基于仿射变换模型的图像跟踪系统的实现

造 成 的场 景 图像 的 整 体 运 动 、 以及 由 于 视 角 变 化 使 得 目标 物 体 表 现 出 图像 形 态 的 不 稳 定 、 目标 物 体 的 平 面 旋 转 、 度 变 尺 化 、 维 空 间 旋 转 、 度 变 化 、 线 性 几 何 畸 变 、 部 或 整 体 三 照 非 局
遮 挡 、 分 背 景 图像 变 化 等 。所 有 这 些 因 素 都 使 得 基 于 图像 部 信 号 处 理 的 目标 检 测 、 别 、 踪 处 理 系 统 的设 计 面 临挑 战 ， 识 跟
１ 仿 射 种 基 本 的 几 何 变 换 ， 以用 来 描 述 图像 在 可 二 维 空 间 中 的 旋 转 、 度 变 化 和位 移［１ 尺 ２ 。仿 射 变 换 共 有 ６个 － ３ 自 由度 。仿 射 变 换 是 一 种 线 性 变 换 ， 具 有 将 平 行 线 变 换 成 即
可 选 择 攻击 点 和 发 射 后 不 管 等 优 点 ， 现 代 武 器 系 统 中 获 得 在
了越 来 越 多 的 应 用 ， 为 警 戒 搜 索 、 踪 和 制 导 系 统 的 重 要 成 跟
组成部分 。
但 是 ， 武 器 系统 中 的 图 像 处 理 基 本 上 都 是 针 对 连 续 的 在 运 动 图像 ， 论 是 目标 的 运 动 ， 是 武 器 系 统 自身 的 运 动 ， 不 还 观 测 到 的 图像 序 列 存 在 着 目标 相 对 背 景 的运 动 、 由传 感 器 运 动
靠 Ｄ Ｐ内 部 的 数 据 存 储 空 间 有 可 能 不 够 。Ｓ Ｓ Ｄ Ｐ外 挂 两 片 静 态
， ＝ （ （ ａ ） （ ，Ｘ＋ ， ） ） （） ２
平 行 线 、 限 点 映 射 到 有 限 点 的 一 般 特 性 。 可 以 描 述 ３ 空 有 它 Ｄ 间 中的 目标 到 ２ Ｄ平 面 的 成 像 过 程 ，具 体 表 现 可 以是 各 个 方
向尺度变换 、 系数 一致 的 均 匀 尺 度 变 换 或 变 换 系 数 不 一 致 的
作 者 简 介 ： 春 艳 （ ９ ９ ） 女 ， 南 洛 阳人 ， 士 ， 程 师 。 研 究 方 向 ： 导 、 字 图像 处 理 。 翟 １７ 一 ， 河 硕 工 制 数
（ 国 电子 科 技 集 团公 司 第 二 十 七 研 究所 ，河 南 郑 州 ４ ０ ４ ） 中 ５０ ７
摘 要 ：文 中设 计 研 制 了一 种 新 型 的 基 于仿 射 变换 模 型 的 实 时 图像 跟 踪 系统 。本 跟 踪 系统 已经 通 过 实 践 检 验 ， 够 稳 能
定 的 、 确 的 、 速 的 跟踪 目标 。 准 快 并且 系统 有很 大 的 升 级 潜 力 ， 了能 够 满 足 仿 射 变换 跟 踪 的要 求之 外 ， 能 适 用 于其 除 还 他 的一 些 算 法 ， 成 鲁 棒 性 更 强 的 图像 跟 踪 系统 。 实践 证 明 该 跟 踪 系统 性 能优 于 经 典 的 相 关 跟 踪 系统 。 构
化 的 刻 画 能 力 过 于 简 单 ． 法 有 效 地 适 应 目标 在 图像 中 通 常 无
测 距 离 远 ， 受 气 象 环 境 影 响 等 优 点 。 存 在 有 源 工 作 易 暴 不 但
露 己方 。 分 辨 精 度 较 低 ， 受 电 磁 干 扰 等 缺 点 。由 于 图 像 跟 角 易
关 键 词 ：仿 射 变 换 ；图像 跟 踪 ；相 关 跟 踪 ；平 移 模 型
中 图分 类号 ： Ｐ １ ． Ｔ９１３ ７
文献标识码 ： Ａ
文章 编 号 ： ６ ４ ６ ３ （０ ２ １－ ０ ５ ０ １７ － ２ ６ ２ １ ）５ ０ ５ － ４
