第27卷第 6期
2010年 6月
计 算 机 应 用 研 究
Application Research of Compute ̄
Vo1.27 No.6
Jun. 20l0
一
种 基 于 空 间直 方 图的 Mean-Shift跟 踪 算 法 米
胡 彬 ,赵 欢 ,郑 敏
(湖南大学 计算机与通信 学院,长沙 410082)
摘 要:经典的 Mean—Shift跟踪算法以颜 色直方图为特征对 目标进行跟踪。颜 色直方图反映的是 图像 中颜 色
的组成情况,即出现了哪些颜 色以及各种颜 色出现的次数。颜色直方图具有旋转不变性、缩放不变性等优点.经
常用于图像检索,即通过 比较颜 色直方 图的差异 来衡 量 两幅 图像 在颜 色全局分 布上的 差异 。但 是颜 色直方 图不
能反 映颜 色的空 间分布特征 ,当跟踪 目标与 背景 色颜 色相近 时 可能 造成 错误 跟 踪 ,导致 跟 踪 失败 。考虑 目标 颜
色空间分布特征 ,将空间分布信息融入颜色直方图中,提 出了基于空间颜 色直方图的 Mean Shift跟踪方法.全面
地反映了颜色的整体分布信息和空间分布信息。在 VC 6.0上利 用新 方法和 经典 Mean—Shift跟踪方法分别对发
生遮挡的视频和快速运动的视频进行跟踪 ,实验结 果表 明,提 出的新 方法能 够更好地 对 目标进 行跟 踪 ,避 免跟踪
过程 中的 目标丢 失 。
关键词:目标跟踪 ;Mean.Shift跟踪 ;颜 色直方图;空间颜 色直方图;相似性度量
中图分类号:TP391 文献标志码:A 文章编号 :1001—3695(2010)06—2394—04
doi:10.3969/j.issn.1001—3695.2010.06.114
Improved M ean—Shift tacking algorithm based on spatial histogram
HU Bin,ZHAO Huang,ZHENG M in
(School of Computer&Communication,Hunan University,Changsha 410082,China)
Abstract:The color—histogram indicates the color components of the target objeet—the sorts of color and the number of every
kind of color.The global color histogram method has some excellencies—the rotation inflexibility and scale inflexibility and SO
on,so it is often used in the image retrieving—c0mparing two images through computing the difference of the color histogr am of
the two images.But the color histogram does not involve the spatial distributing information of the color.It may bring on failed
tracking while the colors of target object is similar with the background colors.This paper proposed an improved tracking mehod
which based on spatial color histogram .which involved both the colors number information and the spatial distribution iMonna.
tion of the colors information.This paper applied new method and the classic Mcan—Shift tracking method on the obiect occlu.
sion of video and fast—motion video using VC 6.0.The experiment shows that the new method can tacking the target object bet.
ter than the classic Mean—Shift tracking algorithm.
Key words:object tracking;Mean—Shift tracking;color histogram;spatial color histogram;similarity match
0 引言
目标跟踪 一直是计算机视觉研究领域 的热点 问题 ,其应 用
领域有视频监控、人机用户接 13、虚拟 现实等 。如何 对视频 序
列 中的目标进行稳健 、有效 的跟踪是 目标跟踪 的研究重点。颜
色信息 由于对 目标的平 移 、旋转和尺度变化具有不变性以及 对
遮挡和姿态变化不敏感 的特点 而成为 图像 处理 中的一种重要
特征 。因此 ,基于颜色信息 的目标跟踪方法引起了许多研究 者
的关注¨ J,在视频 监控 、智能 人机 交互 、图像 和视频 编码 以
及智能机器人等许 多研究领域得 到了广泛 的应用 。
均值漂移(Mean—Shift)是 Fukanaga等 人… 提 出的一 种非
参数概率密度梯度估计算法 ,在统计相似性计算与连续 优化方
法之间建立了一座桥梁 。Cheng 发展 了这 一理论 ,将 其运 用
到模式分类与图像 分割 中,此后 ,均值漂 移被广泛 用于模式 分
类 、图像分 割 以及 目标 跟 踪等 方 面。Comaniciu等人 提 出
了一种加权直方 图 (weighted histogram)建模 目标 的颜 色概 率
分布 (又称为基于核 的概率密 度表达 ),该方 法统计落人 每一
个直方 图区间像素的加权 个数 ,其 中权重是落入该 区间的像素
二维空间坐标和 目标 中心的距离 函数 ,距离越小权重越大 。这
种方法用 Bhattacharrya距离来度量颜色模型之间的相似 度 ,通
过一 阶梯度下降算法将该距离测度极小化 ,从而在搜 索范 围内
得 到 目标 的位置 。该 方法被称 之为 Mean—Shift (MS)算法 ,能
够通过较少 的几次迭代收敛到 目标 的真实位置 ,由于 MS算法
速度快 ,适 用于实时视频跟踪 中对 目标进行跟踪而受 到了研究
者 的重视 。Collins借鉴 Lindeberg的尺度 空间理论 ,将其 融入
Mean—Shift算法 中用来 解决 其不 能很好 地跟 踪尺度 变化 的 目
标 的缺点 。实验结 果表 明该算 法实 时性很 强 ,可 以实 现对
运动人脸 的快速跟踪 ,同时对 目标遮挡也有很好 的鲁棒性 。
颜色直方图只包含了该图像中某一颜色值出现的频数,仅
仅反 映了物体 的全局 色彩信 息 ,不能 反映颜 色 的空间分 布特
征 。任一幅 图像都能惟一地给出一幅与它对应 的直方 图,但不
同的图像可能有相 同的颜 色分布 ,从 而就具 有相 同的直方图 ,
因此直方 图与图像是一对多的关系 ,仅仅 以目标的颜色直方图
收稿 日期 :2009—10.23;修回 日期:2009—11—28 基金项 目:高等 学校科技创新工程重大项 目培育资金资助项 目(070866)
作者简介:胡彬 (1985一),男,湖 南邵 阳人 ,硕士研 究生 ,主要研究方 向为计算视频处理等 (hhubin一112@163.corn);赵欢(1967一),湖南长沙人,
教授 ,主要研 究方向为计算机视频、音频处理 ;郑敏 (1984一),女 ,湖南长沙人 ,硕士研究生 ,主要研 究方向为计算机视频 处理.