置，如此便可根据船只的位置情况作出相应的调整，使得船只能够更好的在海上航行。现有的对于船只进行跟踪的技术主要是通过定位技术来实现的，即船只每隔一段时间发送位置给卫星，卫星将船只发送过来的多个位置进行连接，如此构成一条船只的行驶路线，这样完成对于船只的位置跟踪操作，然而这种方式的跟踪操作由于信号传输的延时性，对于船只的位置跟踪就会有一定的滞后性，这样对于一些精细化操作的时候，现有的船只跟踪技术就显得不够适用。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种不会滞后的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法。为实现上述目的，本专利技术提供了如下技术方案：一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，包括如下步骤：步骤一，通过无人机航拍需要跟踪的船只视频，提取视频中需要跟踪的船只在第t帧中的P(x，y)和(w，h)，其中，t为任意常数，P(x，y)为中心像素坐标点，w为宽，h为高；步骤二，基于船只检测方法检测t+1帧图像；步骤三，基于步骤一中提取的P(x，y)和(w，h)预测矩形区域R；步骤四，在R中搜索需要跟踪的船只，若搜索到需要跟踪的船只，则更新该船只的P(x，y)、(w，h)和时间序列后返回步骤一，若未搜索到需要跟踪的船只，则继续下一步；步骤五，判断需要跟踪的船只是否已离开图像，若已离开图像则停止跟踪并记录船只的轨迹，若未离开图像则继续下一步；步骤六，继续判断检测船只是否连续丢失若干帧，若是则继续下一步，若不是则返回步骤二；步骤七，继续判断该船只是否为非船只物体，若是则停止跟踪并结束，若不是则停止跟踪并记录船只的轨迹。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤三中矩形区域R的预测步骤如下：步骤三一，提取航拍图像的宽度×高度，设定相应的检测窗口；步骤三二，基于步骤三一提取的宽度×高度利用以下公式定义矩形区域R：R:{(xt+1,yt+1)|xt+1∈[xt±αw]∩[1,ImgW],yt+1∈[yt±αh]∩[1,ImgH]}；其中，ImgW×ImgH是航拍图像的宽度×高度，α是比例因子，w为检测窗口的宽度，h为检测窗口的高度，(xt+1，yt+1)为矩形区域R中任一点的坐标，(xt，yt)是船只在图像中的像素坐标点的X轴坐标和Y轴坐标。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四中搜索需要跟踪的船只具体步骤为对检测到的预测区R内的船只进行比对筛选。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四中的筛选步骤如下：步骤四一，绘制t帧和t+1时矩形区域R所形成的图像P和图像P′的颜色直方图；步骤四二，将获取到的t帧时图像P和t+1帧时图像P′的颜色直方图进行相似性匹配，并计算相似性匹配值S(P，P′)，同时判断S(P，P′)是否大于预设的阈值，若大于则表示t帧图像内的船只与t+1帧图像内的船只为同一只，则判断为搜索到需要跟踪的船只。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤四二中的相似性匹配值S(P，P′)由以下公式计算得到：式中，Ci(P，P′)为颜色直方图相似性，取值在0-1之间。作为本专利技术的进一步改进，所述颜色直方图相似性Ci(P，P′)由以下公式计算得出：其中，N是直方图维数；是图像P中像素值i出现的频率；则是图像P中加权平均像素值i出现的频率，其中j为初始直方图维数。作为本专利技术的进一步改进，所述图像P中加权平均像素值i出现的频率由某个像素强度值i在图像P中出现的频率hi(p)计算平均值后得出，其中hi(p)由以下公式计算得出：其中，si(P)是像素强度值i在图像P中出现的频数。作为本专利技术的进一步改进，所述步骤五、步骤六和步骤七的具体判断步骤如下：步骤五一，首先对任一被跟踪的船只i定义如下数据结构：其中，ID：每只船唯一的标记；Pj：在第j帧中船只i的中心坐标；Tracks：船只i的轨迹，其中n为船只的轨迹个数或记录的帧数；Trackeri：记录船只i跟踪信息的结构体；GrayHist：船只i四个通道的直方图；NumCT：船只i被连续成功跟踪的次数(帧数)；NumCF：船只i连续跟踪失败的次数(帧数)；步骤五二，判断需要跟踪的船只是否已离开图像，判断条件如下：其中，exit表示船只已经离开条件，Tn是一个常量并且被设置为120帧，Tcf为一个常量，根据经验其值设置为10，n为船只被连续跟踪的总帧数；NumCF为船只未被连续跟踪的帧数；步骤五三，判断该船只是否为非船只物体，判断条件如下：其中，Deleti为非船只条件，Tcf是一个常量，根据经验其值设置为10，n为船只被连续跟踪的总帧数；NumCF为船只未被连续跟踪的帧数。本专利技术的有益效果，通过步骤一至步骤七的设置，便可通过无人机所拍摄到的船只视频进行取帧分析，然后通过设置预测矩形区域的方式来对船只接下来的位置进行预测，如此相比于现有技术中采用GPS定位跟踪的跟踪技术，在跟踪的过程中实现了对于船只位置的预测，如此便不会因为信号传输需要时间导致的位置延迟滞后的问题，能够有效的实现对于船只的精细化定位。附图说明图1为本专利技术的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法的流程图。