旋转自适应的多特征融合多模板学习视觉跟踪算法

目标发生旋转及遇到外界干扰时会给目标跟踪带来巨大挑战,针对该问题,文中提出旋转自适应的多特征融合多模板学习跟踪算法.首先,构建具有互补特性的多模板学习模型,全局滤波器模板用于跟踪目标,当判定滤波器模板确定全局滤波器模板被污染时,使用修正滤波器模板对全局滤波器模板进行修正.然后,将颜色直方图作为视觉补充信息和VGGNet-19特征图进行自适应融合,提升全局滤波器模板对目标外观的判别能力.最后,提出旋转自适应策略,采用改进的跟踪置信度,估计跟踪框最佳旋转角度,减轻目标旋转带来的全局滤波器模板性能衰退.在OTB-2013、OTB-2015数据集上的实验表明,文中算法的成功率和精确率较高.     

基于背景感知与快速尺寸判别的相关滤波跟踪算法

背景感知相关滤波(Background-aware correlation filters, BACF)算法有效地解决了相关滤波类跟踪算法中的边界效应问题,提升了训练样本集的质量和数量,能够精确估计目标的位置变化,从而提高了跟踪器的性能。然而为了检测尺度变化,BACF算法通过多次重复计算不同尺度的目标区域,严重影响了跟踪速度。本文在BACF算法的基础上,采用平移加尺度滤波的思想,设计独立的一维尺度滤波器,与BACF算法无缝结合。只需预测一次目标的位置变化,再利用尺度滤波器预测目标尺度变化。因为两个滤波器单独训练、局部优化,尺度滤波器计算量远小于BACF算法,所以本文算法在保证精准预测目标尺度变化的同时极大提升目标的跟踪速度。实验结果表明：与BACF算法相比,本文算法在不损失跟踪精度的基础上提高约75%的跟踪速度。     

特征融合的尺度估计颜色名跟踪算法

针对颜色名跟踪器在跟踪过程中运动目标在遮挡、尺寸变化等干扰下不能有效跟踪的问题,提出一个在颜色名(color name,CN)跟踪器框架下融入LBP纹理特征的快速尺度估计算法。运用自适应融合CN颜色特征和LBP纹理特征,利用特征融合后的最高输出响应作为预测目标位置信息;利用尺度滤波器对预测到的目标信息做出尺度估计;结合响应图的峰值旁瓣比,对目标模型做出更新调整。将改进算法在OTB-2013视频集中和近年来流行的跟踪算法做对比实验,实验结果表明,改进算法在尺度适应性和遮挡方面优于大部分算法。     

多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法

针对图像目标跟踪问题,为提高跟踪精度,提出了一种多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法。算法首先选取HOG和CN两种互补特征,分别训练两个相关滤波跟踪器跟踪图像目标,然后利用提出的响应图置信度计算公式计算两个跟踪器的响应图权重并进行自适应融合做出决策。滤波器更新阶段,算法结合两个特征的响应图置信度与两帧之间的变化率动态调整滤波器学习速率。仿真实验采用跟踪基准数据库（OTB-2013）中的36组彩色视频序列进行实验,对比了流行的相关滤波跟踪算法,结果表明,该算法在平均跟踪精度上优于其他算法,具有一定的应用价值。     

基于多特征和尺度估计的KCF_MTSA算法

多模板尺度自适应核相关滤波器（KCF_MTSA）跟踪算法在目标移动模糊、旋转和尺度变化时跟踪距离精度与成功率较低。针对该问题,提出一种结合多特征和尺度估计的改进KCF_MTSA目标跟踪算法。采用方向梯度直方图和颜色名两种特征对目标进行表征,在训练阶段分别使用多模板核相关滤波器对上述特征进行训练,同时在检测阶段将两个滤波器的响应以权重形式进行自适应融合获取响应图实现目标定位,并使用一维相关滤波器进行目标尺度估计。实验结果表明,该算法的跟踪距离精度和准确率较改进前KCF_MTSA算法有明显提升,其距离精度和准确率分别提高15.8%和28.5%。     

