一種高精度圖像矩定位方法
【專利摘要】一種高精度圖像矩定位方法，步驟為：(1)將待檢測(cè)目標(biāo)的圖像從背景中分離出來(lái)。(2)計(jì)算目標(biāo)的初始矩。(3)選擇適合目標(biāo)圖像分布的加權(quán)函數(shù)作為加權(quán)系數(shù)；加權(quán)函數(shù)需要具備可歸一化、中心對(duì)稱、衰減性、非相關(guān)性四個(gè)特征。(4)根據(jù)加權(quán)系數(shù)重新計(jì)算目標(biāo)圖像新的矩，若新的矩與原始矩的誤差滿足精度要求，則輸出新的矩作為目標(biāo)的質(zhì)心；否則以新的矩為迭代起始點(diǎn)再次選取加權(quán)系數(shù)并重新計(jì)算新的矩，直至新的矩與原始矩的誤差滿足精度要求，則輸出新的矩作為目標(biāo)的參數(shù)。本發(fā)明方法的目標(biāo)定位精度高，抗噪聲能力強(qiáng)，計(jì)算簡(jiǎn)單，工程實(shí)現(xiàn)容易，且不針對(duì)特定目標(biāo)圖像，特別適用于采用低信噪比、復(fù)雜背景圖像進(jìn)行目標(biāo)定位的場(chǎng)合。
【專利說(shuō)明】一種高精度圖像矩定位方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種圖像處理方法，特別適用于使用低信噪比、復(fù)雜背景圖像進(jìn)行目標(biāo)定位的應(yīng)用場(chǎng)合。

【背景技術(shù)】
[0002]目標(biāo)跟蹤是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的典型問(wèn)題，其核心技術(shù)之一是如何對(duì)跟蹤的目標(biāo)進(jìn)行聞精度圖像定位。
[0003]目前主要采用以下方法進(jìn)行圖像進(jìn)行姿態(tài)定位:即直接使用目標(biāo)圖像的像素灰度分布。如直接矩法和帶閾值的直接矩法，優(yōu)點(diǎn)是充分利用每一像元的灰度信息，計(jì)算簡(jiǎn)單，且?guī)ч撝档闹苯泳胤ɡ脠D像預(yù)處理除去了部分背景噪聲，精度較直接矩法會(huì)有所提升。缺點(diǎn)是二者均存在周期性的誤差，直接矩法對(duì)于非對(duì)稱的高斯斑點(diǎn)提取誤差較大，抗噪能力差；而帶閾值的直接矩法 ，其閾值較難選擇，難以適應(yīng)信噪比低的情況。
[0004]其中受關(guān)注的算法包括MeanShift算法、Cam-Shift算法等。在目標(biāo)圖像受環(huán)境干擾較大，如提取目標(biāo)圖像缺失部分區(qū)域、目標(biāo)圖像產(chǎn)生陰影等情況下，基于上述技術(shù)的圖像定位算法其定位精度偏離真實(shí)位置較大，導(dǎo)致目標(biāo)圖像位置在真實(shí)位置附近大范圍抖動(dòng)，主要原因是直接用一階矩法計(jì)算目標(biāo)圖像質(zhì)心。另外，盡管天文圖像有很高的幾何規(guī)則，高精度星敏感器使用它進(jìn)行姿態(tài)定位同樣面臨這一問(wèn)題。圖像定位技術(shù)優(yōu)劣直接關(guān)系到目標(biāo)定位技術(shù)精度高低。
[0005]其他方法，如基于特征點(diǎn)的定位方法，其技術(shù)復(fù)雜、適用范圍窄；圖像反卷積法和盲反卷積法處理噪聲的能力差，尤其對(duì)于動(dòng)態(tài)情況，該法往往失效；直接幀差法抗光強(qiáng)能力差；而EM算法復(fù)雜，難以實(shí)現(xiàn)較高的動(dòng)態(tài)效果。
[0006]由于實(shí)際成像過(guò)程常常受熱變、電路噪聲、光照、機(jī)械運(yùn)動(dòng)等因素影響，圖像分布常常會(huì)偏離既定的假設(shè)狀態(tài)，因此上述方法并不適于利用低信噪比、復(fù)雜背景圖像進(jìn)行目標(biāo)定位的場(chǎng)合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有目標(biāo)定位方法的不足，提供了一種高精度圖像矩定位方法，該方法不針對(duì)特定圖像，抗噪聲能力強(qiáng)，計(jì)算簡(jiǎn)單，且容易工程實(shí)現(xiàn)。
[0008]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:一種高精度圖像矩定位方法，包括如下步驟:
[0009](I)將待檢測(cè)目標(biāo)的圖像從背景中分離出來(lái)；
[0010](2)計(jì)算目標(biāo)的初始矩，其中d為目標(biāo)圖像的維數(shù)，t為目標(biāo)圖像的階數(shù)，O代表迭代的初始值，μ為原點(diǎn)矩，O為中心矩；
[0011](3)選擇適合目標(biāo)圖像分布的加權(quán)函數(shù)Od(Zd)作為加權(quán)系數(shù)；所述的加權(quán)函數(shù)ω d (zd)需要具備4個(gè)特征:
[0012](a)可歸一化:

