[发明专利]一种用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法

权利要求书

1.一种用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法，其特征在于步骤如下：

首先，根据RGB与HSI空间的定量转化公式，提出对H分量进行帧间保持的方法，即进行色调保持；

其次，根据有无彩色信息将图像像素点分成两大类，即彩色像素点和灰度像素点，分别对其在HSI空间中的光照敏感分量进行校正与约束，并给出在RGB空间内实行的具体操作方法，从而构建出对光照具有鲁棒性的新色彩空间；

最后，将建立的新色彩空间运用于经典视觉跟踪算法，证明其提升传统跟踪算法的抗光照变化能力；

将传统RGB色彩空间转换到HSI色彩空间的过程为：对于任意一幅24比特的基于RGB色空间显示的彩色数字图像而言，首先将R、G、B三个分量归一化到[0,1]区间范围，即：将这三个分量分别除以255；然后，其对应的HSI色空间中的H、S、I分量可按照下面的公式进行计算：

式中，R、G、B分别表示像素的红、绿、蓝分量，H、S、I分别表示像素的色调、饱和度、亮度分量，arctan(·)表示反正切操作，min(·)表示取极小值操作；

所述进行色调保持的步骤如下：首先，根据公式(1)中H、S、I与R、G、B之间的数学关系，在三个等式的等号右侧，若R、G、B三个分量同时发生平移或尺度变换，即三个分量同时加上同一个常数或乘以同一个不为0的常数，H的数值是不会发生任何改变的；然后，若某一像素具备H分量，则有且只有平移和尺度变换既能改变S和I分量的数值，又能够同时保证H分量的数值不变；最后，采用相同数值的平移因子或尺度缩放因子，对像素点的R、G、B同时进行平移或尺度变换，从而改变其对应的S与I分量数值，且保证H分量数值恒定。

2.根据权利要求1所述的用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法，其特征在于对彩色像素点的S分量进行校正：首先，基于光照变化会改变像素饱和度数值的事实依据，将彩色像素点的S分量统一校正为1，即对于像素点饱和度的约束，从而消除饱和度干扰；然后，进行平移操作，设置平移因子δ，使用如下公式对S分量进行校正：

式中，R、G、B分别表示像素的红、绿、蓝分量，H、S、I分别表示像素的色调、饱和度、亮度分量，min(·)表示取极小值操作；最后，通过观察式(2)并结合彩色像素点R、G、B三个分量数值不可能全都相等的条件约束，得出δ的取值：

δ＝-min(R,G,B) (3)

式中，min(·)表示取极小值操作，即将原R、G、B三个分量分别减去它们的最小值，从而完成饱和度矫正。

3.根据权利要求1所述的用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法，其特征在于对彩色像素点的I分量进行校正：首先，基于光照变化会改变像素亮度数值的事实依据，将彩色像素点的I分量统一校正为常数α，即对像素点亮度的约束，从而消除亮度干扰；然后，进行尺度缩放操作，设置尺度因子β，使用如下公式对I分量进行校正：

式中，R、G、B分别表示像素的红、绿、蓝分量，H、S、I分别表示像素的色调、饱和度、亮度分量，δ为平移因子，α为常数，β为尺度因子；最后，根据式(4)解出尺度因子的数值：

式中，即将R、G、B分量分别乘以β，从而完成亮度校正。

4.根据权利要求1所述的用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法，其特征在于对灰度像素点进行统一映射：首先，基于灰度像素点R＝G＝B,不具备H信息，且S＝0的事实，得出其仅有I分量随着光照而变化，只需针对其I分量进行修正即可消除光照影响的结论；然后，与对彩色像素点的S分量进行校正的步骤内容相统一，将I分量人为置成常数即可，即将所有RGB空间亮度轴上的灰度像素点均映射到同一点，至此，新色彩空间构建完毕。

5.根据权利要求1所述的用于视觉跟踪的具有光照鲁棒性的色空间构建方法，其特征在于将新色彩空间直接运用于视觉跟踪算法：首先，选取四种典型的基于特征分布的经典视觉跟踪算法，即均值漂移MS算法、粒子滤波PF算法、连续自适应均值漂移CS算法和混合均值漂移-粒子滤波MSPF算法作为测试工具；然后，在光照连续变化的场景下，采用彩色CCD相机对一辆运动的红色模型小车拍摄共计200帧图像作为测试视频；接着，将RGB色彩空间作为上述四种跟踪算法的特征空间，对红色小车进行跟踪；再者，利用色空间替换RGB空间，使用同样的四种算法对小车进行跟踪，得到跟踪结果对比图；最后，用定量指标CR来衡量各跟踪结果的精度，CR定义为：

式中，A_C表示原图像中通过人工事先标注出来的标准跟踪结果，A_R表示跟踪算法得出的实际跟踪结果，∩表示两块区域的重叠面积。