專利名稱：一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更 新方法和裝置。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，多媒體技術(shù)正朝著交互式、智能化方向發(fā)展，其中視頻目標(biāo)跟蹤和 識(shí)別技術(shù)是智能視頻處理與分析系統(tǒng)的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。目標(biāo)跟蹤的結(jié)果包含了 視頻場(chǎng)景中的時(shí)空信息，反映了該視頻中主要的內(nèi)容信息，在基于內(nèi)容的視頻 分析、視頻檢索以及智能視頻監(jiān)控等各個(gè)領(lǐng)域均有著重要的作用。視頻目標(biāo)跟
蹤的過(guò)程大體上可以描述為成像系統(tǒng)以二維陣列的形式，把客觀世界三維場(chǎng) 景所形成的圖像采集記錄下來(lái)并保存到計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)利用內(nèi)部視覺(jué)知識(shí)庫(kù) 中的各種視覺(jué)模型對(duì)輸入圖像進(jìn)行分析和解釋，通過(guò)預(yù)處理、特征提取、特征 選擇、特征跟蹤等算法處理，將所得到的目標(biāo)信息，包括物體的結(jié)構(gòu)、形狀、 顏色、位置運(yùn)動(dòng)速度和方向等，傳送給跟蹤處理設(shè)備。跟蹤處理設(shè)備是自動(dòng)機(jī) 器的隨動(dòng)機(jī)構(gòu)，它根據(jù)計(jì)算獲得的控制信息，能夠自動(dòng)調(diào)整系統(tǒng)的方位，自動(dòng) 地跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。
視頻目標(biāo)跟蹤能否成功在很大程度上依賴于，是否可以找到最能把目標(biāo)與 周圍背景區(qū)分開(kāi)來(lái)的特征。 一般的跟蹤方法都需要根據(jù)視頻序列中前幾幀的目 標(biāo)特征，計(jì)算出目標(biāo)的模型，后續(xù)跟蹤過(guò)程則選擇與此模型相匹配的圖像區(qū)域 作為跟蹤結(jié)果。在長(zhǎng)時(shí)間的跟蹤過(guò)程中，由于目標(biāo)本身的外觀，形狀等方面都 有可能發(fā)生變化，目標(biāo)的模型需要根據(jù)這些變化進(jìn)行調(diào)整，這個(gè)調(diào)整的過(guò)程稱 之為目標(biāo)模型的更新。
現(xiàn)有技術(shù)采用下式更新目標(biāo)直方圖模型
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，仏，^1分別為更新前和更新后的目標(biāo)直方圖模型，p為當(dāng)前目標(biāo)直方圖，"為一設(shè)定的常數(shù)，P"，^計(jì)算當(dāng)前目標(biāo)直方圖與模板直方圖的相似度， 如果當(dāng)前目標(biāo)直方圖與模板相似度較大則更新系數(shù)較大，也就是說(shuō)目標(biāo)外觀的 變化越大，目標(biāo)直方圖的更新越小。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下問(wèn)題由于 現(xiàn)有技術(shù)僅更新目標(biāo)直方圖，而實(shí)際跟蹤過(guò)程中目標(biāo)與其背景的光照變化具有 較大的相關(guān)性，僅更新目標(biāo)直方圖則無(wú)法體現(xiàn)這種相關(guān)性。另外，這種方法僅 考慮前一幀目標(biāo)的直方圖的信息，在目標(biāo)和背景變化較大時(shí)，這種目標(biāo)直方圖 則不能體現(xiàn)，由此不能穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法及裝 置，可以完成對(duì)用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型的更新，可以穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。 本發(fā)明實(shí)施方式提供一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法，包
括
計(jì)算在第 一幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖，將所述目標(biāo)區(qū)域的商
直方圖放入商直方圖集合中；
根據(jù)所述商直方圖集合中的信息建立目標(biāo)模型；
獲取下 一 幀圖像，并根據(jù)所述目標(biāo)模型計(jì)算該圖像的反投影在所述反投影圖上跟蹤目標(biāo)以獲取所述目標(biāo)的信息，并根據(jù)所述目標(biāo)的
信息計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖，將所述目標(biāo)的商直方圖放入所述商直方圖集
合中以更新所述目標(biāo)模型。
本發(fā)明實(shí)施方式還提供一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新裝置，包
括
