海上监控图像的海天线及其目标区域提取

根据海上监控采集海面图像的特点,提出一种适用于海天线及其目标区域提取的方法。该方法具体是对海面图像灰度化和高斯滤波后,首先根据灰度差异采用OSTU自适应阈值分割方法对海面图像进行分割;接着利用Canny边缘检测得到图像的所有边缘点集,从而获得主要轮廓;然后,根据梯度方向,减少无关边缘点,来改进Hough变换,连接相邻斜率误差小的直线段,减少直线段数目,选取有效程度最大的直线为海天线;最后,依据海天线的位置确定海天线区域。海天线区域的确定,为运动目标的检测、跟踪和避障节约了时间,并减少了误检概率。     

采用响应图置信区域自适应特征融合的相关滤波跟踪

针对固定特征融合权重的相关滤波跟踪算法在光照变化、目标形变下跟踪失败的问题,提出了采用响应图置信区域自适应特征融合的相关滤波跟踪算法以提高算法鲁棒性。首先,将响应图中高于响应图期望值的区域作为响应图置信区域,然后,根据HOG特征响应图置信区域计算出HOG特征响应图和颜色直方图特征响应图的融合权重,实现HOG和颜色直方图特征的自适应融合。仿真实验采用跟踪基准数据库(OTB-2015)中的100组视频序列进行实验,对比了5种流行的相关滤波跟踪算法。实验结果表明,本文算法的综合AUC和精度分别为0.609和0.814,尤其在光照环境下AUC和精度分别为0.655和0.847,相比Staple分别提升5.7%和5.6%。本文算法在光照和形变交叉环境下AUC达到0.681。在光照变化、目标形变、背景混乱、尺度变化等场景下,本文算法具备更优的跟踪性能。     

红外偏振舰船目标自适应尺度局部对比度检测

针对海天场景复杂干扰情况下多尺度检测红外偏振图像中舰船目标困难的问题,本文提出一种基于引导滤波和自适应尺度局部对比度的舰船目标检测方法。首先将强度信息作为引导信息对红外偏振图像利用引导滤波,得到目标背景对比度、局部信噪比更高的融合图像;然后基于融合图像显著的海天线垂直梯度特征,提出一种检测海天线方法,再对融合图像进行海天线加权抑制海杂波干扰;最后基于单尺度局部对比度算法与舰船目标比例特征,提出自适应尺度局部对比度方法,当尺度与目标匹配时响应最大,通过不同尺度对目标的响应结果确定最大尺度,得到舰船目标检测结果。实验结果表明,引导滤波融合方法的提高图像的目标背景对比度和局部信杂比,与典型检测方法对比,本文方法能够有效抑制干扰并能够检测海天场景不同尺度舰船目标,具有较高的鲁棒性和准确性,检测率、虚警率分别为95.0%,3.5%,为红外偏振图像目标检测提供了新的方法。     

基于剪切波变换的复杂海面红外目标检测算法

针对复杂海面红外目标检测问题,利用剪切波变换优良的各向异性能力和系数的几何特性,提出了一种基于剪切波变换的复杂海面红外目标检测算法.该算法利用剪切波变换得到边缘图像,同时提供边缘的方向信息,极大提高了海天线的检测和识别概率;然后根据海天线位置进行边缘加权,抑制海杂波,保留目标信息;经过减行均值滤波,对加权边缘图像进行分割;最后,进行数学形态学处理,检测出舰船目标.实验结果表明,该算法可以在单帧图像中检出目标,并且对存在阳光亮带、海杂波等干扰的复杂海面背景取得较好的检测效果.     

复杂海空背景下弱小目标的快速自动检测

针对海面运动载体的可见光序列图像,结合复杂海空背景图像的特点,提出了一种不以检测海天线为前提的弱小目标检测方法.首先,修复图像中被高亮度噪声损毁的部分,如曝光区域或反光区域;接着,量化子图像的区域复杂度以及单元区域上下邻域的灰度差异,据此来判断海天线区域是否存在,若存在则预测海天线区域的位置,否则放弃后续处理;然后,采取Mean-shift分割算法中先滤波后聚类的策略,使用周围纹理抑制滤波来平滑海天线区域,并以像素点和点集为单位对平滑图像进行聚类;最后,将最大面积区域与其他区域分离来二值化图像,完成目标提取.试验证明,该方法能够很好地定位目标信息,单帧处理平均耗时为35 ms,具有准确性和实时性.     

