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收稿日期: - - ;修回日期: 基金项目:国家自然科学基金(60841004、60971110、61172152)
作者简介: 逯鹏(1974-),男(通信作者),博士,副教授,主要研究方向为智能系统、模式识别技术(lupeng@zzu.edu.cn);黄石磊(1986-),男(汉族),河南漯河
人,研究生,学士,主要研究方向为模式识别与智能系统(hslzzu@sina.com);陈书立(1972-),男(汉),河南扶沟人,助理工程师,主要研究方向为智能仪器仪表
及电子产品的开发与研究;刘驰(1985-),男(汉),河南驻马店人,研究生,学士,主要研究方向为控制理论与控制工程;袁道任(1987-),男(汉),河南开封人,研究
生,学士,主要研究方向为控制理论与控制工程;娄亚飞(1989-),男(汉),河南商丘人,研究生,学士,主要研究方向为控制理论与控制工程;张姗姗(1988-),女
(汉),河南南阳人,研究生,学士,主要研究方向为控制理论与控制工程.
基于视觉感知的运动目标跟踪算法
*
黄石磊,陈书立,刘 驰,袁道任,娄亚飞,张姗姗,逯 鹏
+
(郑州大学 电气工程学院,郑州 450001)
摘 要: 针对运动目标跟踪问题,为解决跟踪过程中因遮挡、目标尺度变化等易造成跟踪失败的现象,提出一种基于视觉感知
的跟踪算法.该算法以神经元响应为视觉特征,首先从自然图像中学习初级视皮层细胞感受野;然后计算背景图像和视频序列
图像的神经元响应并得出差值,与动态阈值比较,识别出运动目标,通过迭代实现目标跟踪.多类别实验结果表明,该算法实现了
运动目标稳定跟踪,目标跟踪准确率达 93.5%且鲁棒性增强,与典型算法 Camshift 和 SIFT 相比,提高了跟踪算法的准确性和鲁
棒性.
关键词: 运动目标跟踪; 视觉感知; 超完备集; 神经元响应
中图分类号: TP2 文献标志码: A 文章编号:
doi: 10.3969/j.issn.1001-3695.
Moving object tracking algorithm based on visual perception
mechanism
HUANG Shi-lei, CHEN Shu-li, LIU Chi, YUAN Dao-ren, LOU Ya-fei, ZHANG Shan-shan, LU Peng
+
(School of Electrical Engineering, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China)
Abstract:For moving object tracking problems, this paper puts forward an object algorithm based on visual perception ,in
order to solve the tracking failure phenomenon which is caused by the occlusion of tracking process and the change of object
scale .This algorithm uses neural response as visual features .First of all ,it studies primary visual cortex cell receptive field from the
natural image and calculates the neurons response of background images and video sequences, and draws the difference .Then it
identifies the moving object by comparing with the dynamic threshold value .Finally ,it achieves object tracking by iteratively .The
multi-category experiment results show that the algorithm achieves tracking of the moving object stability, and that the object
tracking’s accuracy rate has achieved 93.5% and its robustness is enhanced . Compared with the typical algorithm, such as the
Camshift and the SIFT, this algorithm improves the accuracy and robustness of the tracking algorithm.
Key words: moving object tracking; visual perception; overcomplete set; neural responses
0 引言
运动目标跟踪有基于区域、基于特征、基于变形模板和
基于模型的方法
[1]
,典型算法有 Camshift
[2-3]
和 SIFT
[4-5]
等.利
用视觉感知机制解决运动目标跟踪问题是一种新方法.
基于完备基的稀疏编码模型模拟视觉计算图像视觉特
征,即图像的基函数,它要求基函数正交,并利用基函数解决
特征识别等问题
[6]
.正交系统能够快速地分解与重建,但单
一正交基变换不能反映图像的内在结构及特征且稀疏性不
足
[7]
.超完备模型更符合视觉特征提取机制,且具有很好的
稀疏逼近性能
[8-9]
.然而,该模型的输入空间和编码空间不对
称,使稀疏分解难度增大,模型求解更困难
[10-11]
.此外,在缺
少高层语义的条件下,如何利用初级视觉特征解决运动目标
跟踪问题没有很好解决.
针对上述问题,采用能量模型法求解超完备模型,利用
响应系数矩阵
而不是基函数矩阵
表达视觉特征,解决稀
疏分解和模型求解难的问题;进而,通过神经元对不同视觉
特征响应的差别完成目标识别,并采用迭代方法实现动态跟
踪.实验表明,算法能够以小时间复杂度解决遮挡和目标尺
度变化的运动目标跟踪问题,在准确性和鲁棒性指标方面优
于传统方法.
1 超完备稀疏编码模型
稀疏编码模型:
(1)
式中:
为
维自然图像,
为
维基函数,
为高
斯噪声,
是响应系数,
为基函数个数,若
则是完备
基模型;若
,则
是冗余的,即
之间线性相关,则公
式(1)转化为超完备稀疏编码模型.
令感受野
,在完备基模型下
.
可逆是求解
完备基稀疏编码模型的基础.然而在超完备模型下
,
所以
,造成
求解难题.
为解决上述问题,采用概率密度函数的对数定义能量模
型,如公式(2):
m
k
nn
T
kk
wwZxwGxp
1
11
,,,,log
(2)
式中:
为单个样本数据,
为样本数据维数,
为感
受野个数,感受野
约束为单位化,
为归一
网络出版时间:2013-03-08 10:12
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/51.1196.TP.20130308.1012.030.html