商直方圖集合建立單元，用于建立商直方圖集合，所述商直方圖集合包 括第一幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方目標(biāo)模型建立單元，用于根據(jù)商直方圖集合中的信息建立目標(biāo)模型；反投影圖計(jì)算單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)模型建立單元所建立的目標(biāo)模型
計(jì)算下 一 幀圖像的反投影目標(biāo)跟蹤單元，用于在所述計(jì)算出的下 一 幀圖像的反投影圖上跟蹤目
標(biāo)，得到目標(biāo)的信息；
跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤單元獲得的目標(biāo)信息 獲取所述目標(biāo)的商直方圖，所述目標(biāo)的的商直方圖被放入所述商直方圖集合 中以更新所述目標(biāo)模型。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)不斷獲取下 一 幀圖像，根據(jù)目標(biāo)模型計(jì)算當(dāng)前幀圖像 的反投影圖，在所述反投影圖上跟蹤目標(biāo)，并根據(jù)跟蹤目標(biāo)的信息計(jì)算商直 方圖，將所述商直方圖放入商直方圖集合中，可以完成對(duì)商直方圖集合的更 新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)模型的更新，所述目標(biāo)模型可以包含多幀圖像中目標(biāo)和背 景的信息，能夠穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。


為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所 需要使用的附圖作一簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性 的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是本發(fā)明實(shí)施例一用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新方法的流程示 意圖2是本發(fā)明實(shí)施例二用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新方法的流程示 意圖3是本發(fā)明實(shí)施例三用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新方法的流程示 意圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中第一幀圖像的原始圖像示意圖5是本發(fā)明實(shí)施例二中待跟蹤目標(biāo)區(qū)域與背景區(qū)域的顏色直方圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例二中待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的商直方圖； 圖7是本發(fā)明實(shí)施例二中原始圖像的反投影圖8是本發(fā)明實(shí)施例用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新裝置的結(jié)構(gòu)示意
圖9是本發(fā)明實(shí)施例用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新裝置的商直方圖 集合建立單元的結(jié)構(gòu)示意具體實(shí)施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí) 施方式，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施方 式僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請(qǐng)參考圖1，為本發(fā)明實(shí)施例一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法 的流程示意圖，其步驟具體包括
步驟S101:計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的商直方圖，并將所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖 放入商直方圖集合Model中；具體的，計(jì)算在第一幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的 商直方圖，將所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖放入商直方圖集合Model中，本發(fā)明實(shí) 施例將商直方圖集合定義成集合Model,也可以定義成其他名字，在所述商直 方圖放入集合Model之前，所述集合Model中的元素?cái)?shù)目為0。
步驟S102:建立目標(biāo)模型H;具體的，根據(jù)步驟SIOI中集合Model中商直方 圖的信息計(jì)算目標(biāo)模型。
步驟S103:取下一幀圖像。
步驟S104:計(jì)算該幀圖像的反投影圖Map;具體的，根據(jù)步驟S102計(jì)算出 的目標(biāo)模型計(jì)算出步驟S103提取的下一幀圖像的反投影圖，本發(fā)明實(shí)施例將計(jì) 算出的反才更影圖定義為Map，也可以定義為其他名字。
