專利名稱：提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種用于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的目標(biāo)圖像處理的方法，具體是一種提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法。
背景技術(shù)：
圖像信號是一種時間上的一維和空間上的二維信號，其數(shù)據(jù)量龐大，如果受到數(shù)據(jù)存儲容量或者傳輸帶寬的限制，系統(tǒng)需要將圖像壓縮以減少數(shù)據(jù)量。同時，高維的數(shù)字處理運算形式復(fù)雜，因此對算法的效率與速度自然提出了非常高的要求。加之，圖像信號的數(shù)字化表達(dá)顯示出其特有的多樣性，不同的系統(tǒng)選擇不同的方式來表達(dá)每一個像素的色彩。系統(tǒng)選擇一種數(shù)字化表達(dá)方法來完成主要的處理工作，同時還要實現(xiàn)幾種方式的轉(zhuǎn)換。另外，圖像信號又是一個非負(fù)的二維隨機場。由于在空間上，一般的圖像信號不能用任何的解析函數(shù)來表達(dá)，也不能由典型的信號疊加，研究圖像主要采用的是統(tǒng)計方法。目標(biāo)圖像在空間和時間上的量之大，要實現(xiàn)對目標(biāo)圖像的識別和跟蹤需要對上述信息量進(jìn)行龐大且復(fù)雜的計算，勢必占用CPU大量的運算時間。在許多實際應(yīng)用領(lǐng)域?qū)δ繕?biāo)識別與跟蹤過程必須要求系統(tǒng)具有非常高的運算速度。要解決此類問題可以從提高硬件運行速度和優(yōu)化算法兩方面入手。但是前者必然涉及到設(shè)備投資成本的增加，同時還要受到集成芯片制造技術(shù)的限制，因此優(yōu)化算法自然成為首選的技術(shù)手段。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)的檢索發(fā)現(xiàn)，周壽軍與張吉慶發(fā)表的“一種新型的不變性快速圖像識別方法”(《甘肅工業(yè)大學(xué)學(xué)報》2000年第3期)文章提出，采用平面直角坐標(biāo)系和其相對轉(zhuǎn)化型式極坐標(biāo)系，利用極角和極值的二重三階累計量構(gòu)造出二維的三階累積量特征集合，并對特征集合進(jìn)行FFT變換得到頻域的特征變換集合，采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)存儲相當(dāng)數(shù)量的樣本構(gòu)成訓(xùn)練集，同時對每幀圖像抽取30個特征值，實現(xiàn)對目標(biāo)的識別。雖然，文獻(xiàn)已經(jīng)考慮到圖像識別必須向著具有旋轉(zhuǎn)比例不變性、并行、準(zhǔn)確、穩(wěn)定，既涉及圖像全局又兼顧圖像局部內(nèi)部相位信息的綜合性方向發(fā)展，但是該項技術(shù)必須依靠不斷提煉算法的準(zhǔn)確度才能降低三階相關(guān)的起點位置和相關(guān)矢量的變化對圖像狀態(tài)矢量變化的影響，同時也必須依靠算法的提煉才能減少訓(xùn)練樣本數(shù)和數(shù)據(jù)存儲量。因此該技術(shù)尚未達(dá)到真正意義上的快速識別，更何況提取訓(xùn)練樣本的方法在許多實際應(yīng)用場合是很難實現(xiàn)的，例如實時監(jiān)控和軍事等場合。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足和缺陷，提供一種提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法，使其能夠十分簡捷、有效地提高目標(biāo)圖像自動識別與快速跟蹤的實際效果。
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明首次從左上頂坐標(biāo)開始間隔若干像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問，一旦實現(xiàn)對目標(biāo)的識別，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，否則再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)進(jìn)入下一步計算循環(huán)。
本發(fā)明每次循環(huán)均可根據(jù)前一計算循環(huán)掌握的匹配相似度來調(diào)整跳躍訪問的跳躍步長，這是基于統(tǒng)計學(xué)中的抽樣原理，考慮到圖像信號的統(tǒng)計意義和圖像數(shù)據(jù)量的龐大，在所有像素中選擇一部分而跳過另外一部分像素(如每隔5個像素選擇一個像素)，得到的特征和整個圖像的特征將相差不大。在精度要求低、計算重復(fù)多的地方(圖像區(qū)域)跳躍訪問，而在精度要求高的地方逐一訪問，這樣做既保證了準(zhǔn)確性，又兼顧了速度。因此節(jié)約了大量的計算時間而又能夠準(zhǔn)確快速地識別與跟蹤目標(biāo)。
以下對本發(fā)明方法作進(jìn)一步的說明，具體步驟如下(1)圖像識別開始時刻，從左上頂坐標(biāo)開始每個區(qū)域間隔若干像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問。
(2)一旦實現(xiàn)對目標(biāo)的識別，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，隨著圖像的動態(tài)出現(xiàn)，此時對跟蹤點附近根據(jù)匹配相似度縮小訪問步長進(jìn)行密集訪問，而對距離跟蹤點相對較遠(yuǎn)的點則擴大訪問步長進(jìn)行稀疏訪問以防目標(biāo)意外脫離。
(3)對一幀圖像跳躍訪問掃描下來未識別到目標(biāo)，立即再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)進(jìn)入下一步計算循環(huán)程序，重復(fù)(1)至(2)的過程。
(4)倘若對連續(xù)多幀動態(tài)圖像跳躍訪問下來仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則立即調(diào)整相似度指標(biāo)，并根據(jù)前一幀中識別計算中的相似度最小與最大值拉開跳躍步長差距，重復(fù)(1)至(2)至(3)的過程。
