一种图像跟踪方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种图像跟踪方法，包括：通过积分运算，计算整个跟踪区域内以整个跟踪区域预先设定的一角为起始点的所有区域的直方图，得到区域积分直方图；利用区域积分直方图，计算整个跟踪区域中目标可能出现的每个搜索窗口的直方图，将计算得到的每个搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定目标的跟踪位置。此外，本发明专利技术还公开了一种图像跟踪系统。本发明专利技术所提供的图像跟踪方法及系统能够保证跟踪效果，并提高跟踪速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像跟踪技术，尤其涉及一种图像跟踪方法及系统。
技术介绍
目前的图像跟踪技术中，通常采用基于直方图匹配的目标跟踪算法实现对目标的跟踪，即在新一帧图像中目标可能出现的区域搜索最匹配的对应目标，作为目标的新位置。其中，考虑到每一帧图像在拍摄过程中，由于目标的远近移动，而可能使目标在每帧图像中的尺寸大小不一样，即目标在每帧图像中的尺度有可能不同，因此，在新一帧图像中目标可能出现的区域除了包括跟踪区域中不同位置的区域外，还包括对相同位置进行不同尺度缩放所形成的区域。在基于直方图匹配的目标跟踪算法中，有一种算法为Meanshift目标跟踪算法，该算法中采用迭代搜索的策略，能够在较短的时间内跟踪到目标，但由于迭代算法是基于匹配度梯度下降的原理，因此搜索过程中只能找到匹配度的局部最优位置，而不能找到全局最优位置，使得在有相近颜色的物体存在的情况下，容易出现目标跟踪失败的情况，无法保证跟踪效果。此外，在基于直方图匹配的目标跟踪算法中，还有一种算法为基于全局搜索的目标跟踪算法，该算法中采用穷举搜索的策略，将目标可能出现的每一个位置和尺度区域的目标图像都与待跟踪目标图像进行匹配，根据匹配结果得到目标在下一帧图像中的跟踪位置。可见，基于全局搜索的目标跟踪算法能够保证跟踪效果，但是该算法中，在对目标可能出现的每个位置和尺度区域的目标图像与待跟踪目标图像进行匹配的过程中，需要计算每个区域，即每个搜索窗口的目标图像的直方图，现有技术中，在计算搜索窗口的直方图时，确定了直方图的色阶组数后，需要根据该搜索窗口中每一个像素点的亮度色阶，逐次计算每个像素点所属的直方图组别，统计每个直方图组别的像素点个数，得到该搜索窗口的直方图。由于每搜索一个窗口区域，都要重复一次上述计算直方图的过程，又因为在穷举搜索中，有很多像素点的计算都是重复进行的，因此计算量较大，如在100×100大小的搜索窗口中搜索20×20的目标时，若考虑有三种尺度变化的话，则至少约需计算3×80×80×20×20＝7680000次，可见计算量较大，因此现有技术中，基于全局搜索的目标跟踪算法的实时跟踪性较差。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术一方面提供一种图像跟踪方法；另一方面提供一种图像跟踪系统，能够保证跟踪效果，并提高跟踪速度。本专利技术所提供的图像跟踪方法，包括通过积分运算，计算整个跟踪区域内以整个跟踪区域预先设定的一角为起始点的所有区域的直方图，得到区域积分直方图；利用区域积分直方图，计算整个跟踪区域中目标可能出现的每个搜索窗口的直方图，将计算得到的每个搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定目标的跟踪位置。其中，所述积分直方图包括颜色积分直方图，和/或，梯度方向积分直方图。上述方案中，所述利用区域积分直方图，计算目标可能出现的每个搜索窗口的直方图为对目标可能出现的每个搜索窗口，用该搜索窗口四个角对应的区域积分直方图进行加减运算，得到该搜索窗口的直方图。其中，若预先设定的一角为左上角，则所述用搜索窗口四个角对应的区域积分直方图进行加减运算具体为将该搜索窗口右下角对应的区域积分直方图与该搜索窗口左上角对应的区域积分直方图相加之后，减去该搜索窗口右上角对应的区域积分直方图和左下角对应的区域积分直方图，得到该搜索窗口的直方图。上述方案中，所述通过计算得到区域积分直方图包括确定直方图组数；计算整个跟踪区域中每个像素点所属的直方图组别；统计整个跟踪区域中以预先设定的一角O作为起始点的所有区域Ci，j中属于每个直方图组别的区域积分像素个数；根据直方图组数和每个Ci，j中每个直方图组别的区域积分像素个数，得到每个区域积分直方图。