具体实施方式下面将结合附图所给出的实施例对本专利技术做进一步的详述。参照图1所示，本实施例的一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，包括如下步骤：步骤一，通过无人机航拍需要跟踪的船只视频，提取视频中需要跟踪的船只在第t帧中的P(x，y)和(w，h)，其中，t为任意常数，P(x，y)为中心像素坐标点，w为宽，h为高；步骤二，基于船只检测方法检测t+1帧图像；步骤三，基于步骤一中提取的P(x，y)和(w，h)预测矩形区域R；步骤四，在R中搜索需要跟踪的船只，若搜索到需要跟踪的船只，则更新该船只的P(x，y)、(w，h)和时间序列后返回步骤一，若未搜索到需要跟踪的船只，则继续下一步；步骤五，判断需要跟踪的船只是否已离开图像，若已离开图像则停止跟踪并记录船只的轨迹，若未离开图像则继续下一步；步骤六，继续判断检测船只是否连续丢失若干帧，若是则继续下一步，若不是则返回步骤二；步骤七，继续判断该船只是否为非船只物体，若是则停止跟踪并结束，若不是则停止跟踪并记录船只的轨迹，在使用本实施例的方法预测船只的过程中，只需要依次执行步骤一至步骤七即可，并且在通过步骤一至步骤七检测跟踪船只的过程中，主要是通过检测t帧图像和t+1帧图像内是否有船只的方式来实现对于船只运动轨迹的相关预测，如此相比于现有技术中采用GPS定位技术来实现对于船只的跟踪技术，避免了因为位置信号传输时间导致的定位位置滞后性较强的问题，其中步骤三至步骤七即为步骤二中的船只检测方法。作为改进的一种具体实施方式，所述步骤三中矩形区域R的预测步骤如下：步骤三一，提取航拍图像的宽度×高度，设定相应的检测窗口；步骤三二，基于步骤三一提取的宽度×高度利用以下公式定义矩形区域R：R:{(xt+1,yt+1)|xt+1∈[xt±αw]∩[1,ImgW],yt+1∈[yt±αh]∩[1,ImgH]}；其中，ImgW×ImgH是航拍图像的宽度×高度，α是比例本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，通过无人机航拍需要跟踪的船只视频，提取视频中需要跟踪的船只在第t帧中的P(x，y)和(w，h)，其中，t为任意常数，P(x，y)为中心像素坐标点，w为宽，h为高；步骤二，基于船只检测方法检测t+1帧图像；步骤三，基于步骤一中提取的P(x，y)和(w，h)预测矩形区域R；步骤四，在R中搜索需要跟踪的船只，若搜索到需要跟踪的船只，则更新该船只的P(x，y)、(w，h)和时间序列后返回步骤一，若未搜索到需要跟踪的船只，则继续下一步；步骤五，判断需要跟踪的船只是否已离开图像，若已离开图像则停止跟踪并记录船只的轨迹，若未离开图像则继续下一步；步骤六，继续判断检测船只是否连续丢失若干帧，若是则继续下一步，若不是则返回步骤二；步骤七，继续判断该船只是否为非船只物体，若是则停止跟踪并结束，若不是则停止跟踪并记录船只的轨迹。

【技术特征摘要】
1.一种基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一，通过无人机航拍需要跟踪的船只视频，提取视频中需要跟踪的船只在第t帧中的P(x，y)和(w，h)，其中，t为任意常数，P(x，y)为中心像素坐标点，w为宽，h为高；步骤二，基于船只检测方法检测t+1帧图像；步骤三，基于步骤一中提取的P(x，y)和(w，h)预测矩形区域R；步骤四，在R中搜索需要跟踪的船只，若搜索到需要跟踪的船只，则更新该船只的P(x，y)、(w，h)和时间序列后返回步骤一，若未搜索到需要跟踪的船只，则继续下一步；步骤五，判断需要跟踪的船只是否已离开图像，若已离开图像则停止跟踪并记录船只的轨迹，若未离开图像则继续下一步；步骤六，继续判断检测船只是否连续丢失若干帧，若是则继续下一步，若不是则返回步骤二；步骤七，继续判断该船只是否为非船只物体，若是则停止跟踪并结束，若不是则停止跟踪并记录船只的轨迹。2.根据权利要求1所述的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，其特征在于：所述步骤三中矩形区域R的预测步骤如下：步骤三一，提取航拍图像的宽度×高度，设定相应的检测窗口；步骤三二，基于步骤三一提取的宽度×高度利用以下公式定义矩形区域R：R:{(xt+1,yt+1)|xt+1∈[xt±αw]∩[1,ImgW],yt+1∈[yt±αh]∩[1,ImgH]}；其中，ImgW×ImgH是航拍图像的宽度×高度，α是比例因子，w为检测窗口的宽度，h为检测窗口的高度，(xt+1,yt+1)为矩形区域R中任一点的坐标，(xt，yt)是船只在图像中的像素坐标点的X轴坐标和Y轴坐标。3.根据权利要求1或2所述的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，其特征在于：所述步骤四中搜索需要跟踪的船只具体步骤为对检测到的预测区R内的船只进行比对筛选。4.根据权利要求3所述的基于位置预测与颜色相似性的船只跟踪方法，其特征在于：所述步骤四中的筛选步骤如下：步骤四一，绘制t帧和t+1时矩形区域R所形成的图像P和图像P′的颜色直方图；步骤四二，将获取到的t帧时图像P和t+1帧时图像P′的颜色直方图进行相似性匹配，并...

【专利技术属性】
技术研发人员：金志扬，秦洪懋，沈重，高哈尔达吾力，于晓龙，
申请(专利权)人：海南大学，北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：海南,46