[发明专利]一种基于相关滤波的快速区域搜索的目标跟踪方法

权利要求书

1.一种基于相关滤波的快速区域搜索的目标跟踪方法，其特征在于：步骤如下：

步骤一：读取图像序列，对第一帧图像手动选定目标，提取初始目标区域特征并建立最初的滤波器模型；

步骤二：对于后续图像序列，需要对目标搜索区域进行改进，通过对跟踪过程中前一帧的目标位置及大小进行确定，以前一帧确定的目标中心位置作为中心点，并以目标高度和宽度按照一定公式求取下一帧的目标搜索区域，同时提取搜索区域的目标特征；

步骤三：通过滤波器模型求取目标区域响应图，确定最大响应值以及最佳尺度，估计目标中心点的最佳位置；

步骤四：根据相邻帧目标在图像中移动的距离，求取当前状态下目标的移动速度及其加速度，得到模型更新率与速度的关系式，依据加速度对目标运动的预测作用求取模板更新率，更新相关滤波器模型；

步骤五：判断视频帧是否到达最后一帧，如果是，则结束跟踪过程，否则跳转到下一帧的目标跟踪过程中，重复步骤二～步骤五。

2.根据权利要求1所述的一种基于相关滤波的快速区域搜索的目标跟踪方法，其特征在于：步骤二是改进目标搜索区域的方法包括：

步骤2.1：确定当前跟踪过程中目标的大小，设目标的高度和宽度分别为h和w，下一帧的搜索区域高度和宽度分别为H和W，其中搜索区域的中心位置与目标中心位置重合，而H、W由下式计算得到：

步骤2.2：对通过上一步骤得到目标搜索区域进行修正，定义目标高度与宽度之比k，k按下式确定：

k越大表示目标越狭长，当k≥2时，认为目标比例失衡，需对搜索区域进行再调整，当h＝max(h,w)时，调整方法如下：

其中，H′为修正后目标搜索区域的高度，W′为修正后目标搜索区域的宽度，为调整系数，显然当高度比宽度长时，目标上下可搜索的区域应该增大，通过乘以来进行；同样，目标左右区域可搜索面积应该缩小，通过除以来实现；反之，当w＝max(h,w)时，调整方法如下：

此时宽度比高度长，目标左右可搜索的区域应该增大，通过乘以来进行；同样，目标上下区域可搜索面积应该缩小，通过除以来实现；当k2时，则无需修正。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于相关滤波的快速区域搜索的目标跟踪方法，其特征在于：步骤四是改进的更新滤波器模型的方法，具体包括：

步骤4.1：定义目标跟踪过程中目标速度为相邻帧预测框中心像素点在图像中的欧式距离，即速度v的计算公式为：

其中，点(x_n,y_n)为当前帧预测目标位置的中心在图像中像素点位置，点(x_n-1,y_n-1)为前一帧目标位置的中心在图像中像素点位置；

步骤4.2：根据上一步得到的目标速度，依据研究得到的滤波器模型的更新率η与v的关系式，对η进行自适应调整，调整的方法如下：

步骤4.3：计算目标跟踪过程中的加速度a，依据加速度对更新率进行预测调整，速度变化与图像帧间隔相关，假设某个视频序列帧速率为f_r，即一秒钟内包含多少幅图像，则目标加速度为：

其中，v_n为当前帧目标速度，v_n-1为前一帧目标速度，Δt为相邻帧时间差，为f_r的倒数，此时求得的加速度相邻帧之间的平均加速度；当目标速度减小时，即a0，模型更新率不仅要按照之前的关系式进行调整，还要根据a的值进行修正，提前减小模板更新率，适应目标减速过程；因此得到如下模型更新率的修正公式：

η′＝η+δa

其中，δ为修正系数，η′为修正后滤波器模型实际更新速率，δa为滤波器模型更新速率的修正值，最后将修正后的更新率再代入该方法中，改善跟踪效果。

4.根据权利要求3所述的一种基于相关滤波的快速区域搜索的目标跟踪方法，其特征在于：修正值的量级一般要比η小一个量级，通过对不同序列的跟踪实验，确定δ的值以获取最佳跟踪效果，对于一般帧速率在24～30fps的视频序列，δ取值范围为3×10^-4～4×10^-4，帧速率越大则δ取值应越小。