步驟S105:在Map上獲取跟蹤目標(biāo)的信息以獲取所述目標(biāo)的信息；具體的， 例如可以利用Camshift方法在Map上獲取跟蹤目標(biāo)的信息，所述跟蹤目標(biāo)的信息包括所述跟蹤目標(biāo)的位置和大小。本發(fā)明實(shí)施例以Camshift方法為例，但并不 限于此，還可以采用其他跟蹤方法計(jì)算目標(biāo)的位置和大小，如Meanshift (均值 漂移)方法，Kalman (卡爾曼)濾波方法等。
步驟S106:根據(jù)跟蹤目標(biāo)的信息計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖Hc;
步驟S107:將所述目標(biāo)的商直方圖Hc放入商直方圖集合Model中；具體 的，將當(dāng)前幀的商直方圖Hc放入商直方圖集合Model中，更新商直方圖集合 Model,以更新所述目標(biāo)模型。
步驟S108:判斷是否存在下一幀圖像，如果存在，則進(jìn)行步驟S103，獲取 下一幀圖像，繼續(xù)實(shí)現(xiàn)集合Model的更新，否則結(jié)束。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)將當(dāng)前幀的商直方圖放入商直方圖集合Model中，并 根據(jù)集合Model中的信息計(jì)算目標(biāo)模型，獲取下一幀圖像后再根據(jù)目標(biāo)模型 計(jì)算出該幀圖像的反投影圖Map，然后在Map上找到跟蹤目標(biāo)，計(jì)算出該 目標(biāo)的信息，根據(jù)目標(biāo)的信息計(jì)算商直方圖，將所述商直方圖放入商直方圖 集合Model中，可以完成對(duì)商直方圖集合Model的更新，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)沖莫 型的更新，所述目標(biāo)模型可以包含多幀圖像中目標(biāo)和背景的信息，能夠穩(wěn)定 地跟蹤目標(biāo)。
請(qǐng)參考圖2, —種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法的流程示意圖， 其步驟包括
步驟S201:在第一幀圖像上選擇目標(biāo)區(qū)域；
具體的，在待跟蹤圖像的第一幀圖像中，通過(guò)手工標(biāo)記或其它方法確定 待跟蹤目標(biāo)的位置。待跟蹤圖像為視頻序列圖像，在第一幀圖像中，可以利用 矩形框選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域，確定待跟蹤目標(biāo)的位置，并選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域 周圍的 一定范圍的圖像為背景區(qū)域，例如可以選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的寬度和高 度中較大的值W作為窗寬，從待跟蹤目標(biāo)區(qū)域上下左右邊界向外延伸W長(zhǎng)度， 則延伸部分所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榕c該待跟蹤目標(biāo)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的背景區(qū)域。
圖4為本實(shí)施例中采用的待跟蹤圖像中第一幀圖像的原始圖像，其中較小的矩形框內(nèi)為待跟蹤目標(biāo)區(qū)域，較大的矩形框與較小矩形框之間的部分為背景 區(qū)域，此處選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的高度W作為背景窗寬。設(shè)目標(biāo)(較小)矩形
框上、下、左、右的坐標(biāo)值為[Tf,Bf,Lf，Rf]，背景(較大)矩形框上、下、左、
右的坐標(biāo)值為[Tb, Bb, Lb， Rb]。
步驟S202:計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的商直方圖，并將所述目標(biāo)區(qū)域的商直
方圖放入集合Model,在所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖放入集合Model之前，所
述集合Model中的元素?cái)?shù)目為0;
具體的，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的商直方圖，包括以下步驟
計(jì)算出第 一幀圖像中的待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)直方計(jì)算出第 一 幀圖像中的待跟蹤背景區(qū)域的背景直方計(jì)算所述目標(biāo)直方圖與背景直方圖的似然比，得到所述目標(biāo)區(qū)域的商直
方所述目標(biāo)直方圖和背景直方圖均為顏色直方圖，顏色直方圖是在許多圖 像檢索系統(tǒng)中被廣泛采用的顏色特征，它所描述的是不同色彩在整幅圖像中所 占的比例。目標(biāo)直方圖的計(jì)算方式如下所示
其中 為圖像像素值，w為目標(biāo)矩形框內(nèi)的像素?cái)?shù)目，該式的分子部分含義為
像素值等于"的像素個(gè)數(shù)；相應(yīng)地背景直方圖的計(jì)算公式為
<formula>formula see original document page 10</formula>
其中M為背景矩形框去掉目標(biāo)矩形框后的像素?cái)?shù)目。待跟蹤目標(biāo)區(qū)域與背景區(qū) 域的顏色直方圖計(jì)算結(jié)果如圖5所示。目標(biāo)直方圖與背景直方圖的似然比，即 待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的商直方圖的計(jì)算方式為
