Tracking deforming objects using particle filtering for geometric active contours

Tracking deforming objects involves estimating the global motion of the object and its local deformations as a function of time. Tracking algorithms using Kalman filters or particle filters have been proposed for finite dimensional representations of shape, but these are dependent on the chosen parametrization and cannot handle changes in curve topology. Geometric active contours provide a framework which is parametrization independent and allow for changes in topology, in the present work, we formulate a particle filtering algorithm in the geometric active contour framework that can be used for tracking moving and deforming objects. To the best of our knowledge, this is the first attempt to implement an approximate particle filtering algorithm for tracking on a (theoretically) infinite dimensional state space.     

监控场景中的运动物体提取技术研究

针对监控场景中因存在遮挡而无法有效地提取出完整的运动序列这一问题,提出了一种将ViBe前景检测算法和改进后的粒子滤波跟踪算法相结合的跟踪提取方法。首先用ViBe来提取出场景中所有运动物体的前景轮廓;其次用粒子滤波来检测和跟踪目标物体;最后通过与目标物体的关联轮廓求交运算以及跟踪区域的反馈调节完成对目标物体运动帧序列的提取。当运动物体发生遮挡时,采用将跟踪区域内所检测到的前景轮廓重新加入到目标物体的关联轮廓中以保证后续可以继续用关联轮廓交集来提取。实验结果表明,该方法能够很好地保证提取的质量,并有效地解决了局部遮挡与全局遮挡情况下运动物体完整运动序列的提取。     

约束的B-Snake模型的非线性粒子滤波算法研究

针对人脸轮廓跟踪,提出一种约束的B-Snake模型的非线性粒子滤波新算法.该算法引入轮廓的主动模型,采用B-Snake表示人脸轮廓,通过建立人脸轮廓变形的形状空间,对人脸轮廓的可变形范围进行约束.同时,利用非线性滤波方法在人脸轮廓的变形区域内进行搜索,求解人脸轮廓参数,进行人脸轮廓跟踪.运用人脸的运动模型进行了跟踪仿真实验,仿真结果表明,该方法有效地解决了复杂背景下人脸自由运动、光照变化及部分遮挡的问题,具有较高的鲁棒性.     

基于混合粒子滤波和稀疏表示的目标跟踪算法

针对图像序列中的运动目标在跟踪过程中易受到光照等复杂环境、外观变化及部分遮挡影响的问题,提出基于全局信息和局部信息的混合粒子滤波算法.将目标的局部二元模式纹理特征引入粒子滤波算法,通过稀疏编码目标子块,充分利用目标的局部空间信息,并结合全局信息以确定当前帧中目标的位置.在跟踪过程中实时更新模板,这在一定程度上提高算法的鲁棒性.实验表明在目标处于复杂环境中算法能达到较理想的跟踪效果.     

融合HOG与ARMA模型的粒子滤波跟踪

传统的粒子滤波算法在跟踪目标受到相似背景干扰和遮挡或跟踪目标高速运动时,容易造成跟踪误差增大或跟踪失效的影响。针对室外运动目标跟踪的复杂性,提出一种对于干扰适应性较强的融合梯度方向直方图与自回归移动平均(ARMA)模型的粒子滤波跟踪方法。建立ARMA运动模型,用前两帧目标的位姿状态预测目标下一帧的状态,解决目标跟踪的角度变化与部分遮挡问题。实验结果表明,该模型能克服光照突变引发目标色彩突变的问题。     

Probabilistic fusion-based parameter estimation for visual tracking

In object tracking, visual features may not be discriminative enough to estimate high dimensional motion parameters accurately, and complex motion estimation is computationally expensive due to a large search space. To tackle these problems, a reasonable strategy is to track small components within the target independently in lower dimensional motion parameter spaces (e.g., translation only) and then estimate the overall high dimensional motion (e.g., translation, scale and rotation) by statistically integrating the individual tracking results. Although tracking each component in a lower dimensional space is more reliable and faster, it is not trivial to combine the local motion information and estimate global parameters in a robust way because the individual component motions are frequently inconsistent. We propose a robust fusion algorithm to estimate the complex motion parameters using variable-bandwidth mean-shift. By employing correlation-based uncertainty modeling and fusion of individual components, the motion parameter that is robust to outliers can be detected with variable-bandwidth density-based fusion (VBDF) algorithm. In addition, we describe a method to update target appearance model for each component adaptively based on the component motion consistency. We present various tracking results and compare the performance of our algorithm with others using real video sequences.     

