一种扩展目标稳定跟踪点提取方法技术

本发明专利技术公开了一种扩展目标稳定跟踪点提取方法，首先对前期关联识别成功的扩展目标恢复为二值图；然后进行轮廓跟踪，获取到按顺序排列的轮廓点数组；采用基于弦弧比滤波的方法对目标轮廓进行平滑，去除目标轮廓上尖锐的弧段，对被剔除弧段的两个端点采用直线进行连接，构成滤波后新的封闭轮廓；采用结合目标运动方向与主轴方向计算出目标的头部方向，然后获取沿目标头部方向的最前沿点，以该点为中心，计算局部圆形区域内的形心作为跟踪点。经过该方法处理后，最终计算出来的目标跟踪点稳定可靠，不会再出现剧烈晃动，增加了跟踪的稳定性，降低了跟踪丢失的风险。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于图像处理领域，涉及一种目标跟踪点提取方法，特别涉及一种基于弦弧比轮廓平滑的扩展目标稳定跟踪点的提取方法。
技术介绍
随着光学成像跟踪需求的发展，对目标的稳定跟踪，尤其是对扩展目标的稳定跟踪需求越来越迫切。当目标与成像跟踪设备距离较近时，目标呈现为扩展目标的特性，占据了视场的1/3甚至充满视场。就目标跟踪点的提取位置而言，原有的基于形心、质心的跟踪方式不再适合于扩展目标的跟踪，极易导致分割失效而丢失目标。基于相关跟踪的方式此时也存在由于跟踪误差的累积而导致的跟踪点漂移问题，并最终导致跟踪丢失。目前，为了解决跟踪点选取的问题，有文献采用基于目标形状分析的方法，通过分 析目标的轮廓特征，寻找到目标的易损点作为跟踪点，但这些方法都存在着受目标姿态的限制而可能不稳定，或者由于分割的原因导致提取的轮廓特征不稳定而最终影响跟踪点的 提取。另外一类方法是采用提取目标角点的方法，通过角点的匹配来获取跟踪点，但这类方法容易受噪声影响，提取的角点不稳定，当目标轮廓比较平滑，甚至角点不存在时，容易引起跟踪丢失。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术的不足，提供一种基于弦弧比轮廓平滑与目标头部跟踪点稳定提取方法，解决了原有方法中跟踪扩展目标时跟踪点容易滑动或剧烈晃动导致跟踪丢失的问题。为了达到上述目的，本专利技术提供的一种扩展目标稳定跟踪点的提取方法的提取步骤如下步骤SI :对于经过二值化并成功关联、识别出的视场内的扩展目标，使用标记后的目标线段表将该扩展目标恢复成二值目标图像，使二值化图像内只有扩展目标；步骤S2 :利用轮廓跟踪方法对二值目标图像的轮廓进行跟踪，得到二值目标的按顺序排列的轮廓点数组，轮廓点总数记为IenArcContour ；步骤S3 :利用顺序排列的轮廓点数组，按照指定的方向顺时针或逆时针遍历轮廓数组，记录各轮廓点对应的局部区域内的最小弦弧比点的信息，获得平滑的弧段，并根据阈值判断是否需要滤除尖锐的弧段，如果不滤除弧段，则不连接弧段的端点；如果滤除弧段，则连接弧段的端点，构成新的封闭目标轮廓；步骤S4 :结合二值目标的运动方向和主轴方向，确定二值目标的头部方向；步骤S5 :利用目标头部方向与新的封闭目标轮廓，寻找新的封闭目标轮廓上沿目标头部方向的最前沿点，计算以最前沿点为中心的局部区域的形心，以计算出的该形心为最终跟踪点，当前帧处理结束之后，返回SI，进行下一帧处理。本专利技术与传统目标跟踪点选取相比具有如下优点(I)选取的跟踪点位于目标头部，使目标和背景在图像中始终各自占据一定比例，有利于目标的分割，可避免目标充满视场所导致的分割失败。(2)采用基于轮廓平滑的方式删除轮廓上不稳定，尖锐的部分，有利于在分割结果的稳定部位提取跟踪点，可以避免由于分割等原因导致的跟踪提取点剧烈跳变的问题。(3)采用本专利技术提出的跟踪点进行扩展目标跟踪，降低了跟踪丢失风险，使跟踪更为鲁棒。本专利技术方法提取的跟踪点与真实值之间的差更小，并且晃动更小，提取点受目标本体变化的影响比原方法小，跟踪点提取的稳定性明显优于原有方法。