<formula>formula see original document page 10</formula>其中取max函數(shù)是為了防止被零除，其中h為一個(gè)較小的數(shù)值。待跟蹤目標(biāo)區(qū) 域的商直方圖如圖6所示。假設(shè)有49個(gè)特征圖像，則該步驟中得到相應(yīng)的49 個(gè)待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的商直方圖。
計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的商直方圖后，將該圖像的幀序號(hào)、該幀圖像的目標(biāo)區(qū)域 直方圖放入商直方圖集合Model中，所述集合Model中還包括該集合所能包含 元素的門卩艮值，即所能包含的商直方圖的個(gè)數(shù)，本發(fā)明實(shí)施例假定門限值為20。
設(shè)商直方圖集合為
Mo^/ = ，O,Z = 1,
其中，^為商直方圖的在圖像序列中的幀序號(hào)，n為集合中所包含的商直方
圖的個(gè)數(shù)(實(shí)施例中取為20),、為第&'幀圖像對(duì)應(yīng)的商直方圖。 步驟S203:建立目標(biāo)模型H; 具體的，目標(biāo)模型H計(jì)算公式為
其中，^'為商直方圖的在圖像序列中的幀序號(hào)，n為集合中所包含的商直
方圖的個(gè)數(shù)(實(shí)施例中取為20)。、為第^'幀圖像對(duì)應(yīng)的商直方圖。 《(附),-(一，m一二l-e-，""/log2,其中t為當(dāng)前幀的序號(hào)，m為當(dāng)前
幀之前的幀的序號(hào)，則t-m為當(dāng)前幀與第m幀的間隔幀數(shù)，^(W的值隨該間隔
的大小而變化，該間隔越大則&(w)的值越小。 步驟S204:取下一幀圖像。
步驟S205:根據(jù)目標(biāo)模型H計(jì)算所取的下一幀圖像的反投影圖Map;
具體的，反投影圖即顏色的概率分布圖，反投影圖中每個(gè)像素值相當(dāng)于原 始圖像相應(yīng)位置像素屬于目標(biāo)的概率。反投影圖像的計(jì)算方法為設(shè)反投影圖 像結(jié)果為圖像Bp,則每個(gè)像素值^p「H(x",即反投影圖中的像素值為以目標(biāo)
模型圖像像素值為下標(biāo)的目標(biāo)模型的數(shù)組元素值。如圖7所示為該幀圖像的反 投影圖Map。步驟S206:在Map上獲取跟蹤目標(biāo)的信息，所述跟蹤目標(biāo)的信息包括跟蹤目 標(biāo)的位置和大小；本發(fā)明實(shí)施例以Camshift方法為例，^旦并不限于此，還可以 采用其他跟蹤方法計(jì)算目標(biāo)的位置和大小，如Meanshift (均值漂移)方法， Kalman (卡爾曼)濾波方法等。
步驟S207:根據(jù)跟蹤目標(biāo)的信息計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖Hc;
具體的，商直方圖Hc的計(jì)算方法和步驟S202計(jì)算商直方圖的方法相同。
步驟S208:判斷Model中的商直方圖數(shù)是否小于n;
具體的，該步驟即判斷商直方圖集合Model中元素的數(shù)目是否到達(dá)門限， 所述門限n是預(yù)先設(shè)定，假設(shè)為20,如果Model中的元素?cái)?shù)目小于20,則進(jìn) 行步驟S210，否則進(jìn)行步驟S209。
步驟S209:刪除Model中幀序號(hào)最小的商直方具體的，如果步驟S208判斷出Model中的元素?cái)?shù)目不小于20，則刪除Model 中幀序號(hào)最小的商直方圖，即刪除最先存放進(jìn)來(lái)的商直方圖。
步驟S210:將所述目標(biāo)的商直方圖Hc放入Model中以更新所述目標(biāo)模型；
具體的，如果步驟S208判斷出Model中的元素?cái)?shù)目小于20，則直接將步 驟S207計(jì)算出來(lái)的商直方圖Hc放入Model中，同時(shí)還要將該商直方圖He所 對(duì)應(yīng)的幀序號(hào)放入Model中，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模型的更新。
步驟S211:判斷是否存在下一幀圖像；如果存在，則回到步驟S204，繼續(xù) 實(shí)現(xiàn)集合Model的更新，如果不存在下一幀圖像，即當(dāng)前幀圖像為最后的幀圖 像，則結(jié)束操作。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)將當(dāng)前幀的商直方圖放入商直方圖集合Model中，并 根據(jù)集合Model中的信息計(jì)算目標(biāo)模型，獲取下一幀圖像后再根據(jù)目標(biāo)模型 計(jì)算出該幀圖像的反投影圖Map,然后在Map上找到跟蹤目標(biāo)，計(jì)算出該 目標(biāo)的信息，根據(jù)目標(biāo)的信息計(jì)算商直方圖，將所述商直方圖放入商直方圖 集合Model中，可以完成對(duì)目標(biāo)模型的更新,所述目標(biāo)模型可以包含多幀圖 像中目標(biāo)和背景的信息，能夠穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明實(shí)施例還設(shè)定了集合Model中所包含元素的門限，如果集合Model中所包含元素超過(guò)門限，則刪除 最先存放進(jìn)來(lái)的商直方圖，從而保證了在模型中距離當(dāng)前幀越遠(yuǎn)的幀所產(chǎn)生的 商直方圖對(duì)模型的作用越小。