一种基于SVM的核相关跟踪算法

基于相关滤波器的跟踪方法在准确度和鲁棒性上取得了突出优势,但仍需要提高整体的跟踪性能.针对传统单目标的核相关滤波器跟踪算法在目标尺度变化和产生遮挡的跟踪中存在的问题,提出了一种结合支持向量机(SVM)检测器的多尺度相关滤波器算法.通过在核矩阵中引入尺度因子来提高相关滤波器处理尺度变换的性能,训练了一个在线SVM检测器,当目标发生遮挡时,能够重新获取目标,同时自适应调整模型学习率.通过与其他5种优秀跟踪算法进行实验比较,结果表明:方法能够广泛应用于目标跟踪领域,对目标进行准确地估计并有效处理目标的遮挡问题.     

改进后的TLD视频目标跟踪方法

TLD(tracking-learning-detection)是近期受到广泛关注的一种有效的视频目标跟踪算法.在原始TLD的基础上,对其进行改进,改进包括:在TLD的跟踪器中对其局部跟踪器的布置和局部跟踪器的跟踪成败预测方法进行改进,提高跟踪器的跟踪精度和鲁棒性;在TLD的检测器中引入基于Kalman滤波器的当前帧目标所在区域预估,缩小了检测器的检测范围,提高了检测器处理速度;在TLD的检测器中加入基于马尔可夫模型的方向预测器,增强了检测器对相似目标的辨识能力.通过实验对原始TLD和改进后的TLD进行了比较,实验结果显示改进后的TLD算法较原始TLD算法具备更高的跟踪精度和更快的处理速度,而且增强了对场景中相似目标的辨识能力.     

改进的KCF算法在车辆跟踪中的应用

针对核相关滤波算法(KCF)在复杂道路场景下难以应对因车辆尺度变化,遮挡及旋转而不能继续跟踪的问题,提出了一种新的跟踪方法来更好地实现复杂道路场景下的车辆跟踪。该方法借鉴快速分类尺度空间跟踪器(fDDST),采用一维尺度相关滤波器进行尺度估计。同时融合Kalman滤波器形成预测-跟踪-校准的跟踪机制。该机制结合遮挡处理能够保证系统在目标被严重遮挡时跟踪的准确性。在模型更新方面,在目标被遮挡时,自适应的调节学习率参数,及时纠正模型偏移、特征丢失等问题。实验结果表明,在复杂道路场景下车辆旋转 、遮挡及尺度变化时,均能有效地跟踪目标车辆,且具有良好的鲁棒性。     

尺度自适应的核相关滤波跟踪器

为了解决核相关滤波（KCF）跟踪器中目标尺度固定的问题,提出了一种尺度自适应的跟踪方法。首先利用Lucas-Kanade光流法跟踪相邻视频帧之间特征点的运动,引入前向后向跟踪方法保留可信特征点;其次将可信点用于尺度变化估计;然后将尺度估计应用到可调高斯窗上;最后运用前向后向跟踪算法来判断目标是否处于被遮挡状态,修改了模板更新策略。解决了核跟踪滤波器中目标尺度固定的限制,使得跟踪器更具鲁棒性与准确性。在目标跟踪视频集上测试算法效果。实验结果表明,所提算法在成功率图与精确度图排名上均优于原KCF、TLD、Struck算法。与原方法相比,改进后的方法能更好地适用于有尺度变化与遮挡的跟踪。     