本發(fā)明是一種前所未有的十分簡捷的方法，能夠十分有效地提高目標(biāo)圖像自動識別與快速跟蹤的速度，應(yīng)用于交通、監(jiān)控、遙感遙測、軍事等很多學(xué)科與領(lǐng)域中，既保證了運算的準(zhǔn)確性，又兼顧了運算的速度，因此節(jié)約了大量的計算時間而又能夠準(zhǔn)確快速地識別與跟蹤目標(biāo)，是一項非常實用有效的圖像處理技術(shù)。
具體實施例方式
以下結(jié)合本發(fā)明方法的內(nèi)容提供實施例本實施例以高速光電耦合器作為高速圖像采集器，最高圖像采集率可達(dá)60幀/s，圖像采集器安裝于萬向轉(zhuǎn)動裝置上接受方位控制驅(qū)動，經(jīng)圖像卡與嵌入式硬件系統(tǒng)連接，運用本發(fā)明與最新有效識別算法嵌套，實際測試識別與跟蹤的計算速度。
裝置隨高速運動載體(最高時速可達(dá)190km/h)運動，從距離目標(biāo)10km處出發(fā)以80～180km/h的不等速度和不同的行進(jìn)方式(包括直線、曲線、上坡、下坡等行進(jìn)方式)向目標(biāo)逼近。
本實施例采用計算程序來實現(xiàn)，具體步驟如下(1)程序開始，首次從左上頂坐標(biāo)開始每個識別區(qū)域間隔5個像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問。
(2)當(dāng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，隨著圖像的動態(tài)出現(xiàn)，對跟蹤點附近縮小訪問步長(間隔0～2個像素點)進(jìn)行密集訪問，緊緊跟蹤鎖定目標(biāo)，而對距離跟蹤點相對較遠(yuǎn)的點則擴大訪問步長(間隔7～10個像素點)進(jìn)行稀疏訪問以防目標(biāo)意外脫離。
(3)對一幀圖像跳躍訪問掃描下來未識別到目標(biāo)時，立即再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)(由隨機函數(shù)任意選定起始點坐標(biāo))進(jìn)入下一步計算循環(huán)程序，重復(fù)(1)至(2)的過程。
(4)當(dāng)連續(xù)對多幀動態(tài)圖像跳躍訪問下來未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)時，則立即調(diào)整相似度指標(biāo)(將相似度指標(biāo)從95％降至90％)，并根據(jù)前一幀中識別計算中的相似度最小與最大值拉開跳躍步長差距(步長相對為10個像素點與0個像素點)，并根據(jù)像素點坐標(biāo)建立步長變化梯度，重復(fù)(1)至(2)至(3)的過程。
經(jīng)實際測試，嵌套本發(fā)明方法比未嵌套本發(fā)明方法速度提高20～35％，可見其實用效果十分顯著。
權(quán)利要求
1.一種提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法，其特征在于，首次從左上頂坐標(biāo)開始間隔若干像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問，一旦實現(xiàn)對目標(biāo)的識別，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，否則再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)進(jìn)入下一步計算循環(huán)，具體步驟如下(1)圖像識別開始時刻，從左上頂坐標(biāo)開始每個區(qū)域間隔若干像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問；(2)一旦實現(xiàn)對目標(biāo)的識別，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，隨著圖像的動態(tài)出現(xiàn)，此時對跟蹤點附近根據(jù)匹配相似度縮小訪問步長進(jìn)行密集訪問，而對距離跟蹤點相對較遠(yuǎn)的點則擴大訪問步長進(jìn)行稀疏訪問以防目標(biāo)意外脫離；(3)對一幀圖像跳躍訪問掃描下來未識別到目標(biāo)，立即再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)進(jìn)入下一步計算循環(huán)程序，重復(fù)(1)至(2)的過程；(4)當(dāng)對連續(xù)多幀動態(tài)圖像跳躍訪問下來仍未發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，則立即調(diào)整相似度指標(biāo)，并根據(jù)前一幀中識別計算中的相似度最小與最大值拉開跳躍步長差距，重復(fù)(1)至(2)至(3)的過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法，其特征是，每次循環(huán)均根據(jù)前一計算循環(huán)掌握的匹配相似度來調(diào)整跳躍訪問的跳躍步長，在精度要求低、計算重復(fù)多的圖像區(qū)域進(jìn)行跳躍訪問，而在精度要求高的地方進(jìn)行逐一訪問。
全文摘要
一種用于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的提高目標(biāo)圖像自動識別與跟蹤速度的方法，首次從左上頂坐標(biāo)開始間隔若干像素點進(jìn)行對目標(biāo)圖像的跳躍訪問，一旦實現(xiàn)對目標(biāo)的識別，立即轉(zhuǎn)入跟蹤計算，否則再次從左上頂下隨機選取一個起點坐標(biāo)進(jìn)入下一步計算循環(huán)，每次循環(huán)均根據(jù)前一計算循環(huán)掌握的匹配相似度來調(diào)整跳躍訪問的跳躍步長。本發(fā)明在精度要求低、計算重復(fù)多的圖像區(qū)域進(jìn)行跳躍訪問，而在精度要求高的地方進(jìn)行逐一訪問，這樣做既保證了準(zhǔn)確性，又兼顧了速度。因此節(jié)約了大量的計算時間而又能夠準(zhǔn)確快速地識別與跟蹤目標(biāo)。
文檔編號G06K9/62GK1632822SQ20041008927
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月9日
發(fā)明者應(yīng)俊豪, 張秀彬, 吳炯, 孫劍, 王益, 計長安, 曾國輝, 何斌 申請人:上海交通大學(xué)