基于子空间自适应学习的粒子滤波跟踪算法

为了提高目标外观迅速变化时视觉跟踪算法的鲁棒性,提出了一种基于自适应子空间学习的粒子滤波跟踪算法。在粒子滤波构架下,建立状态判决机制,根据判决结果并结合主成分分析(PCA)子空间与正交子空间的特点,选择合适的学习方法。这样既能准确、稳定地学习到目标的低维子空间,又能迅速地学习到目标外观变化的趋势。同时,加入鲁棒估计技术处理遮挡问题,避免了对目标状态估计的影响。实验结果表明,该算法在光照变化、姿态变化、遮挡的情况下,均具有较强的鲁棒性。     

基于局部模型匹配的目标轮廓跟踪

在复杂背景下,传统轮廓跟踪方法会发生漂移,甚至丢失目标。针对上述问题,提出一种基于局部模型匹配（LMM）的目标轮廓跟踪算法。利用超像素技术结合EMD相似性度量构建局部特征模型,从而进行局部模型匹配。结合粒子滤波的Snake模型作提取目标轮廓,实现目标轮廓精确跟踪。实验结果表明,该算法在目标形变、部分遮挡、复杂背景等条件下均具有较高的跟踪成功率。与多种目标轮廓跟踪算法进行对比,该算法具有较高的准确性和鲁棒性。     

基于尺度自适应均值偏移优化的TLD跟踪算法

为解决目标在形变、遮挡和快速运动时所导致的跟踪失败,在经典TLD算法的框架下,使用尺度自适应均值偏移算法重新设计跟踪器,提出了MS-TLD算法.通过引入颜色直方图特征和尺度自适应,跟踪器能准确跟踪形变和快速运动的目标.设计跟踪-检测反馈机制,通过跟踪器和检测器相互校正,使新算法在目标被遮挡时具有很好的跟踪鲁棒性.采用TB-50标准测试集进行了实验验证与评测,结果表明所提出算法有效克服了由于目标形变、遮挡和快速运动以及背景干扰所导致的跟踪失败,比TLD等4种经典算法具有更好的跟踪准确性和鲁棒性.     

基于mean-shift算法的人脸实时跟踪方法*

复杂环境下实时人脸跟踪方法在视觉监控系统中具有很重要的意义,但目前的跟踪算法普遍存在目标遮挡、尺寸变化等过于敏感的不足,限制了其应用范围。提出了一种人脸检测、mean-shift算法与卡尔曼滤波器相结合的实时全自动人脸跟踪算法。实验结果表明该算法实时性很强,可以实现对运动人脸的快速跟踪,同时对目标遮挡也有很好的鲁棒性。     

基于mean-shift算法的人脸实时跟踪方法*

复杂环境下实时人脸跟踪方法在视觉监控系统中具有很重要的意义,但目前的跟踪算法普遍存在目标遮挡、尺寸变化等过于敏感的不足,限制了其应用范围。提出了一种人脸检测、mean-shift算法与卡尔曼滤波器相结合的实时全自动人脸跟踪算法。实验结果表明该算法实时性很强,可以实现对运动人脸的快速跟踪,同时对目标遮挡也有很好的鲁棒性。     

基于粒子滤波和在线训练支持向量机的目标跟踪新方法

序列图像中运动目标跟踪的有效性和鲁棒性是一个非常富有挑战性的课题。为提高在运动背景条件下视觉目标跟踪的性能,克服复杂环境对跟踪算法准确性的影响,提出了一种基于粒子滤波和在线训练支持向量机的目标跟踪新方法。从目标的特征描述和提取着手,引入了积分直方图快速提取特征的方法,加快粒子滤波器运行速度,满足一定的实时性要求。同时,分析了运动背景条件下具有代表性的跟踪算法的本质和特性,结合目标识别创新性地提出在线训练支持向量机的方法,通过在线识别信息和跟踪信息的融合保证算法具备较强的鲁棒性。实验结果表明,该算法能有效的解决动态背景条件下遮挡、光照变化和运动模糊等复杂情况下,对目标进行准确、有效、近乎实时的跟踪。     

联合模板先验概率和稀疏表示的目标跟踪

目的 虽然基于稀疏表示的目标跟踪方法表现出了良好的跟踪效果,但仍然无法彻底解决噪声、旋转、遮挡、运动模糊、光照和姿态变化等复杂背景下的目标跟踪问题。针对遮挡、旋转、姿态变化和运动模糊问题,提出一种在粒子滤波框架内,基于稀疏表示和先验概率相结合的目标跟踪方法。方法 通过先验概率衡量目标模板的重要性,并将其引入到正则化模型中,作为模板更新的主要依据,从而获得一种新的候选目标稀疏表示模型。结果 在多个测试视频序列上,与多种流行算法相比,该算法可以达到更好的跟踪性能。在5个经典测试视频下的平均中心误差为6.77像素,平均跟踪成功率为97%,均优于其他算法。结论 实验结果表明,在各种含有遮挡、旋转、姿态变化和运动模糊的视频中,该算法可以稳定可靠地跟踪目标,适用于视频监控复杂场景下的目标跟踪。     