带旋转与尺度估计的全卷积孪生网络目标跟踪算法

针对目标跟踪任务中,全卷积孪生网络（SiamFC）跟踪算法存在因目标的旋转、尺度变化而造成跟踪错误或跟踪结果不准确的问题,提出一种带旋转与尺度估计的SiamFC跟踪算法。该算法由定位模块与旋转、尺度估计模块两部分组成。首先在定位模块中,利用SiamFC算法获得跟踪位置,并结合旋转与尺度信息对该位置进行调整;其次在旋转、尺度估计模块中,鉴于图像的旋转和尺度变化在对数极坐标系下变成了平移运动,将目标搜索区域从笛卡儿坐标系变换到对数极坐标系下,由此便可利用相关滤波技术估计待跟踪目标的尺度和旋转角度;最终实现了一个能同步估计目标位置、旋转角度以及尺度变化的目标跟踪模型。在对比实验中,该算法在OTB2015数据集上的成功率与准确率分别达到57.7%和81.4%;在包含目标旋转和尺度变化的POT数据集上的成功率与准确率分别达到51.8%和53.3%。与SiamFC算法相比,所提算法的成功率和准确率分别提高了13.5个百分点和13.4个百分点。实验结果表明,所提算法能有效应对目标旋转与尺度变化带来的跟踪挑战。     

一种抗遮挡的自适应尺度目标跟踪算法

在处理尺度变化和目标遮挡方面,利用相关滤波器的不同特征进行目标跟踪仍然存在问题。提出了一种基于随机蕨丛检测器的多尺度核相关滤波器算法。该算法将跟踪任务分解为目标尺度估计和位移估计,同时将CN颜色特征和HOG特征进行响应融合,进一步提高了整体跟踪性能。此外,文中训练了一个在线随机蕨分类器,在目标丢失后其能重新获取目标。与KCF,DSST,TLD,MIL,CT共5种算法相比,所提算法不仅能够准确地估计目标状态,而且可以有效处理目标的遮挡问题。     

Learning-based tracking of complex non-rigid motion

This paper describes a novel method for tracking complex non-rigid motions by learning the intrinsic object structure. The approach builds on and extends the studies on non-linear dimensionality reduction for object representation, object dynamics modeling and particle filter style tracking. First, the dimensionality reduction and density estimation algorithm is derived for unsupervised learning of object intrinsic representation, and the obtained non-rigid part of object state reduces even to 2-3 dimensions. Secondly the dynamical model is derived and trained based on this intrinsic representation. Thirdly the learned intrinsic object structure is integrated into a particle filter style tracker. It is shown that this intrinsic object representation has some interesting properties and based on which the newly derived dynamical model makes particle filter style tracker more robust and reliable.Extensive experiments are done on the tracking of challenging non-rigid motions such as fish twisting with selfocclusion, large inter-frame lip motion and facial expressions with global head rotation. Quantitative results are given to make comparisons between the newly proposed tracker and the existing tracker. The proposed method also has the potential to solve other type of tracking problems.     

一种基于切换模型的快速机动目标跟踪算法研究

根据二维空间内目标作匀速转向运动的特点，提出一种基于航向变化的目标加速度实时估计方法，并在此基础上采用采样卡尔曼滤波器对该机动目标进行跟踪．仿真结果表明，该方法不仅能够检测出目标机动开始时刻和终止时刻，而且还能近似估计出快速机动目标的加速度大小，与扩展卡尔曼滤波器相比，采样卡尔曼滤波器具有较好的跟踪精度．     

核相关滤波跟踪算法的尺度自适应改进

针对基于检测的核相关滤波跟踪（CSK）算法难以适应目标尺度变化的问题,提出多尺度核相关滤波分类器以实现尺度自适应目标跟踪。首先,采用多尺度图像构建样本集,训练多尺度核相关滤波分类器,通过分类器对目标的尺度估计实现目标的最佳尺度检测;然后,在最佳尺度下采集样本在线学习更新分类器,实现尺度自适应的目标跟踪。对比实验与分析表明,本文算法在目标跟踪过程中能够正确适应目标的尺度变化,相比CSK算法,偏心距误差减少至其1/5~1/3,能满足复杂场景长时间跟踪的需求。     