复杂场景中相关滤波跟踪算法的优化

相关滤波跟踪器近几年在许多视觉跟踪任务中都取得了优异的性能，显示出了较高的精度和帧率。但限制其跟踪性能的问题仍有很多，例如图像表征方式单一，传统尺度估计的方式计算复杂度高，对快速运动、背景杂乱等复杂场景跟踪效果不佳。针对这些问题，提出了一个跟踪框架来分别估计目标位置和尺度的变化，通过相关滤波和颜色直方图模型相结合的方式评估目标位置，再从最可信帧中训练核尺度相关器来预测目标的尺度变化。同时，对模型采用保守的方式进行自适应在线更新，以防止误差累加破坏模型。在跟踪数据集（OTB-2015）中该算法在运动模糊、尺度变化、背景杂乱、快速运动等挑战性场景中表现出良好的优越性。     

采用核相关滤波器的自适应尺度目标跟踪

由于现存的大多数基于检测的跟踪器都没有解决尺度变化问题,本文在传统的基于检测的目标跟踪框架下设计了一种尺度估计策略,并给出了基于核相关滤波器的自适应尺度目标跟踪算法。该算法利用核函数对正则化最小二乘分类器求解获得核相关滤波器,通过对核相关滤波器的在线学习完成目标位置和尺度的检测,并在线更新核相关滤波器。为了验证本文算法的有效性,选取了10组场景复杂的视频序列进行测试,并与其它5种优秀跟踪方法进行了对比。结果表明,本文提出的方法比上述5种优秀跟踪方法中的最优者的平均距离精度提高了6.9%,且在目标发生尺度变化、光照变化、部分遮挡、姿态变化、旋转、快速运动等复杂场景下有较强的鲁棒性。     

利用最佳伙伴相似性的改进空间正则化判别相关滤波目标跟踪

针对空间正则化判别相关滤波跟踪算法(SRDCF)在目标发生遮挡、尺度变化和形变情况下的跟踪失败问题,提出利用最佳伙伴相似性的改进SRDCF目标跟踪算法。首先,以SRDCF算法为基础,利用双层搜索策略解决目标跟踪中的目标定位问题和尺度估计问题;然后,利用一种新颖的鲁棒模板匹配技术,通过融合空间权重、相关滤波得分和最佳伙伴相似性得分来估计候选目标位置,解决遮挡情况下的目标重定位问题;最后,采用自适应模板更新策略解决遮挡情况下模板漂移问题。本文采用OTB-2013数据集评估本文算法的性能,同时与34种流行算法进行比较,结果表明本文算法的精确度得分和成功率得分分别为0.853和0.648,相比传统的SRDCF算法分别提高1.79%和3.51%。本文算法能很好地解决目标遮挡、尺度变化和形变情况下的目标跟踪问题,具有一定研究价值。     

基于色度饱和度-角度梯度直方图特征的尺度自适应核相关滤波跟踪

针对核相关跟踪算法(KCF)对特征敏感及无法跟踪尺度的问题,本文从特征提取和尺度自适应两个方面对核相关滤波跟踪算法进行了研究。提出了一种基于色度饱和度-角度梯度直方图特征的自适应核相关跟踪算法来改善KCF算法的跟踪性能。首先,研究了HSI颜色空间的特点,基于颜色和梯度是互补的图像特征,提出了一种融合了梯度和颜色的HHS-OG特征来有效提高原始KCF算法对目标和背景的判别力。其次,针对KCF无法处理目标尺度变化的问题,在跟踪的检测阶段采用一组固定的尺度因子进行图像块采样,根据得到的滤波响应图估计目标的最优位置和尺度。将所提算法在大量视频序列上进行了跟踪实验,结果显示其平均跟踪速度为37.5frame/s,跟踪精度和成功率分别提升了5.4%和10.1%。实验表明HHS-OG特征具有良好的目标-背景判别能力,能够实现鲁棒跟踪,而尺度自适应策略能较大程度地提高跟踪精度。     

结合多尺度视觉显著性的舰船目标检测

光学遥感图像海面舰船目标检测易受云雾,海岛,海杂波等复杂背景的干扰。本文提出了一种适用于复杂背景的舰船目标检测方法。首先为了克服目标尺度多变问题,利用视觉显著性生成多尺度显著图,然后使用基尼指数自适应选择最优显著图。考虑到全局阈值分割算法带来的漏检测问题,提出一种新的方案来分离目标和背景像素点。利用图像膨胀原理获取显著图的局部极大值点,然后使用k-means算法判断极大值点属于目标像素点还是背景像素点。接着对目标点邻近区域进行精细分割。最后引入基于径向梯度变换的旋转不变特征来进一步剔除虚警。实验结果表明,该算法能够成功检测出不同尺寸和方向的舰船目标,有效克服复杂背景的干扰。算法检测正确率93%,虚警率4%,优于其他舰船检测方法。     

利用视觉显著性和扰动模型的上下文感知跟踪

为了解决背景嘈杂、遮挡、形变和尺度变化情况下目标跟踪问题,提出利用视觉显著性和扰动模型的上下文感知跟踪。本文以相关滤波算法为基础,将目标周围的上下文信息引入到分类器学习过程中,构造了上下文感知相关跟踪,提高了算法鲁棒性;同时引入直方图扰动模型,利用加权融合的方法获得目标响应图,以此估计目标位置变化;最后利用视觉显著性构建目标稀疏显著性图,解决严重遮挡情况下的目标重定位问题,并利用尺度估计策略解决目标尺度变化问题。利用公开数据集测试算法性能,并与8种流行跟踪算法进行比较。实验结果表明,本文算法的跟踪精确度得分和成功率得分分别为0.695和0.708,均优于其它算法。与传统的相关滤波算法相比,所提算法能很好地解决背景嘈杂、遮挡、形变和尺度变化等复杂下的目标跟踪问题,具有一定理论研究价值和工程实用价值。     