請(qǐng)參考圖3 ， 一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法的流程示意圖， 其步驟包括
步驟S301:在第一幀圖像上選擇目標(biāo)區(qū)域；
具體的，在待跟蹤圖像的第一幀圖像中，通過(guò)手工標(biāo)記或其它方法確定 待跟蹤目標(biāo)的位置，待跟蹤圖像為視頻序列圖像，在第一幀圖像中，可以利用 矩形框選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域，確定待跟蹤目標(biāo)的位置，并選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域 周圍的 一定范圍的圖像為背景區(qū)域，例如可以選擇待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的寬度和高 度中較大的值W作為窗寬，從待跟蹤目標(biāo)區(qū)域上下左右邊界向外延伸W長(zhǎng)度， 則延伸部分所構(gòu)成的區(qū)域?yàn)榕c該待跟蹤目標(biāo)區(qū)域相對(duì)應(yīng)的背景區(qū)域。
步驟S302:計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的商直方圖，并》丈入集合Model,在所述 商直方圖放入集合Model之前，所述集合Model中的元素?cái)?shù)目為0; 具體的，計(jì)算目標(biāo)區(qū)域?qū)?yīng)的商直方圖，包括以下步驟 計(jì)算出第 一幀圖像中的待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)直方圖； 計(jì)算出第 一 幀圖像中的待跟蹤背景區(qū)域的背景直方圖； 計(jì)算所述目標(biāo)直方圖與背景直方圖的似然比，得到所述目標(biāo)區(qū)域的商直 方所述目標(biāo)直方圖和背景直方圖均為顏色直方圖，顏色直方圖是在許多圖 像檢索系統(tǒng)中被廣泛采用的顏色特征，它所描述的是不同色彩在整幅圖像中
所占的比例。目標(biāo)直方圖的計(jì)算方式如下所示
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中、為圖像像素值，^為目標(biāo)矩形框內(nèi)的像素?cái)?shù)目，該式的分子部分含義為
像素值等于"的像素個(gè)數(shù)；相應(yīng)地背景直方圖的計(jì)算公式為V 助處
其中M為背景矩形框去掉目標(biāo)矩形框后的像素?cái)?shù)目。目標(biāo)直方圖與背景直方圖
的似然比，即待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的商直方圖的計(jì)算方式為
L = {/} =max(A,/Q
其中取max函數(shù)是為了防止被零除，其中h為一個(gè)較小的數(shù)值。假設(shè)有49個(gè) 特征圖像，則該步驟中得到相應(yīng)的49個(gè)待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的商直方圖。
計(jì)算出目標(biāo)區(qū)域的商直方圖后，將該圖像的幀序號(hào)、該幀圖像的目標(biāo)區(qū)域 直方圖放入商直方圖集合Model中，所述集合Model中還包括該集合所能包含 元素的門限值，即所能包含的商直方圖的個(gè)數(shù)，本發(fā)明實(shí)施例假定門限值為20。
設(shè)商直方圖集合為
其中，^為商直方圖的在圖像序列中的幀序號(hào)，n為集合中所包含的商直方
圖的個(gè)數(shù)(實(shí)施例中取為20),、為第&幀圖像對(duì)應(yīng)的商直方圖。 步驟S303:計(jì)算目標(biāo)模型H; 具體的，目標(biāo)模型H計(jì)算公式為
其中，^為商直方圖的在圖像序列中的幀序號(hào)，n為集合中所包含的商直
方圖的個(gè)數(shù)(實(shí)施例中取為20)。 ^為第&幀圖像對(duì)應(yīng)的商直方圖。 叉(m)^o;e-('-m)/r， m= 1 = "/log2 ,其中t為當(dāng)前幀的序號(hào)，則t-m為
當(dāng)前幀與第m幀的間隔幀數(shù)，Ww)的值隨該間隔的大小而變化，該間隔越大則
^一的值越小。
步驟S304:取下一幀圖像。
步驟S305:根據(jù)目標(biāo)模型H計(jì)算所取的下一幀圖像的反投影圖Map;具體的，反投影圖即顏色的概率分布圖，反投影圖中每個(gè)像素值相當(dāng)于原
始圖像相應(yīng)位置像素屬于目標(biāo)的概率。反投影圖像的計(jì)算方法為設(shè)反投影圖 像結(jié)果為圖像Bp，則每個(gè)像素值^「H(x,)，即反投影圖中的像素值為以目標(biāo)
模型圖像像素值為下標(biāo)的目標(biāo)模型的數(shù)組元素值。
步驟S306:在Map上獲取跟蹤目標(biāo)，以獲取所述目標(biāo)的位置和大?。槐景l(fā)明 實(shí)施例以Camshift方法為例，但并不限于此，還可以采用其他跟蹤方法計(jì)算目 標(biāo)的位置和大小，如Meanshift (均值漂移)方法，Kalman (卡爾曼)濾波方法 等。
