1.一种结合时空拓扑估计的跨摄像机目标匹配与跟踪方法,其特征在于:包括以下步骤:S1.将两两摄像机之间的转移概率初始化为 M为监控网络中摄像机的数量;时间窗口设置为TW=τ,τ为预设值,两两摄像机间的转移计数器初始化为0;
S2.设当前摄像机为Ci,摄像机Ci内的行人目标表示为Oi,a;在设定的时间窗口内搜索其他摄像机中出现的行人目标;
S3.设在摄像机Cj中搜索得到的行人目标为Oj,b,i≠j,1≤j≤M,计算行人目标Oi,a、Oj,b之间的匹配概率:为表示Oi,a、Oj,b之间转移关系的变量,当Oi,a、Oj,b之间存在转移关系时, 取1,否则取0; 表示目标Oi,a、Oj,b存在转移关系的后验概率,对应了目标Oi,a、Oj,b的匹配概率; 表示在转移关系 的条件下目标Oi,a、Oj,b的表观特征分布似然函数,定义为与目标表观相似度函数L(Oi,a,Oj,b)成正比, 表示两个目标存在转移关系的先验概率,通过计算摄像机Ci到摄像机Cj的目标转移概率得到;Pi,j(Oi,a,Oj,b)表示目标Oi,a,Oj,b的联合概率分布,是后验概率的归一化因子;
S4.对监控网络中除摄像机Ci外的所有摄像机执行步骤S2、S3,然后对得到的各个摄像机的行人目标与摄像机Ci的行人目标的匹配概率进行排序,将匹配概率最高的前m个行人目标作为候选匹配目标,对应的摄像机作为候选匹配摄像机,m的取值为1或2:其中,s1为最高的匹配概率,s2为次高的匹配概率,sτ为设定的阈值;
S5.计算摄像机之间的转移次数wp:
sp表示最高的匹配概率或次高的匹配概率,1≤p≤m;
当m=1时,将摄像机Ci到摄像机Cg之间的转移计数Nig增加w1;当m=2时,将摄像机Ci到摄像机Cg之间的转移计数Nig增加w1,然后将摄像机Ci到摄像机Ck之间的转移计数Nik增加w2;
其中摄像机Cg、摄像机Ck分别为与Ci匹配概率最高、次高的摄像机;
S6.将各个摄像机作为当前摄像机然后执行步骤S2~S5;
S7.计算摄像机Ci到摄像机Cj之间的转移概率:
S8.根据步骤S7计算两两摄像机之间的转移概率;
S9.记录摄像机Ci到摄像机Cj所有匹配的行人目标之间的时间间隔,构成时间序列Tij,然后利用自适应的Parzen窗算法估计出摄像机Ci与摄像机Cj之间的转移时间分布的概率密度曲线,取与曲线峰值对应的时间差值作为时间窗口大小T(Cj|Ci)的估计值;
S10.根据步骤S9估算出两两摄像机之间的时间窗口大小;
S11.更新摄像机Ci、摄像机Cj之间的转移概率:
Pij(k)=(1-α)Pij(k-1)+αP(Cj|Ci)Pij(k)表示第k次迭代得到的摄像机Ci到摄像机Cj的转移概率,α是更新因子,0≤α≤1,Pij(k-1)表示第k-1次迭代得到的摄像机Ci到摄像机Cj的转移概率,当k=1时,S12.根据步骤S11对两两摄像机之间的转移概率进行更新;
S13.更新摄像机Ci与摄像机Cj之间的时间窗口:
Tij(k)=(1-η)Tij(k-1)+ηT(Cj|Ci)其中Tij(k)表示第k次迭代得到的摄像机Ci与摄像机Cj之间的时间窗口,Tij(k-1)表示第k-1次迭代得到的摄像机Ci与摄像机Cj之间的时间窗口,当k=1时,Tij(k-1)=τ,η表示更新因子;
S14.判断是否达到了设定的迭代次数,若是则输出转移概率以及时间窗口估计值,完成拓扑结构估计,结束迭代,否则令k=k+1然后执行步骤S6~S14。
