[发明专利]功耗低的基于DSP的相关跟踪方法

摘要

本发明公开了一种功耗低的基于DSP的相关跟踪方法，本发明的目标跟踪方法采用基于归一化积相关（NProd）的模板匹配算法与遮挡判定、运动预估相结合的方式，通过Kalman运动预估设置搜索中心，采用基于NProd函数的子模板相关矩阵作为匹配度量，在波门中搜索目标；如果子模板之间的相关度误差满足遮挡条件，则中止模板更新，直接采用运动预估值作为最佳匹配位置，直到目标离开遮挡区域。本发明可以对存在复杂背景中的、与背景颜色分布相似的、突然出现大面积遮挡的目标进行有效跟踪，体积小、功耗低，适用性强。

主权项

一种功耗低的基于DSP的相关跟踪方法，其特征是：包括以下步骤：步骤一：模拟视频信号由摄像机的视频输出端连接到视频捕获模块实现视频信号的输入，输入视频信号通过视频解码器转化为数字图像信号，输入信号为标准视频信号，为PAL制式或者NTSC制式，数字图像信号的输出格式为YUV；步骤二：控制波门位置及大小，手动选择要跟踪的目标，以对应区域的图像亮度信号Y建立目标模板，或者根据预先存储的图像数据设定目标模板；步骤三：根据所建立的目标模板在波门内搜索目标，采用基于NProd函数的子模板相关矩阵作为匹配度量计算当前模板与目标模板的相似度，取相似度最高的点作为目标最佳匹配位置；步骤四：根据计算的目标运动轨迹，采用Kalman滤波预估目标在下一帧中的最大可能位置，以该点为中心设置下一帧的搜索波门；步骤五：根据子模板相关度误差进行目标遮挡判断，如果没有遮挡，取当前最佳匹配位置对应图像数据作为候选模板，与当前目标模板共同构造新模板；步骤六：如果判断目标存在遮挡，停止模板更新，取Kalman滤波预估点作为下一帧的最佳匹配位置，并将对应图像数据作为候选模板，通过计算其子模板相关度误差进行目标遮挡判断；步骤七：根据当前帧的目标最佳匹配位置在图像上叠加波门，处理后的数字图像信号输入视频显示模块，通过视频编码器转换为模拟视频信号供给监视器，通过监视器显示当前跟踪情况；步骤八：数据传输模块将图像跟踪模块计算出的目标实时位置、相关匹配中间参量及目标遮挡判断参量数据通过UART数据传输接口传送给上位机；步骤四中采用Kalman滤波预估目标在下一帧中的最大可能位置，其预估方法为：系统状态Xk包括xsk，ysk以及xvk，yvk，分别为目标在图像X轴与Y轴上的位置与速度；二维观测向量Zk包括xwk，ywk，分别表示匹配算法计算出的目标坐标；根据目标在单位时间间隔内作匀速运动的假设，定义状态转移矩阵Φ、观测矩阵Hk及相互独立的零均值高斯白噪声向量wk，vk的协方差矩阵：对滤波器进行初始化，将目标初始位置与速度赋给X0，速度设为0；初始误差协方差P0设为0，同时记录当前时刻；将X0与状态转移矩阵Φ代入状态预测方程，预测当前目标的运动状态将预测的误差记为ΔPk＝wk‑sk；将状态转移矩阵Φ与观测矩阵Hk代入误差协方差预测方程，得到新的误差协方差；以预估的目标坐标为搜索区域中心，当暂时没有得出时先以Xk中的xsk，ysk作为搜索中心；按ΔPk的大小设置搜索波门大小，寻找最佳匹配位置；最佳匹配区域的子图坐标赋给观测向量xwk，ywk，从而得到Zk；代入状态修正方程即可得(xsk+1,ysk+1)；计算滤波器状态增益系数Kk，将Zk代入状态修正方程，得到经观测修正后的状态向量，并计算修正误差协方差方程；搜索波门大小采取如下方式设定：搜索波门宽/高＝2γΔPk+模板图像宽/高其中γ为比例系数，取值范围为1～2。