步驟S307:根據(jù)跟蹤目標(biāo)的位置和大小計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖Hc; 具體的，所述目標(biāo)的商直方圖Hc的計(jì)算方法和步驟S302計(jì)算商直方圖的 方法相同。
步驟S308:計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖Hc與集合中所有商直方圖的距離， 選取距離最大值D;
具體的，計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖Hc與集合中所有商直方圖的距離采用 如下計(jì)算公式
其中，"2為概率統(tǒng)計(jì)，A，B均為商直方圖，所得到的距離^"巧反映了兩 個(gè)商直方圖之間相似的程度，兩者越相似，那么該值就越小。
對(duì)于Hc與集合Model中的所有商直方圖的距離，找到最大值D。
步驟S309:判斷D是否大于閾值T;其中閾值T為一固定的預(yù)設(shè)值，T的 取值要求并不十分嚴(yán)格，在一定范圍內(nèi)對(duì)跟蹤結(jié)果影響不大， 一般可以取第一 幀和第二幀圖像的商直方圖之間的距離。如果D大于閾值T，則進(jìn)行步驟S310， 否則進(jìn)行步驟S313。
步驟S310:判斷Model中的商直方圖數(shù)是否小于n;
具體的，該步驟即判斷商直方圖集合Model中元素的數(shù)目是否到達(dá)門限，所述門限n是預(yù)先設(shè)定，假設(shè)為20,如果Model中的元素?cái)?shù)目小于20，則進(jìn) 行步驟S312，否則進(jìn)行步驟S311。
步驟S311:刪除Model中幀序號(hào)最小的商直方具體的，如果步驟S310判斷出Model中的元素?cái)?shù)目不小于20，則刪除Model 中幀序號(hào)最小的商直方圖，即刪除最先存^C進(jìn)來(lái)的商直方圖。
步驟S312:將當(dāng)前幀的商直方圖Hc放入Model中，更新商直方圖集合 Model,以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)才莫型的更新；
具體的，如果步驟S310判斷出Model中的元素?cái)?shù)目小于20,則直接將步 驟S307計(jì)算出來(lái)的商直方圖Hc放入Model中，同時(shí)還要將該商直方圖He所 對(duì)應(yīng)的幀序號(hào)放入Model中。
步驟S313:判斷是否存在下一幀圖像；如果存在，則回到步驟S304,繼續(xù) 實(shí)現(xiàn)集合Model的更新，如果不存在下一幀圖像，即當(dāng)前幀圖像為最后的幀圖 像，則結(jié)束操作。
本發(fā)明實(shí)施例三和實(shí)施例二的區(qū)別在于，增加了步驟S308，計(jì)算Hc與集 合中所有商直方圖的距離，選取距離最大值D,以及步驟S309,判斷D是否大 于閾值T，增加這兩個(gè)步驟的有益效果在于，保證了商直方圖集合Model中的 商直方圖之間的相似度較小，在目標(biāo)外觀變化較大時(shí)也可以穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)， 并且計(jì)算商直方圖距離的次數(shù)有限，計(jì)算量較小，可以快速地更新模型。
請(qǐng)參考圖8,為本發(fā)明實(shí)施例一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模板更新裝置 的結(jié)構(gòu)示意圖，包括商直方圖集合建立單元41、目標(biāo)模型建立單元42、反投 影圖計(jì)算單元43、目標(biāo)跟蹤單元44、跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元45、視頻獲取 單元46、判斷單元47、目標(biāo)信息輸出單元48,其中
所述商直方圖集合建立單元41，用于建立商直方圖集合，所述商直方 圖集合包括第 一 幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方所述目標(biāo)模型建立單元42，用于根據(jù)所述商直方圖集合中的信息建立 目標(biāo)模型；所述反投影圖計(jì)算單元43，用于根據(jù)所述目標(biāo)模型建立單元42所建立的 目標(biāo)模型計(jì)算下一幀圖像的反投影所述目標(biāo)跟蹤單元44,用于在所述計(jì)算出的下一幀圖像的反投影圖上跟 蹤目標(biāo)，得到目標(biāo)的信息；
所述跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元45 ，用于根據(jù)目標(biāo)跟蹤單元44獲取的目標(biāo) 的信息獲取所述目標(biāo)的商直方圖，然后所述商直方圖集合建立單元41獲取跟 蹤目標(biāo)直方圖獲取單元45的目標(biāo)的商直方圖，所述目標(biāo)模型建立單元42， 用于根據(jù)所述商i方圖集合中的信息更新所述目標(biāo)模型；
所述視頻獲取單元46,用于獲取視頻設(shè)備釆集到的視頻圖像序列，以得到 下一幀圖像；
所述判斷單元47,用于判斷是否存在下一幀圖像，如果存在下一幀圖像， 則將判斷結(jié)果發(fā)送給反^:影圖計(jì)算單元43,所述反投影圖計(jì)算單元43再根據(jù) 目標(biāo)模型計(jì)算下一幀圖像的反投影所述目標(biāo)信息輸出單元48,用于輸出目標(biāo)跟蹤單元44獲得的目標(biāo)的信息。