其中，所述统计整个跟踪区域中所有Ci，j中属于每个直方图组别的区域积分像素个数具体为根据每个像素点所属的直方图组别信息，在整个跟踪区域O所属的一条边的方向上，对每个组别中的像素点个数进行加法递推计算，得到每个组别在该方向上的方向积分像素个数；对得到的每个组别的所述方向积分像素个数，在整个跟踪区域O所属的另一条边的方向上进行加法递推计算，得到每个Ci，j中每个组别的区域积分像素个数。上述方案中，当积分直方图包括梯度方向积分直方图时，所述计算每个像素点所属的直方图组别包括按照直方图组数确定梯度方向的角度区间；计算每个像素点的梯度方向所属的角度区间，得到该像素点所属的直方图组别。其中，所述计算每个像素点的梯度方向所属的角度区间包括计算角度区间的边界点的正切值，得到正切值区间；计算每个像素点在坐标轴的y方向的梯度值与x方向的梯度值的比值，根据该比值所处的正切值区间，得到每个像素点的梯度方向所属的角度区间。上述方案中，所述目标的标准直方图包括目标的全局直方图；则所述将所计算的每个搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配，得到匹配结果包括将所计算的每个搜索窗口的全局直方图与目标的全局直方图进行匹配，得到搜索窗口的全局匹配度，将所得到的搜索窗口的全局匹配度作为匹配结果。较佳地，所述目标的标准直方图还包括将目标分块后的分块直方图；则得到搜索窗口的全局匹配度之后，将该搜索窗口的全局匹配度作为匹配结果之前，进一步包括根据搜索窗口的全局匹配度，得到多个全局匹配度满足预设条件的搜索窗口；将所述多个搜索窗口分别按照与目标对应的分块方式进行分块，得到每个搜索窗口的子窗口；利用区域积分直方图，计算每个子窗口的直方图，将得到的每个子窗口的直方图与目标对应块的分块直方图进行匹配，得到每个子窗口的分块匹配度；根据每个搜索窗口的全局匹配度和该搜索窗口中每个子窗口的分块匹配度，得到每个搜索窗口的匹配结果。较佳地，计算整个跟踪区域的积分直方图之前，进一步包括利用分类器对整个跟踪区域中目标可能出现的每个搜索窗口进行置信度描述，若没有置信度满足跟踪要求的搜索窗口，则执行所述计算整个跟踪区域的积分直方图的操作。较佳地，该方法进一步包括若存在置信度满足跟踪要求的搜索窗口，则对置信度满足跟踪要求的搜索窗口进行直方图匹配，若直方图匹配失败，则执行所述计算整个跟踪区域的积分直方图的操作；若直方图匹配成功，则将匹配成功的搜索窗口作为目标的跟踪位置。较佳地，该方法进一步包括将匹配成功的搜索窗口进行存储，根据存储的预定个数的搜索窗口的直方图，计算每个特征通道中直方图各组别的权重；则所述将搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配为根据每个特征通道中各组别的权重，对搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配。本专利技术所提供的图像跟踪系统，包括跟踪区域设置单元、区域积分计算单元和直方图匹配跟踪单元，其中，跟踪区域设置单元，用于在当前帧图像中设置目标的跟踪区域，将所设置的跟踪区域通知给区域积分计算单元和直方图匹配跟踪单元；区域积分计算单元，用于通过积分运算，计算整个跟踪区域内以整个跟踪区域预先设定的一角为起始点的所有区域的直方图，得到区域积分直方图，并将得到的区域积分直方图提供给直方图匹配跟踪单元；直方图匹配跟踪单元，用于利用区域积分计算单元提供的区域积分直方图，计算整个跟踪区域中目标可能出现的每个搜索窗口的直方图，将计算得到的每个搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配，根据匹配结果得到目标的跟踪位置。较佳地，该系统进一步包括目标分类器跟踪单元，用于利用分类器对整个跟踪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种图像跟踪方法，其特征在于，该方法包括：通过积分运算，计算整个跟踪区域内以整个跟踪区域预先设定的一角为起始点的所有区域的直方图，得到区域积分直方图；利用区域积分直方图，计算整个跟踪区域中目标可能出现的每个搜索窗口的直方图， 将计算得到的每个搜索窗口的直方图与目标的标准直方图进行匹配，得到匹配结果，根据匹配结果确定目标的跟踪位置。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：曾志，王耀辉，
申请(专利权)人：北京中星微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]