一种Sage-Husa和可观测度的滤波算法研究

针对目标跟踪中过程噪声统计特性未知和状态分量可观测度差而导致滤波精度不高甚至滤波发散的问题,提出了一种复合自适应滤波算法。我该算法在滤波过程中,利用Sage-Husa噪声估计器在线估计过程噪声,用可观测度分析方法抑制状态分量可观测度差对滤波器的不良影响。在滤波过程中实时估计和修正过程噪声的统计特性,同时对观测度差的分量通道进行滤波增益衰减,以减小状态估计误差,提高滤波算法的估计精度。解决了一类过程噪声统计特性未知且系统状态分量可观测度差的状态估计问题。仿真结果显示,提出的复合自适应滤波算法对比传统Sage-Husa滤波和可观测度分析方法能够抑制过程噪声时变和状态分量可观测度差对滤波器的不良影响,具有更高的估计精度。     

具有尺度和旋转适应性的长时间目标跟踪

目标发生尺度和旋转变化会给长时间目标跟踪带来很大的挑战,针对该问题,本文提出了具有尺度和旋转适应性的鲁棒目标跟踪算法.首先针对跟踪过程中目标存在的尺度变化和旋转运动,提出一种基于傅里叶-梅林变换和核相关滤波的目标尺度和旋转参数估计方法.该方法能够实现连续空间的目标尺度和旋转参数估计,采用核相关滤波提高了估计的鲁棒性和准确性.然后针对长时间目标跟踪过程中,有时不可避免地会出现跟踪失败的情况（例如由于长时间半遮挡或全遮挡等）,提出一种基于直方图和方差加权的目标搜索方法.当目标丢失时,通过提出的搜索方法能够快速从图像中确定目标可能存在的区域,使得跟踪算法具有从失败中恢复的能力.本文还训练了两个核相关滤波器用于估计跟踪结果的置信度和目标平移,通过专门的核相关滤波器能够使得估计的跟踪结果置信度更加准确和鲁棒,置信度的估计结果可用于激活基于直方图和方差加权的目标搜索模块,并判断搜索窗口中是否包含目标.本文在目标跟踪标准数据集（Online object tracking benchmark,OTB）上对提出的算法和目前主流的目标跟踪算法进行对比实验,验证了本文提出算法的有效性和优越性.     

基于粒子滤波和Galerkin法的改进目标跟踪算法

在粒子滤波框架下,估计的准确性受到建议分布选取的影响很大。传统的粒子滤波通常采用系统转移概率作为建议分布,但传统的建议分布选取方法由于没有考虑新的观测信息,因此不能产生准确的估计值。为此采用一种叫做Galerkin法的数学工具去构造建议分布,依据该方法构造的建议分布相对传统的方法提高了粒子滤波估计的准确性。同时,在新的跟踪算法框架中,将颜色模型和形状模型进行自适应的融合,并提出了一种新的模型更新方法,提高了目标跟踪的稳定性。实验结果证明了该跟踪算法的有效性。     

基于粒子滤波的人脸跟踪算法

人物跟踪技术是目前智能监控系统的核心方法之一,针对人脸运动的非线性非高斯的特点,引入粒子滤波算法来进行运动预测估计,抵抗遮挡干扰。同时,根据人脸结构特点,提出了一种分块颜色直方图,用以描述人脸的特征。并且根据预测精度对预测过程中目标运动速度和过程噪声方差进行自适应更新。实验结果表明,在人脸的旋转,肤色和部分遮挡影响下跟踪精度较高,抵抗光照环境变化,以及人脸大小变化等的鲁棒性较强。     

动态背景下基于粒子滤波的运动目标跟踪方法

在智能视频监控系统中,实现对动态背景下的运动目标准确跟踪是一个难点问题。使用一种基于粒子滤波的方法来对动态背景下的运动目标进行跟踪。该方法基于贝叶斯估计,利用粒子集来表示概率,通过递推的贝叶斯滤波来近似逼近最优化的估计结果。实验结果证明,该方法可准确跟踪动态背景下的运动目标,是一种有效的目标跟踪方法。