附图说明 图I为本专利技术扩展目标稳定跟踪点提取的流程图；图2a为实施例中扩展目标线段表恢复的二值图；图2b为本专利技术的轮廓跟踪结果;图3为本专利技术的轮廓平滑并连接的示意图；图4为本专利技术的基于弦弧比的轮廓平滑流程图；图5为对图2b轮廓平滑并连接后结果；图6a、图6b为计算目标头部跟踪点的示意图；图7为计算目标头部方向的流程图；图8为X方向跟踪点真实基准值以及原有不经过轮廓滤波直接取最前沿点方法与本专利技术方法的跟踪点提取结果；图9为X方向原有不经过轮廓滤波方法直接取最前沿点方法与本专利技术方法提取的跟踪点结果与基准值之间的差值；图10为Y方向跟踪点真实基准值以及原有不经过轮廓滤波直接取最前沿点方法与本专利技术方法的跟踪点提取结果；图11为Y方向原有不经过轮廓滤波方法直接取最前沿点方法与本专利技术方法提取的跟踪点结果与基准值之间的差值；具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。本专利技术的扩展目标稳定跟踪点的提取可以硬件方式实现，也可以软件方式实现。例如在个人计算机、工控机及服务器上以软件的形式安装并执行，也可本专利技术的方法做成嵌入式芯片以硬件的形式来体现。下面参照附图对本专利技术的具体实施方式进行说明。本专利技术适用于成像跟踪设备对视场中的扩展目标进行跟踪，尤其是当目标距离成像设备较近时，目标本体在视场中成像较为明显，同时目标具有较强尾焰或尾烟的。具体的，本专利技术方法扩展目标稳定跟踪点提取的流程如图I所示，包括扩展目标恢复为二值图像，用于进行轮廓跟踪；轮廓跟踪，用于获取顺序排列的轮廓数组；基于弦弧比的轮廓平滑，用于删除弦弧比小于设定阈值门限的尖锐的弧段；目标头部方向确定，通过提取目标运动方向与主轴方向，最终确定目标头部的方向，用于最终在头部区域提取目标跟踪点；跟踪点提取，通过在头部前沿点为中心的局部区域内计算目标点的形心，获取最终跟踪提取占.具体的，本专利技术包括以下步骤I.扩展目标恢复为二值图像目标在经过预处理与分割标记、并进行关联识别后，得到了当前跟踪的正确目标，为了方便后续轮廓跟踪的实现，通过关联成功的目标线段表，将目标恢复成二值图像。该图像中其余的虚假目标都得到了剔除。2.轮廓跟踪对上述恢复出的二值目标图，利用轮廓跟踪方法得到该目标的按顺序排列的轮廓点数组，同时统计轮廓点总数，记为I enAr cContour。轮廓跟踪的方法参见〈Vi sual C++数字图像处理 >，何斌、马天予、王运坚等，人民邮电出版社，2001，435-444。 3.轮廓平滑利用得到的顺序轮廓点数组，滤除较为尖锐的弧段并对滤除后的弧段用直线进行连接，构成新的封闭轮廓，具体实现方法如下3a :按顺时针或逆时针方向遍历按顺序排列的轮廓点数组，记当前处理的第一轮廓点为P·，若第一轮廓点P·未被标记为已处理，则执行3b，若第一轮廓点P·被标记为已处理，则执行3e ；3b :按与3a中遍历的同一方向搜索轮廓数组中每个落在以第一轮廓点P·为圆心、R为半径的局部圆形区域内的第二轮廓点Pi计算沿同一方向第一轮廓点P·与第二轮廓点 Pi 的弧长 IenArc,如果 IenArc ^ I enAr cContour/2,其中 IenArcContour 为轮廓点总数，则计算第一轮廓点P·与第二轮廓点Pi之间的弦长lenChord,并且计算这两点之间的弦弧比 RatioCAcur [i], RatioCAcur [i] = lenChord/lenArc,计算直到局部圆形内同一方向的第二轮廓点Pi搜索完毕，如果反之IenArc > lenArcContour/2,则说明当前统计的两点间的弧为优弧，不做任何处理，继续计算第一轮廓点与局部圆形区域内下一个轮廓点之间的弦弧比。其中i = I…N ;N为局部圆形区域内与第一轮廓点P·满足IenArc ^ I enAr cContour/2 的轮廓点的个数；3c :计算局部圆形区域内第一轮廓点P·与其余第二轮廓点Pi弦弧比的最小值表示为Ratiomin = min{RatioCAcur[i]},记录取得的Ratiomin与第一轮廓点Peur所对应的第二轮廓点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扩展目标稳定跟踪点的提取方法，其特征在于，该方法包含步骤如下：步骤S1：对于经过二值化并成功关联、识别出的视场内的扩展目标，使用标记后的目标线段表将该扩展目标恢复成二值目标图像，使二值化图像内只有扩展目标；步骤S2：利用轮廓跟踪方法对二值目标图像的轮廓进行跟踪，得到二值目标的按顺序排列的轮廓点数组，轮廓点总数记为lenArcContour；步骤S3：利用顺序排列的轮廓点数组，按照指定的方向顺时针或逆时针遍历轮廓数组，记录各轮廓点对应的局部区域内的最小弦弧比点的信息，并根据阈值判断是否需要滤除尖锐的弧段，如果不滤除弧段，则不连接弧段的端点；如果滤除弧段，则连接弧段的端点，以实现轮廓平滑，构成新的封闭目标轮廓；步骤S4：结合二值目标的运动方向和主轴方向，确定二值目标的头部方向；步骤S5：利用目标头部方向与新的封闭目标轮廓，寻找新的封闭目标轮廓上沿目标头部方向的最前沿点，计算以最前沿点为中心的局部区域的形心，以计算出的该形心为最终跟踪点，当前帧处理结束之后，返回S1，进行下一帧处理。

【技术特征摘要】
1.一种扩展目标稳定跟踪点的提取方法，其特征在于，该方法包含步骤如下 步骤SI :对于经过二值化并成功关联、识别出的视场内的扩展目标，使用标记后的目标线段表将该扩展目标恢复成二值目标图像，使二值化图像内只有扩展目标； 步骤S2 :利用轮廓跟踪方法对二值目标图像的轮廓进行跟踪，得到二值目标的按顺序排列的轮廓点数组，轮廓点总数记为IenArcContour ； 步骤S3 :利用顺序排列的轮廓点数组，按照指定的方向顺时针或逆时针遍历轮廓数组，记录各轮廓点对应的局部区域内的最小弦弧比点的信息，并根据阈值判断是否 需要滤除尖锐的弧段，如果不滤除弧段，则不连接弧段的端点；如果滤除弧段，则连接弧段的端点，以实现轮廓平滑，构成新的封闭目标轮廓； 步骤S4 :结合二值目标的运动方向和主轴方向，确定二值目标的头部方向； 步骤S5 :利用目标头部方向与新的封闭目标轮廓，寻找新的封闭目标轮廓上沿目标头部方向的最前沿点，计算以最前沿点为中心的局部区域的形心，以计算出的该形心为最终跟踪点，当前帧处理结束之后，返回SI，进行下一帧处理。2.如权利要求I所述扩展目标跟踪点的提取方法，其特征在于所述轮廓平滑的步骤如下 步骤a:按顺时针或逆时针方向遍历按顺序排列的轮廓点数组，记当前处理的第一轮廓点为P·，若第一轮廓点P·未被标记为已处理，则执行步骤b，若第一轮廓点P·被标记为已处理，则执行步骤e; 步骤b :按与步骤a中遍历的同一方向搜索轮廓数组中每个落在以第一轮廓点P·为圆心、R为半径的局部圆形区域内的第二轮廓点Pi计算沿同一方向第一轮廓点P·与第二轮廓点 Pi 的弧长 IenArc,如果 IenArc ^ IenArcContour/2,其中 IenArcContour 为轮廓点总数，则计算第一轮廓点P·与第二轮廓点Pi之间的弦长lenChord，并且计算第一轮廓点 Pcur 与第二轮廓点 Pi 之间的弦弧比 RatioCAcur [i], RatioCAcur [i] = lenChord/I enAr c,计算直到局部圆形内同一方向的第二轮廓点Pi搜索完毕，如果反之IenArc >lenArcContour/2,则说明当前统计的两点间的弧为优弧，不做任何处理，继续计算第一轮廓点与局部圆形区域内下一个轮廓点之间的弦弧比，其中i = I…N ;N为局部圆形区域内与第一轮廓点Peur满足IenArc ( lenArcContour/2的轮廓点的个数； 步骤c :计算局部圆形区域内第一轮廓点P·与其余第二轮廓点Pi弦弧比的最小值表示为Ratiomin = min{RatioCAcur[i]},记录取得的Ratiomin与第一轮廓点Peur所对应的第二轮廓点Pi,其中，min为取最小值函数； 步骤 d :若 Ratiomin < Ratioth 并且对应的弦长 IenChord 满足 lenChord > IenCh...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷涛，蒋平，周进，吴钦章，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：