1.基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征在于,包括下列步骤:步骤一、读入第一帧图像Image1,手动标记视频序列第一帧的目标图像,降采样目标图像并转为列向量 d为目标图像的特征维数,初始化子空间D和奇异值对角矩E为空矩阵;
步骤二、读入下一帧Imaget+1,t≥1,基于Ross的方法获取t+1帧候选样本的运动状态集合 并将对应图像作为目标函数中的观测样本的集合 其中m为样本的个数;
步骤三、标记第i个观测样本 同时确定当前t+1帧帧号,若t+1≤5,则计算观测样本 与第t帧真实目标状态 的残差,得出t+1帧的最佳目标状态并收集样本It+1,转入步骤八;否则直接转入步骤四;
步骤四、对观测样本 构建目标函数,并对重构样本与观测样本的残差 直接进行拉普拉斯建模||e||1,以容纳目标跟踪中受到的离群子干扰;针对储存目标信息的PCA子空间 的目标系数 利用Lp范数正则化其目标系数项||c||p,以在重构样本时,消除冗余特征的干扰;在增广拉格朗日算法下构建目标函数;
步骤五、基于APG算法,对目标函数进行最小化计算,获得收敛的残差e*和目标系数C*;
步骤六、评估所有候选样本成为真实目标状态的置信度,获得第t+1帧的最佳目标状态步骤七、获取到最佳目标状态 后,进一步收集样本步骤八、若收集的样本I达到五个,则采用Ross的更新方法对子空间及其均值向量进行更新,并重置收集的样本个数为0;若未达到5个,则不更新目标子空间;
步骤九、若视频未结束,则转入步骤二,读入下一帧图像;否则跟踪结束。
2.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤二对候选样本进行采样,具体方法为:
1)以第t帧目标 为中心,用六个仿射参数来描述候选样本的运动状态:x={lx,ly,θ,s,α,φ},这六个仿射参数分别表示水平位置平移lx,垂直位置平移ly,转角θ,尺度s,高宽比α,斜度φ,并独立服从高斯分布;
2)进行状态转移,获取t+1帧所有的运动状态xt+1:p(xt+1|xt)N(xt+1;xt,Φ),其中φ为对角协方差矩阵,其对角元素为六个仿射参数的标准差,N表示高斯分布, 的运动状态对应的图像块便作为观测样本
3.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤三若当前桢号t+1≤5时,得到第i个候选样本的残差 并通过如下评价机制来评估对应候选样本的置信度:
p(y|x)=exp(-||ei||1)
p(y|x)值最大的候选样本设为当前的最佳目标状态 并收集样本:
4.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤四若当前桢号t+1>5,则针对观测样本 构建目标函数,为了方便描述,我们将观测样本简写为y,则具体步骤为:
1)针对由目标PCA基向量构成的子空间,需避免冗余特征的干扰,采用Lp范数对子空间的映射系数进行稀疏化,则有以下最小化函数:其中y为输入的观测样本,D为当前的PCA子空间,c为观测样本对应的目标系数,用于在子空间中挑选目标的特征成分,ρ为稀疏调节参数;
2)针对跟踪过程中目标产生的离群子处理,舍弃矩形模板的协作表示方法,针对残差y-Dc,直接进行拉普拉斯建模,通过残差的非0部分来识别离群子的存在,则有:
3)令e=y-Dc,并作为约束条件,则有:
在增广拉格朗日算法的框架下可以得到以下目标函数:其中<·>表示内积操作,γ表示拉格朗日乘子,τ是个惩罚参数,用来惩罚目标的重构误差,{τk}为单调递增序列。
5.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤五针对目标函数进行最小化计算,求取对应的最优参数c*和e*,所使用的迭代加速近邻梯度APG算法包括:
1)输入观测样本y,目标的PCA子空间D;
2)设置初始变量,其中残差项初始变量e0=e-1=0,目标系数初始变量c0=c-1=0,变量t0=t-1=1,τ0=10;
3)开始进行迭代操作,将步骤四中目标函数转化为
并取其中凸可微部分作为APG算法中的
令k作为当前的迭代次数,固定残差项e和目标系数项c中的某一项进行迭代计算;取 作为APG算法中目标系数项c的辅助变量, 为APG算法中残差项e的辅助变量,令k从0开始迭代到c和e收敛为止,有以下迭代过程:其中γk和τk分别为第k次迭代获取的拉格朗日乘子和惩罚参数, 为一常数,确保{τk}单调递增,并取 t为整个迭代过程用于更新 和 的中间变量,ξ为APG算法中的利普希茨常数,取ξ=10;上述迭代过程中,残差项的最小化问题可以通过软阈值
算法求解:
软阈值操作为:Sθ(x)=sign(x)max(|x|-θ,0);上述迭代过程中,目标系数项的最小化问题 可以通过广义软阈值操作迭代求解,求解过程为:
a)输入中间变量 和ck,并令 λ=ρ/τξ,
其中 设定范数值为p,这边取p=
0.5;
b)计算阈值:
c)对向量 取绝对值,且向量中小于阈值τgst的元素取0;
d)进行迭代计算,设置当前迭代次数i=0,并令 开始迭代直到收敛为止,则有:e)输出
4)输出求解过后最优的目标系数项c*和残差项e*。
6.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤六当t+1>5时,有如下的评价机制来评估候选样本的置信度:p(y|x)=exp(-σE(c*,e*))
其中 σ是常数,用来控制高斯核的形
状,取σ=10;δ为常数,用来调节残差的惩罚程度,取δ=0.5,该式前半部分用来描述实际情况下的目标表示误差,后半部分用来衡量残差的离群程度。
7.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤七中用于更新子空间的样本收集方法为:其中μj为子空间更新中获取的均值向量μ的第j个元素值, 为t+1帧确定出的最佳目标状态 的第j个元素值,目标状态 对应的残差向量e,值为非0的位置可考虑为离群子存在,利用子空间中的均值向量对应位置来替换,值为0的位置考虑为未受离群子干扰,直接利用当前确定的最优样本的值。
8.根据权利要求1所述的基于Lp范数正则化的增量子空间目标跟踪方法,其特征是,步骤八利用基于Ross的方法来增量更新PCA子空间,即每收集到5个样本后,添加进当前的PCA子空间获取新的子空间与目标的均值向量,每一次更新后子空间的主成分数量便增加5个,当子空间主成分超过16个之后,取前16个作为新的子空间,并保持最大数量16个不变,具体步骤为:
1)给定t+1帧子空间D,将D中的基向量组成数据矩A=[I1,I2,…,In],同理将步骤六收集到的样本组成数据矩B=[In+1,In+2,...,In+m],m=5),A对应的均值向量 B对应的均值向量 令C=[AB];
2)计算均值向量
3)生成矩阵
4)正交化计算 计算
5)对R进行SVD奇异值分解:
6)获取新的子空间 新的奇异值对角矩 及新的均值向量