基于活动基模型的非刚体目标跟踪算法研究

近年来,非刚体目标跟踪技术作为视频目标跟踪中的一个难点受到了广泛关注。为了精确跟踪非刚体目标,克服跟踪过程中目标形状变化和遮挡带来的困难,提出一种基于活动基模型的非刚体目标跟踪算法。首先采用共享草图算法从目标训练样本集中学习得到目标的活动基模型,然后把活动基模型嵌入粒子滤波观测模型中。在对金鱼与企鹅序列跟踪的实验结果表明,与现有算法相比,该算法在非刚体目标形状变化以及存在遮挡的情况下,具有更好的跟踪性能。     

融合相似性检测的抗遮挡粒子滤波跟踪算法

在粒子滤波跟踪算法运行过程中,由于目标遮挡导致丢失目标,将严重地降低跟踪精度与鲁棒性。为了解决此问题,提出了目标丢失状态判定方法和基于改进序贯相似性检测的目标位置重建方法,当检测到目标丢失时,重启跟踪算法。改进序贯相似性检测使用Bhattacharyya距离代替像素累积误差,更好地适应检测目标发生旋转、形变、缩放等情况。使用OTB-100标准数据集,将该算法和传统粒子滤波跟踪算法、SCM等经典算法比较。实验结果表明,对于含遮挡特性视频序列,本文算法比传统粒子滤波跟踪算法和OTB-100抗遮挡最优算法跟踪成功率分别提高36.6%和3.2%,提升了跟踪过程的稳定性。此外,还将实验结果与最新粒子滤波跟踪研究成果作对比分析。     

A lattice-based MRF model for dynamic near-regular texture tracking

A near-regular texture (NRT) is a geometric and photometric deformation from its regular origin - a congruent wallpaper pattern formed by 2D translations of a single tile. A dynamic NRT is an NRT under motion. Although NRTs are pervasive in man-made and natural environments, effective computational algorithms for NRTs are few. This paper addresses specific computational challenges in modeling and tracking dynamic NRTs, including ambiguous correspondences, occlusions, and drastic illumination and appearance variations. We propose a lattice-based Markov-random-field (MRF) model for dynamic NRTs in a 3D spatiotemporal space. Our model consists of a global lattice structure that characterizes the topological constraint among multiple textons and an image observation model that handles local geometry and appearance variations. Based on the proposed MRF model, we develop a tracking algorithm that utilizes belief propagation and particle filtering to effectively handle the special challenges of the dynamic NRT tracking without any assumption on the motion types or lighting conditions. We provide quantitative evaluations of the proposed method against existing tracking algorithms and demonstrate its applications in video editing     

基于自适应模板更新的改进孪生卷积网络目标跟踪算法

现有的孪生网络目标跟踪算法采用边界框模板进行跟踪,在目标形变、遮挡等干扰下很容易导致跟踪漂移。在轮廓检测网络和孪生卷积网络(Siamese)跟踪网络的基础上,提出一种基于深度轮廓模板更新的改进孪生卷积网络目标跟踪算法。利用轮廓检测网络获取目标边缘轮廓,降低背景杂波干扰;利用改进的Siamese网络获得轮廓模板和搜索区域的深度特征;通过相似性匹配获得最优跟踪目标。仿真实验结果表明,所提出的改进模型能够提高目标形变、遮挡等干扰下目标跟踪性能,具有较高的工程应用价值。     

结合粒子滤波和局部优化方法的人体运动跟踪

提出一种将粒子滤波和局部优化相结合的算法框架，用于解决多关节人体运动跟踪问题．由于高维空间中无法进行密集采样，因此普通的粒子滤波方法对于人体运动估计存在困难．在粒子滤波过程中引入局部优化方法来减少样本个数：一方面，对每个样本进行局部优化得到更加匹配的状态；另一方面，优化后的结果被用来指导下一时刻采样函数的生成．实验结果表明，该疗法能够以较少的样本完成三维人体运动跟踪任务．     

基于序贯检测机制的双目视觉运动目标跟踪与定位方法

为了提高复杂环境下的目标跟踪精度,提出了一种基于序贯检测机制的双目视觉运动目标跟踪方法.该方法在序贯检测机制下,将粒子滤波、稀疏场主动轮廓和CamShift等方法结合.首先用基于颜色特征的粒子滤波估计最优跟踪窗口;通过跟踪窗口和目标的相似度决定足否采用稀疏场主动轮廓方法,然后由目标轮廓和目标的相似度决定是否需要CamS...     

基于混合跟踪模型的室内步行人体3D运动估计

针对步行人体3D运动估计过程中的自遮挡问题, 提出了基于混合跟踪模型的粒子滤波算法. 首先, 利用自遮挡状态检测模型, 将步行人体运动划分为四种自遮挡状态; 其次, 根据混合跟踪模型, 针对不同的自遮挡状态, 算法采用不同的跟踪模型; 最后, 为了估计遮挡状态下的人体运动, 算法提出了基于M-估计的在线训练方法 以训练肢体运动相关系数. 经过实验分析, 算法对处 于自遮挡状态下的人体3D运动估计有着良好的效果, 人体3D运动的估计精度得到了提高.