其中，商直方圖集合建立單元41包括目標(biāo)區(qū)域選取單元411、商直方圖 計(jì)算單元412、商直方圖存儲(chǔ)單元413，如圖9所示，其中
所述目標(biāo)區(qū)域選取單元411,用于確定第 一幀圖像中的待跟蹤目標(biāo)區(qū)域 和背景區(qū)域；
所述商直方圖計(jì)算單元412，用于計(jì)算目標(biāo)區(qū)域選取單元411所選擇的 目標(biāo)區(qū)域的商直方圖，所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖構(gòu)成所述商直方圖集合中的 一個(gè)元素；
所述商直方圖存儲(chǔ)單元413,用于存儲(chǔ)所述商直方圖計(jì)算單元412獲得 的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖及所述跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元45獲取的目標(biāo)的商 直方圖。具體的，所述目標(biāo)模型建立單元42根據(jù)所述商直方圖存儲(chǔ)單元413 中存儲(chǔ)的商直方圖的信息建立目標(biāo)模型，所述商直方圖存儲(chǔ)單元413獲取到 所述跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元45的目標(biāo)的商直方圖后，所述目標(biāo)模型建立單元42根據(jù)此時(shí)商直方圖存儲(chǔ)單元413中存儲(chǔ)的商直方圖的信息更新目標(biāo) 模型。
本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)商直方圖集合建立單元建立商直方圖集合，目標(biāo)模型 建立單元?jiǎng)t根據(jù)集合的信息，建立目標(biāo)的基本模型，反投影圖計(jì)算單元根據(jù) 目標(biāo)模型計(jì)算反投影圖，目標(biāo)跟蹤單元在反投影圖上跟蹤目標(biāo)，獲得目標(biāo)當(dāng) 前的位置和大小，目標(biāo)更新單元再根據(jù)當(dāng)前的位置、大小計(jì)算出新的商直方 圖，更新商直方圖集合，以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)模型的更新，從而保證了在目標(biāo)、背景 變化較大時(shí)也可以穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是 可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取 存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述存儲(chǔ)介質(zhì)為ROM/RAM、磁碟、光盤等。
以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局 限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易 想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù) 范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法，其特征在于，包括計(jì)算在第一幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖，將所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖放入商直方圖集合中；根據(jù)所述商直方圖集合中的信息建立目標(biāo)模型；獲取下一幀圖像，并根據(jù)所述目標(biāo)模型計(jì)算該圖像的反投影圖；在所述反投影圖上跟蹤目標(biāo)以獲取所述目標(biāo)的信息，并根據(jù)所述目標(biāo)的信息計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖，將所述目標(biāo)的商直方圖放入所述商直方圖集合中以更新所述目標(biāo)模型。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述計(jì)算在第一幀圖像上 選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖之前還包括步驟確定所述第 一幀圖像中的待跟 蹤目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述計(jì)算在第一幀圖 像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖，包括計(jì)算出第 一 幀圖像中的待跟蹤目標(biāo)區(qū)域的目標(biāo)直方圖； 計(jì)算出第一幀圖像中的待跟蹤背景區(qū)域的背景直方圖； 計(jì)算所述目標(biāo)直方圖與背景直方圖的似然比，得到所述目標(biāo)區(qū)域的商直 方圖。
4、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述將所述商直方圖放入 商直方圖集合中包括將所述商直方圖及其對(duì)應(yīng)的幀序號(hào)放入商直方圖集合 中。
5、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述根據(jù)所述商直方圖集 合中的信息建立目標(biāo)模型，之前還包括步驟預(yù)先設(shè)定所述商直方圖集合所 能包含元素的門限值。