自适应模板更新和目标重定位的相关滤波器跟踪

针对核相关滤波器在跟踪中因目标快速运动导致的目标易丢失和部分遮挡问题,本文在多特征尺度自适应核相关滤波器(Scale Adaptive with Multiple Features tracker,SAMF)基础上,提出一种融合自适应模板更新和预测目标位置重定位的核相关跟踪算法。采用联合目标移动速度和特征变化的模板更新机制增大对目标快速运动适应性,根据长时滤波器和短时滤波器协作跟踪提出目标位置修正和重定位模型提升跟踪器应对目标部分遮挡的能力。在OTB-2015视频序列集100组序列中与序列集提供的算法进行对比,本算法跟踪精度相比SAMF提升2%。在目标发生快速移动时本文算法具有更好的追踪目标能力,目标重定位也很好地解决了目标部分遮挡问题。     

视频监控系统中的概率模型单目标跟踪框架

针对视频监控的特点与跟踪目标的强机动性,提出了一种新的基于概率模型的目标跟踪框架,从目标表观模型、系统动态模型以及系统观测模型3个方面对当前标准的粒子滤波目标跟踪方法进行了改进。首先,考虑人眼细胞的分布特点,基于人眼分布结构建立目标表观模型来提高跟踪系统抵抗局部遮挡的能力;然后,建立基于自适应目标运动的系统动态模型,提高跟踪算法对快速机动目标的鲁棒性;最后,采用实时更新的系统观测模型,有效避免目标在遇到遮挡、光照变化、剧烈变形等情况下发生的跟踪漂移现象。实验结果表明,本文算法的正确跟踪率可达98%;平均跟踪误差小于6个像元。实验证明本文算法在保证系统跟踪精度要求的同时,具有计算量小、抗干扰能力强等特点。     

适于机载环境对地目标跟踪的粒子滤波设计

为提高机载环境对地面强机动性目标跟踪的鲁棒性,本文以粒子滤波为跟踪框架,研究了它的动态模型与观测模型。针对机载环境的特点与跟踪目标的强机动性,提出了基于Kristan双步动态模型结构的加速度双步动态模型（TSA）。根据Yilmaz等人提出的非对称核函数思想,针对实际工程中目标变化特点与实时性要求,提出利用Snake算法提取目标轮廓,以轮廓信息构造非对称核函数的方法。最后,依据上述方法提出了TSA-AK粒子滤波跟踪算法。利用提出的算法对机载环境对地目标跟踪的视频进行了测试,结果表明,本文算法可实现对大幅度变速运动目标的稳定跟踪,正确跟踪率为98%;对大小为25 pixel×30 pixel的目标的处理帧率为26 frame/s。     

利用自适应卡尔曼滤波实现光电跟踪中的复合控制

为了在光电跟踪控制系统中实现复合控制以提高跟踪精度,构建了基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制结构。首先,利用跟踪脱靶量数据和仪器位置数据合成目标角位置数据;然后,利用模型自适应卡尔曼滤波算法对目标角位置数据进行滤波估计以获得目标角速度信息;最后,将目标角速度信息前馈到速度回路,从而构成复合控制系统。实验结果表明:采用复合控制结构后,目标跟踪精度提高了50%。基于模型自适应卡尔曼滤波算法的复合控制技术能够在保持原反馈控制系统稳定性的条件下提高跟踪精度。     

基于双相关滤波器的多通道尺度自适应目标跟踪

针对目标跟踪中尺度变化和表观剧烈变化导致的目标跟踪不稳定问题,设计了多通道特征融合的尺度估计策略,提出了基于双相关滤波器的多通道尺度自适应目标跟踪算法。考虑到CN特征对姿态及尺度不敏感,以及HOG特征对光照变化和目标移动都有着较好稳定性,将CN、HOG以及灰度特征进行了特征融合,提升了对于目标表观变化的跟踪鲁棒性。在保证误差风险最小的前提下使用岭回归进行滤波器求解,同时建立了尺度滤波器实现了目标的多尺度判断,使得目标发生尺度变化时能保持稳定的跟踪。使用TB-100数据集在多场景下对算法进行性能测试,证明该算法在目标表观变化、尺度变换、背景干扰等情况下有良好的跟踪效果。     

融入运动信息和模型自适应的相关滤波跟踪

为解决余弦窗的影响和复杂场景中的目标遮挡问题,提出了一种融入运动信息和模型自适应的相关滤波跟踪算法。采用HOG特征和颜色直方图特征互补结合的框架,引入卡尔曼滤波和上下文感知滤波器,可以解决余弦窗的影响;引入一种高置信度检测方法和一种新的模型自适应更新方法,可以解决目标遮挡的问题。将提出的算法在OTB-2015测试集与其他6种相关滤波类算法进行比较,实验结果表明,该算法精确度和成功率分别为0.821和0.615。相对于Staple-CA算法,精确度提升了1.3%,成功率提升了2.8%,同时,算法速度为54.34 帧/s,满足实际工程实时性要求。