[发明专利]一种自适应模板匹配的抗遮挡跟踪方法

权利要求书

1.一种自适应模板匹配的抗遮挡跟踪方法，其特征在于，包括如下步骤：

将跟踪模板分割成若干个n×n的子模板，n为正整数；以子模板为组成单元，从跟踪模板内部划分出两个相互嵌套的内层子区域，称为内层1模板和内层2模板；当位于外层的模板更新时，其内层模板随之更新；

跟踪首先从无遮挡跟踪状态开始，随着遮挡的加深依次经历内层1无遮挡跟踪状态A、内层1有遮挡预测状态；当遮挡逐渐解除，从内层1有遮挡预测状态退出后依次进入内层2无遮挡跟踪状态、内层1无遮挡跟踪状态B，最后回到无遮挡跟踪状态；

假定跟踪模板一共由K1×P1个子模板组成，内层1模板由K2×P2个子模板组成，内层2模板由K3×P3个子模板组成；其中，K1K2K3，P1P2P3；在进行图像的搜索匹配时，先求取K1×P1个子模板与目标图像对应子模板区域的互相关系数ε(i,j)，i＝1…K1，j＝1…P1，然后分别计算外层跟踪模板、内层1模板、内层2模板的相关系数平均值ε_外层、ε_内层1、ε_内层2：

其中，S1和S2分别表示两个内层模板的区域；

搜索匹配后，以ε_外层、ε_内层1、ε_内层2取得最大时的点位作为目标点位，分别为(X1，Y1)、(X2，Y2)、(X3、Y3)，此时的匹配系数为目标位置的模板匹配系数，用作进行是否更新模板的判断：当模板的匹配系数小于设定阈值时，说明当前模板已经需要进行更新；

计算定位差：

diff1＝|X1-X2|+|Y1-Y2|

diff2＝|X2-X3|+|Y2-Y3|

各状态的跳转和处理为：

(1)处于无遮挡跟踪状态时

跟踪首先进入无遮挡跟踪状态，此状态下，需要实时判断是否存在遮挡，同时还需要实时监测模板的匹配系数，判断是否需要更新模板，包括如下几种情况：

1.1当diff1m，m为设定数值，即跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置相同，则认为没有发生遮挡，不进行状态跳转，此时目标位置取三个模板的目标位置均值，即

X＝(X1+X2+X3)/3，Y＝(Y1+Y2+Y3)

在跟踪过程中，若发现相关系数ε_外层小于阈值Th，需要更换模板，则整个外层跟踪模板全部更新，此时内层1模板和内层2模板也随之更新；

1.2当diff1≥m时，即跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置不同，则认为内层1模板以外发生遮挡，内层1模板以内部分无遮挡的状态，则跳转到内层1无遮挡跟踪状态A；

(2)内层1无遮挡跟踪状态A的处理：

此状态下需要实时判断外层跟踪模板和内层1目标是否还存在遮挡，包括如下几种情况：

2.1当diff1≥m且diff2≥m，即跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置不同，且内层1模板与内层2模板匹配的目标位置也不同，则跳转到内层1有遮挡预测状态；

2.2当连续多帧diff1m，即连续多帧跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置相同，则认为遮挡解除，跳转回无遮挡跟踪状态；

2.3如果一直维持在diff1≥m且diff2m的状态，则不进行状态跳转，此时目标位置取内层1模板与内层2模板匹配的目标位置均值，即

X＝(X2+X3)/2，Y＝(Y2+Y3)/2

在这种情况下，也需要实时监测模板匹配系数，判断是否需要更换模板；若发现ε_内1小于阈值Th，需要更换模板，则只更新内层1模板，此时内层2模板也随之更新；

(3)内层1有遮挡预测状态的处理：

内层1有遮挡预测状态表示遮挡已经侵入了内层1，遮挡比较严重，此状态下需要立即停止更新模板，并进行轨迹预测，预测目标点位，预测初始值为X＝X3,Y＝Y3；

同时，在该状态下还需实时监测内层2模板的匹配系数，若连续多帧ε_内层2≥Th，则表明内层2模板不受遮挡，停止轨迹预测，转入内层2无遮挡跟踪状态；如果一直不满足ε_内层2≥Th，则继续轨迹预测；

(4)内层2无遮挡跟踪状态的处理：

内层2无遮挡跟踪状态表明内层2模板已经不受遮挡，此时需要实时判断内层2和内层1之间是否存在遮挡，有如下几种情况：

4.1当diff2≥m，即内层1模板与内层2模板匹配的目标位置不同，判定存在遮挡，则回到内层1有遮挡预测状态；

4.2当连续多帧diff2m，即连续多帧内层1模板与内层2模板匹配的目标位置相同，判定不存在遮挡，则转入内层1无遮挡跟踪状态B；

4.3如果没有满足4.1或4.2，则维持在本状态，此时目标位置取内层2模板匹配的目标位置，即

X＝X3，Y＝Y3

同时需要实时判断内层1和内层2的模板匹配系数，任一个小于阈值Th均需要更换内层1模板，此时内层2模板也随之更新；

(5)内层1无遮挡跟踪状态B的处理：

内层1无遮挡跟踪状态B表明内层1已经不受遮挡，此时需要实时判断内层1和外层之间是否存在遮挡，有如下几种情况：

5.1若diff1≥m，即跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置不同，判定存在遮挡，则回到内层2无遮挡跟踪状态，返回步骤四；

5.2若连续多帧diff1m且diff2m，即连续多帧跟踪模板与内层1模板匹配的目标位置相同，判定外层和内层1以及内层1和内层2均不存在遮挡，则转入无遮挡跟踪状态；

5.3如果没有满足5.1或5.2，则维持在本状态，此时目标位置取内层1模板和内层2模板匹配的目标位置的均值，即

X＝(X2+X3)/3，Y＝(Y2+Y3)

同时，还需实时判断外层、内层1、内层2的模板匹配系数，任一个小于阈值Th均需要更换模板，则整个外层跟踪模板全部更新，此时内层1模板和内层2模板也随之更新。

2.如权利要求1所述的自适应模板匹配的抗遮挡跟踪方法，其特征在于，m＝3。