【權(quán)利要求】
1.一種高精度圖像矩定位方法，其特征在于包括如下步驟: (1)將待檢測(cè)目標(biāo)的圖像從背景中分離出來(lái)； (2)計(jì)算目標(biāo)的初始矩，其中d為目標(biāo)圖像的維數(shù)，t為目標(biāo)圖像的階數(shù)，O代表迭代的初始值，μ為原點(diǎn)矩，σ為中心矩； (3)選擇適合目標(biāo)圖像分布的加權(quán)函數(shù)od(Zd)作為加權(quán)系數(shù)；所述的加權(quán)函數(shù)ω d (zd)需要具備4個(gè)特征: (a)可歸一化:
其中Rd為d維空間，Zd為d維圖像坐標(biāo)； (b)中心對(duì)稱.
(C)衰減性
^其中m為冪數(shù)； (4)非相關(guān)性:
其中上標(biāo)T表示矩陣的轉(zhuǎn)置，C為常數(shù)，Id為d

維單位陣； (4)根據(jù)步驟(3)得到的加權(quán)系數(shù)重新計(jì)算目標(biāo)圖像新的矩’若
或||4 - W Il < &，輸出(β:;, O作為目標(biāo)的質(zhì)心；否則令/4° = /4'、σ': = W并返回步驟(3)開(kāi)始重新進(jìn)行迭代計(jì)算圖像新的矩O:1，OjJ )，直至條件
滿足后輸出(//,K1)作為目標(biāo)的原點(diǎn)矩和中心矩，并利用目標(biāo)的原點(diǎn)矩進(jìn)行定位，ε μ和ε。分別為根據(jù)精度要求確定的迭代閾值，I代表迭代的結(jié)果； 目標(biāo)圖像新的矩的計(jì)算方法如下:
其中，U為冪指數(shù)，(i, j...)為目標(biāo)圖像的d維坐標(biāo)，Pd(i，j...)為目標(biāo)圖像直方圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度圖像矩定位方法，其特征在于:所述步驟(2)中的初始矩?,O為一階矩法計(jì)算的初始矩，改進(jìn)一階矩法計(jì)算的初始矩，曲面擬合法擬合的初始矩，多項(xiàng)式插值法擬合的初始矩，或者目標(biāo)圖像區(qū)域任一局部灰度像素的矩。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高精度圖像矩定位方法，其特征在于:所述的加權(quán)函數(shù)為三角函數(shù)、指數(shù)函數(shù)、冪函數(shù)、多項(xiàng)式函數(shù)、或者衰減的分段函數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度圖像矩定位方法，其特征在于:所述的加權(quán)函數(shù)
)，其中 Cd 為系數(shù)，/if)為函數(shù) gd(.)的一階原點(diǎn)矩，hd為函數(shù)gd(.)的帶寬，K表示子權(quán)函數(shù)化”(.)的數(shù)量，4^為與?Τ(.)對(duì)應(yīng)的系數(shù)，μτ為函數(shù)gr(.)的一階原點(diǎn)矩，Kr為函數(shù)gfc>的帶寬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度圖像矩定位方法，其特征在于:所述的冪指數(shù)u的數(shù)值大于等于I。
【文檔編號(hào)】G06T7/60GK104182971SQ201410390093
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】張俊, 郝云彩, 余成武, 程會(huì)艷, 龍也, 張新宇 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所