Ｒｅ ｌｚ ｔｏ ｏ ｉ ａ ｅ ｔ ａ ｋｉ ｙ ｔ ｍ ｓ ｂ ｓ ｄ ｎ ａ ｆｎ ｒ ｎ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ａ ｉ ａ ｉ ｎ ｆ ｍ ｇ ｒ ｃ ｎｇ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｏ ｆｉ ｅ ｔ ａ ｓ ｏ ｍ ｔｏ ｍ ｄ ｌ
踪 充 分 利 用 了 高 分 辨 率 的 图 像 信 息 ， 近 程 （ 公 里 至 几 十 在 几
公 里 ） 有 无 源 工 作 隐 蔽 性 好 、 电磁 干 扰 、 海 上 应 用 中 可 具 抗 在 低 角 度 工 作 、 多 径 干 扰 、 小 目标 分 辨 力 强 、 踪 精 度 高 、 无 对 跟
若 用 ＩＸ＋ （ ａ ） 表 示 模 板 图 像 ｌＸ） 过 仿 射 变 换 （ Ｕ Ｘ，） 来 （ 经 后 在 输 入 图 像 中的 对 应 区域 ， 在 灰 度 不 变 性 前 提 下 有 公 式 则
成立 ：
Ｔ ３ ０ ６ １ 。考 虑 到 Ｄ Ｐ子 系 统 在 进 行 数 据 运 算 时 。 依 ＭＳ ２ Ｃ ７ ３ Ｓ 只
ｕ和 表 示 仿 射 变 换后 的 图 像在 水 平 和垂 直 方 向的 变 化 量 。
图 ｌ 系 统 硬 件 电 路 设 计 框 图
Ｆ ｇ Ｄｅ ｉ ｎ ｄ ａ ｒ ｍ ｆｓ ｓｅ ｈ ｒ ｗ ｒ ｉｃ ｔ ｉ ．１ ｓｇ ｉｇ ａ ｏ ｙ ｔ ｍ ａ ｄ ａ ｅ ｃｒ ｕｉ
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５ ５－
《 电子设计 工程 ） ０ ２年 第 ｌ ２１ ５期
非均 匀 尺 度 变 换 及 剪 切 变 换 等 。仿 射 变 换 具 有 平 移 、 转 和 旋
缩放不变性 。
以模 板 图像 中 心 为 坐标 原 点 建 立 坐 标 系 ， 么 模 板 图 像 那 （ 目标 图像 ） 示 为 ｔｘ） 板 图 像 中 的 像 素 点 ： ，） 仿 表 （ 。模 （ ’经 ， 射 变 换 后 ， 为输 入 图像 中的 点 ｙ， 中 和 ｙ之 间 存 在 仿射 变 其
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ａ ｅ ｒ ａ－ ｍｅ ｉ ｇ ｒ ｃ ｉｇ ｓ ｓｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｆ ｎ ｒｎ ｆ ｒ ｉ ｅ ｅｏ ｅ ．Ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｈ ｖ ｒ ｖ ｄ ｔ ａ ｈ ｎ ｗ ｅ ｌ ｉ ｍａ ｅ ｔ ｋ ｎ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ａｆ ｅ ｔ ｓｏ ｍ ｓｄ ｖ ｌｐ ｄ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ａ ｅ ｐ ｏ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｔ ａ ｉ ａ ｉ ｔ ｃ ｅ ａ ｔ ｒ ｃ ｓ ｎ ｅ ｉｂ ｅ Ａｎ ｈ ｓ ｓ ｓｅ ｈ ｓ ｖ ｒ ｒ ａ ｐ ｒｄ ｎ ｏｅ ｔ ｉ ． ｔ ｏ ｎ ｙ ｍｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｓｓ ｏ ｒ ｋ ｒｉ ｆ ｓ ，ｐ ｅ ｉｅ ａ ｄ ｒ ｌ ｌ． ｄ ｔ ｉ ｙ ｔ ｍ ａ ｅｙ ｇ ｅ ｔｕ ｇ ａ ｉ ｇ ｐ ｔｎ ｉ ｔ Ｉ ｎ ｔｏ ｌ ｅ ｓｔ ｅ ｒ ｑ ｅ ｔ ｆ ａ ｓ ａ ｌ ａ ｙ ａ／ ｅ ｔａ ｓｏ ｍ ｒ ｃ ｉ ｇ ｓ ａｓ ｕｔ ｂ ｅ ｆ ｒｓ ｍｅ ｏｈ ｒａ ｇ ｒ ｈ ，ａ ｄ ｃ ｎ ｆｒ ｈ ｒ ｏ ｕ ｔｉ ｇ ｒｃ ｉ ｇ ｓ ｓｅ ｔ ｎ ｒ ｎ ｆ ｒ ｔ ｋ ｎ ，ｉ ｌｏ ｓ ｉ ｌ ｏ ｏ ｔ ｅ ｌｏ ｔ ｍｓ ｎ ａ ｍ ｔ ｅ ｍｏ ｅ ｒ ｂ ｓ ｍａ ｅ ｔａ ｋ ｎ ｙ ｔ ｍ． ｉ ａ ａ ｉ ｏ
加 ， 致 跟 踪 框 逐 渐 飘 移 ， 终 很 容 易 丢 失 目标 。六 参 数 的 仿 导 最
射 变换模型不仅 包含了位移模型 中的水平和竖 直位移参数 ． 还 包 含 了 描 述 目标 旋 转 、 比例 放 大 等 变 化 的参 数 。 以描 述 可 物 体 所 发 生 的平 移 、 放 、 维 旋 转 、 切 等 运 动 变 化 。 在 实 缩 二 错 际 应 用 中 ， 像 目标 通 常 会 发 生 尺 度 、 转 等 变 化 ： 一 方 图 旋 另
面， 目标 与 图 像 采 集 设 备 之 间 的距 离 通 常 较 远 ， 三 维 变 化 其
常 可 以用 二 维 变 化 来 近 似 ， 以 ， 兼 顾 跟 踪 效 果 和 计 算 效 所 在 率 的考 量 之 下 ， 图像 跟 踪 系 统 选 择 使 用 了六 参 数 的仿 射 变 本 换运动模 型。 ．
会 发 生 的 缩 放 、 转 甚 至错 切 等 变 化 。另外 ， 统 的 互 相 关 匹 旋 传
配 算 法 【 用 固定 尺 寸 的 矩 形 跟 踪 框 ， 目标 发 生 尺 度 变 化 １ 采 在 时 容 易 产 生 误 差 。 而 且 随 着 模 板 的更 新 ， 差 通 常 会 不 断 累 误
随着 现 代 战 争 的发 展 ， 来 越 需 要 对 目标 进 行 远 距 离 的 越
精 确 定 位 和 跟 踪 。传 统 跟 踪 以 毫 米 波 雷 达 为 传 感 器 ， 有 探 具
度 ， 得 更 好 的跟 踪效 果 。在 目标 运 动 模 型 中 ， 移 模 型 仅 包 获 平
含 目标 在水平 、 直方 向上 的位移两个 参数 ． 目标运 动变 垂 对
即需 要 努 力 提 高 算 法 与 系 统 的鲁 棒 性 。 基 于 运 动 模 型 的 跟 踪 采 取 特 定 的 目标 运 动 模 型 来 实 现
跟 踪 。 运 动 模 型越 详 尽 精 确 ， 目标 物 体 之 运 动 变 化 的 描 述 对 能 力 就 越 强 ， 以 其 为 基 础 的算 法 就 能 够 得 到 更 高 的 定 位 精 收 稿 日期 ：０ ２ ０ — ７ ２ １ — ５ １ 稿 件 编 号 ：０ ２ ５ ３ ２ １０ １５
第 ２ Ｏ卷 第 １ ５期
Ｖ０ ．０ １２ Ｎｏ １ ．５
电子 设计 工程
Ｅｌｃ ｒ ｎｉ ｓｇ ｅ ｔｏ ｃ Ｄｅ ｉ ｎ Ｅｎｇｎ ｅ ｉ ｉ ｅ ｒｎｇ
２１ ０ ２年 ８月
Ａｕｇ ２０１ ． ． ２
基于仿 射变换模 型 的图像 跟踪 系统 的实 现
翟春艳 ，陈文博
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（ ｈ ７ ｅｅｒｈＩｓｔｔ， ｌ ｔ ｎ ｓＴ ｃｎ ｌ ｙＧ ｏｐＣ ｒｏａｏ ｈｎ ， ｈ ｎｚｏ ５ ０ ７ Ｃ ｉ ） Ｔ ｅ２ ｔ Ｒ ｓａｃ ｎｔｕｅＥｅ ｒ ｉ ｅ ｈｏｏ ｒｕ ｏ ｒｔ ｎｏ ｉ Ｚ ｅｇｈｕ４ ０ ４ ， ｈ ａ ｈ ｉ ｃｏ ｃ ｇ ｐ ｉ ｆＣ ａ ｎ