2.根据权利要求1所述的结合时空拓扑估计的跨摄像机目标匹配与跟踪方法,其特征在于:步骤S3通过求取目标Oi,a、Oj,b所有图像对的平均表观相似度来表示目标Oi,a、Oj,b最终的表观相似度,即 E[g]为期望函数。其中目标Oi,a、Oj,b每对图像对的表观相似度的求取过程如下:
S101.设 d=mn是目标Oi,a的图像IA中以像素x为中心的一个局部小块所展开的像素向量;设V1,V2,...,VK是一系列Walsh-Hardmard变换基,其中 d=mn表示一个由大小为m×n的Walsh-Hardmard变换矩阵所展开的向量;令 表示X在第i个变换基上的投影值,则X的概率密度函数可由下式计算:则像素点x的显著值由下式计算:
S102.通过对图像IA中的每个像素执行步骤S101可得到目标Oi,a的图像IA的显著图,然后对显著图进行阈值化处理,将显著值低于阈值的像素的显著值置为0,最后计算该阈值下的HSV颜色直方图特征:其中,k=1,2,...,K,K表示直方图的bin数,m表示颜色通道,Cm(z)表示像素z对应的第m个通道像素值在直方图中的量化值,S(z)为像素z经过阈值化处理后的显著值,δ(g)为指示函数,S103.利用不同的阈值依次对图像IA的显著图进行步骤S102的阈值化处理,然后计算不同阈值下的HSV颜色直方图特征,将不同阈值下的HSV颜色直方图特征串联起来后得到图像IA的加权全局颜色直方图特征HA;
S104.对与图像IA形成图像对的Oj,b的图像IB执行步骤S101~S103,得到图像IB的加权全局颜色直方图特征HB;
S105.通过Bhattacharyya距离来度量图像IA、图像IB之间的相似程度:其中HA(i)、HB(i)分别表示直方图向量HA、HB的第i维特征值;
S106.将图像IA划分为有重叠的局部子块,然后对每个局部子块分别提取颜色直方图特征以及SIFT特征作为局部子块的码字,这些码字的集合则作为图像IA的码本;
S107.对图像IB执行步骤S106;
S108.以图像IA的码本作为字典对图像IB的码字进行稀疏编码,字典表示为其中n为特征维度,k为子块个数,di表示图像IA第i个局部子块的颜色直方图特征;图像IB的码本表示为 yi表示图像IB第i个局部子块的颜色直方图特征;通过求解l1范数最小化问题得到图像IB第i个局部子块对应的稀疏编码系数向量bi:根据图像IB第i个局部子块在图像IB中的位置选择图像IA中对应位置的编码系数作为归并值,从而获得颜色归并特征fLCH:fLCH=[fLCH(b1),fLCH(b2),...,fLCH(bk)]其中,bi(i)表示图像IB第i个局部子块在图像IA第i个局部子块上的编码系数;
S109.对图像IA、图像IB的SIFT特征执行步骤S108得到基于SIFT的纹理归并特征fSIFT,将颜色归并特征fLCH、基于SIFT的纹理归并特征fSIFT进行融合得到基于稀疏编码的结构性局部特征向量为F=fLCH+fSIFT
S110.基于F计算图像IA、图像IB的局部稀疏编码距离:其中,Fi表示结构性局部特征向量F的第i个分量;
S111.通过以上求解,定义目标Oi,a、Oj,b的图像对IA与IB之间的综合距离为:d(IA,IB)=dWH(IA,IB)+β·dSC(IA,IB);
其中dWH(IA,IB)=dBh(HA,HB)。
最终定义目标Oi,a、Oj,b的图像对IA与IB之间的综合表观相似度为:其中γ为衰减因子。