6、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述商直方圖集合中的信息包括幀序號(hào)、所述幀圖像所對(duì)應(yīng)的商直方圖以及所述商直方圖集合所能包含元素的門限值。
7、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述將所述商直方圖放入 所述集合中，包括當(dāng)所述商直方圖集合中的元素?cái)?shù)小于門限值時(shí)，將所述商直方圖直接放 入所述集合中；當(dāng)所述商直方圖集合中的元素?cái)?shù)等于門限值時(shí)，刪除所述集合中幀序號(hào) 最小的元素，再將所述商直方圖放入所述集合中。
8、 如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述將所述商直方圖放入 所述集合中，之前還包括以下步驟計(jì)算所述商直方圖與集合中所有商直方圖的距離，選取距離最大值； 判斷所述距離最大值是否大于預(yù)先設(shè)定的閾值，如果是，則判斷所述商 直方圖集合中的元素?cái)?shù)是否小于所述門限值。
9、 一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新裝置，其特征在于，包括 商直方圖集合建立單元，用于建立商直方圖集合，所述商直方圖集合包括第 一幀圖像上選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖；目標(biāo)模型建立單元，用于根據(jù)商直方圖集合中的信息建立目標(biāo)模型；反投影圖計(jì)算單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)模型建立單元所建立的目標(biāo)模型 計(jì)算下一幀圖像的反投影圖；目標(biāo)跟蹤單元，用于在所述計(jì)算出的下 一 幀圖像的反投影圖上跟蹤目 標(biāo)，得到目標(biāo)的信息；跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元，用于根據(jù)所述目標(biāo)跟蹤單元獲得的目標(biāo)信息 獲取所述目標(biāo)的商直方圖，所述目標(biāo)的的商直方圖被放入所述商直方圖集合 中以更新所述目標(biāo)模型。
10、 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于還包括視頻獲取單元，用 于獲取視頻設(shè)備采集到的視頻圖像序列，以得到下一幀圖像。
11、 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于所述商直方圖集合建立單 元包括目標(biāo)區(qū)域選取單元，用于確定第 一 幀圖像中的待跟蹤目標(biāo)區(qū)域和背景區(qū)域；商直方圖計(jì)算單元，用于計(jì)算目標(biāo)區(qū)域選取單元所選擇的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖；商直方圖存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)所述商直方圖計(jì)算單元獲得的所述目標(biāo)區(qū) 域商直方圖及所述跟蹤目標(biāo)直方圖獲取單元獲取的目標(biāo)的商直方圖。
12、 如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于所述商直方圖計(jì)算單元， 還用于將計(jì)算所獲的商直方圖放入商直方圖存儲(chǔ)單元中。
13、 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于還包括目標(biāo)信息輸出單元， 用于輸出目標(biāo)跟蹤單元獲得的目標(biāo)的信息。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例提供一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新方法，包括計(jì)算在第一幀圖像上的目標(biāo)區(qū)域的商直方圖，將所述目標(biāo)區(qū)域的商直方圖放入商直方圖集合中；根據(jù)所述集合中的信息建立目標(biāo)模型；獲取下一幀圖像，并根據(jù)所述目標(biāo)模型計(jì)算該圖像的反投影圖；在所述反投影圖上跟蹤目標(biāo)以獲取所述目標(biāo)的信息，并根據(jù)所述信息計(jì)算所述目標(biāo)的商直方圖，將所述商直方圖放入所述商直方圖集合中以更新所述目標(biāo)模型。本發(fā)明實(shí)施方式還提供一種用于目標(biāo)跟蹤的商直方圖模型更新的裝置。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)建立多幀目標(biāo)商直方圖模型，及目標(biāo)模型的更新方法，保證在目標(biāo)顏色及背景外觀發(fā)生變化的情況下，仍能夠穩(wěn)定地跟蹤目標(biāo)。
文檔編號(hào)G06T7/20GK101447081SQ200810217688
公開(kāi)日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2008年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
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