[发明专利]一种基于独立运动特征聚类的运动目标检测方法

权利要求书

1.一种基于独立运动特征聚类的运动目标检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，对图像传感器输出的视频流进行局部特征检测、描述和匹配，获得相邻时刻匹配特征点对，并进行全局运动估计，获得全局运动参数；

S2，对特征点坐标进行全局运动补偿，获得独立运动特征点对；

S3，进行独立运动特征点对聚类，获得独立运动特征类簇，对独立运动特征类簇进行后处理，获得最终的检测结果；

所述的步骤S2中对特征点坐标进行全局运动补偿包括如下步骤：

S2.1，陀螺仪输出的三轴旋转角速率，计算相邻帧探测器体坐标系的三轴旋转角度；

S2.2，建立探测器体坐标系三轴旋转与图像变换的映射关系，计算探测器体坐标系三轴旋转引起的图像变换，从而实现全局运动补偿；

所述的步骤S2.1包括：

以光电探测器的质心为原点建立探测器体坐标系，Ox轴沿光学中心方向，向外部为正，Oy轴位于探测器纵向对称平面内且垂直于Ox轴，向上为正，Oz轴垂直于Oxy平面，按右手直角坐标系确定方向，探测器体坐标系与探测器固连，并随探测器运动在空间移动或转动；

陀螺仪与光电探测器的光学中心同轴固连，提供三轴旋转角速率，即ω_x、ω_y和ω_z，设陀螺仪的数据更新频率为f_G，图像传感器的采集频率为f_C其中f_G≥f_C，利用陀螺仪数据时间戳和图像数据时间戳，实现陀螺仪数据与图像数据的同步，设(τ-1)到τ时刻，图像传感器采集的图像为I(τ-1)和I(τ)，陀螺仪输出的三轴旋转角速率为ω_xk、ω_yk和ω_zk，k＝1,…,N，N＝round(f_G/f_C)，则(τ-1)到τ时刻，探测器绕Ox、Oy和Oz轴旋转的角度θ_x、θ_y和θ_z可以根据下式进行计算：

所述的步骤S2.2包括：

计算探测器体坐标系三轴旋转引起的图像变换：

若探测器体坐标系绕Ox轴旋转θ_x角，则成像窗口绕其中心顺时针旋转θ_x角，那么，背景上的同一像素在图像坐标系中的位置，以图像中心为旋转中心逆时针旋转θ_x角，旋转变换矩阵为

图像上任一像素(x,y)从(τ-1)到τ时刻的旋转变换为

其中，W和H分别为图像的宽和高；

图像绕Oy和Oz轴分别旋转了θ_y和θ_z角，平移变换矩阵可以通过成像像素的角分辨率进行求解，设相机的视场角为θ_H×θ_V，其中，θ_H为水平视场角，θ_V为垂直视场角；成像的像素分辨率为W×H，则像素的角分辨率为：

(τ-1)到τ时刻，图像的平移变换矩阵为：

图像上任一像素(x,y)从(τ-1)到τ时刻的图像变换为：

即

2.如权利要求1所述的基于独立运动特征聚类的运动目标检测方法，其特征在于，所述的步骤S2中获得独立运动特征点对包括如下步骤：

S2.3，对前一时刻图像进行角点检测；

S2.4，采用金字塔光流法提取当前时刻图像上的匹配特征点，获得匹配特征点集合；

S2.5，对前一时刻图像的特征点进行全局运动补偿，获得补偿特征点；

S2.6通过阈值处理获得独立运动特征点对。

3.如权利要求1所述的基于独立运动特征聚类的运动目标检测方法，其特征在于，所述的步骤S3包括步骤：

S3.1，采用位置和速度联合特征对特征点的独立运动进行描述，获得独立运动特征；

S3.2，进行独立运动特征聚类，以位置特征为主进行相似性度量，同时添加速度幅值加权因子和速度方向加权因子，增大对位置相近的独立运动特征的区分度；

S3.3，对聚类结果进行后处理，获得最终的检测结果。