[发明专利]基于局部约束非负矩阵分解的运动显著区域提取方法

权利要求书

1.基于局部非负矩阵分解的运动显著区域提取方法，包括：

(1)获取样本视频序列，设置轨迹提取的长度m，并进行稠密轨迹提取；

(2)将同一目标约束帧作为起始帧后获得的轨迹向量表示为向量，依次排列构成非负数据矩阵X；

(3)向非负矩阵分解模型中引入局部约束项，构造局部约束非负矩阵分解LC-NMF的目标函数；按如下步骤进行：

3a)由基矩阵F＝[f_·1,f_·2,...,f_·j,...,f_·r]构造局部加权算子R：

其中，x_·i是第i个长度为2m的非负列向量，f_·j表示F的第j个列向量，j＝1,2,...,r，r表示分解维数，||·||₂表示欧氏距离，δ为调节参数，用于调节衰减速度；

3b)构造系数矩阵H的局部约束项：⊙表示对两个矩阵中的对应元素相乘，||·||_F表示求矩阵的F-范数；

3c)将3b)的约束项引入非负矩阵分解模型中，得到局部约束非负矩阵分解LC-NMF的目标函数：

其中，λ为局部约束项参数；

(4)对LC-NMF的目标函数进行优化求解，得到基矩阵F和系数矩阵H；

(5)利用LC-NMF的目标函数对步骤(2)中构造的非负数据矩阵进行分解，即对轨迹进行聚类；

(6)统计各聚类簇中的轨迹数目，获得轨迹数目集合Num，并对该集合Num中的聚类簇标号按其所对应的轨迹数目的升序排列，得到轨迹数目集合Num'；计算各聚类簇的离散程度，获得轨迹离散度集合Disp，并对该集合Disp中的聚类簇标号按其所对应的离散度的降序排列，得到轨迹离散度集合Disp'；

(7)对上述两个集合Num'和集合Disp'中的前个聚类簇标号求交集得到集合T，从所有聚类簇中将集合T中聚类簇标号对应的聚类簇删除，得到轨迹筛选后的结果，其中r表示分解维数，为向下取整；

(8)根据轨迹筛选之后的结果，通过轨迹在视频帧的坐标位置，利用形态学膨胀的方法，获得各视频帧中相应的运动显著区域。

2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(2)中非负数据矩阵X，表示如下：

其中，x_·i是第i个长度为2m的非负列向量，由长度为m的轨迹在每一帧中的空间位置依次排列得到，i＝1,2,...,n，n为需要聚类轨迹的总数目。

3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(4)中对局部约束非负矩阵分解的目标函数进行优化求解，得到基矩阵F和系数矩阵H，按如下步骤进行：

4a)随机初始化基矩阵F⁽⁰⁾和系数矩阵H⁽⁰⁾，使得基矩阵F⁽⁰⁾中的任意元素满足系数矩阵H⁽⁰⁾中的任意元素满足其中，是基矩阵F⁽⁰⁾中第i行ψ列元素，是系数矩阵H⁽⁰⁾第ψ行u列的元素，i∈[1,2m]，ψ∈[1,r]，u∈[1,n]；

4b)按如下公式更新基矩阵F^(t)中的元素

其中，为本次对基矩阵F^(t)中第i行ψ列元素的迭代更新结果，为迭代t-1次的基矩阵F^(t-1)的元素，矩阵Q是局部约束项关于基矩阵F求导之后的结果，t∈[1,iter]，iter为预先定义的最大迭代次数；

4c)根据4b)得到的基矩阵F^(t)中的元素按如下公式更新系数矩阵H^(t)中的元素

其中，为本次对系数矩阵H^(t)中第ψ行u列元素的迭代更新结果，为迭代t-1次的系数矩阵H^(t-1)的元素；

4d)采用预定义的最大迭代次数iter作为停止迭代条件，当迭代次数t达到iter次后，停止迭代，输出基矩阵F^(iter)和系数矩阵H^(iter)；否则，返回步骤4b)。