时空上下文抗遮挡视觉跟踪

目的 传统的视觉跟踪方法只考虑了目标本身的特征信息提取,忽略了目标周围稠密的上下文信息。一旦目标本身特征信息提取存在困难,很容易导致跟踪失败。为解决上述问题,提出一种时空上下文抗遮挡视觉跟踪算法（STC-PF）。方法 首先,利用目标与局部区域的时空关系学习时空上下文模型;然后,通过上下文先验模型和学习到的时空上下文模型计算置信图;最后,对时空上下文区域进行分块遮挡判别,若遮挡概率小于设定阈值,计算置信图所得最大概率位置即为目标位置;若遮挡概率大于设定阈值,则目标发生遮挡,通过子块匹配和粒子滤波估计目标位置以及运动轨迹,实现不同程度的抗遮挡跟踪。结果 对测试数据集中的图像序列进行实验,结果表明,STC-PF方法的跟踪成功率提高至80%以上;中心误差小于原算法;同时STC-PF算法在提高抗遮挡能力的前提下,运行速度与原算法相当,高于当前流行算法。结论 STC-PF算法能够适用于光照变化、目标旋转、遮挡等复杂情况下的视觉目标跟踪,具有一定的实时性和高效性,尤其是在目标发生遮挡情况下具有很好的抗遮挡能力和较快的运行速度。     

融合图像感知哈希技术的运动目标跟踪

目的 为解决运动目标跟踪时因遮挡、尺度变换等产生的目标丢失以及传统匹配跟踪算法计算复杂度高等问题,提出一种融合图像感知哈希技术的运动目标跟踪算法.方法 本文算法利用感知哈希技术提取目标摘要进行模板图像识别匹配,采用匹配跟踪策略和搜索跟踪策略相配合来准确跟踪目标,并构建模板评价函数和模板更新准则实现目标模板的自适应更新,保证其在目标发生遮挡和尺度变换情况下的适应性.结果 该算法与基于NCC(normalized cross correlation)的模板匹配跟踪算法、Mean-shift跟踪算法以及压缩跟踪算法相比,在目标尺度变换和物体遮挡时,跟踪的连续性和稳定性更好,且具有较低的计算复杂度,能分别降低跟踪系统约6.2%、 6.3%、 9.3%的计算时间.结论 本文算法能有效实现视频场景中目标发生遮挡及尺度变换情况下的跟踪,跟踪的连续性和稳定性良好,且算法具有较低的计算复杂度,有利于实时性跟踪系统的构建.     

基于非凸低秩分解判别的叠加线性稀疏人脸识别

目的 针对因采集的人脸图像样本受到污染而严重干扰人脸识别及训练样本较少（小样本）时会由于错误的稀疏系数导致性能急剧下降从而影响人脸识别的问题,提出了一种基于判别性非凸低秩矩阵分解的叠加线性稀疏表示算法。方法 首先由γ范数取代传统核范数,克服了传统低秩矩阵分解方法求解核范数时因矩阵奇异值倍数缩放导致的识别误差问题;然后引入结构不相干判别项,以增加不同类低秩字典间的非相干性,达到抑制类内变化和去除类间相关性的目的;最后利用叠加线性稀疏表示方法完成分类。结果 所提算法在AR人脸库中的识别率达到了98.67±0.57%,高于SRC（sparse representation-based classification）、ESRC（extended SRC）、RPCA（robust principal component analysis）+SRC、LRSI（low rank matrix decomposition with structural incoherence）、SLRC（superposed linear representation based classification）-l₁等算法;同时,遮挡实验表明,算法对遮挡图像具有更好的鲁棒性,在不同遮挡比例下,相比其他算法均有更高的识别率。在CMU PIE人脸库中,对无遮挡图像添加0、10%、20%、30%、40%的椒盐噪声,算法识别率分别达到90.1%、85.5%、77.8%、65.3%和46.1%,均高于其他算法。结论 不同人脸库、不同比例遮挡和噪声的实验结果表明,所提算法针对人脸遮挡、表情和光照等噪声因素依然保持较高的识别率,鲁棒性更好。     

利用选择性模型不定时更新的视觉跟踪算法

目的 在目标跟踪中,基本粒子滤波算法和传统模型更新策略在遮挡、光照变化以及自身旋转等情况下通常存在鲁棒性较差的问题。为解决该问题,提出一种基于选择性模型不定时更新的粒子滤波视觉跟踪算法。方法 本文算法在粒子滤波框架下,定时检测目标变化,采用最速梯度下降法判断更新时机。仅当目标本身逐渐姿态改变而不受背景干扰时更新目标模型;在发生遮挡或光照改变较大时则不更新,保持当前模型继续跟踪。结果 通过对示例视频的计算机视觉跟踪,在跟踪目标中心位置误差、覆盖率、精度及成功率比较上,本文算法均能表现出较优的实验结果,这表明:本文算法能够对目标模型进行选择性更新,与对比算法比较,总体能够更加有效解决视频中遮挡、光照变化以及自身旋转等情况下的鲁棒跟踪问题。结论 由于本文算法未考虑尺度,在尺度不变的多种复杂变化条件下,本文算法均具有较好的鲁棒性。     

结构化低秩字典学习的人脸识别

目的 现实中采集到的人脸图像通常受到光照、遮挡等环境因素的影响,使得同一类的人脸图像具有不同程度的差异性,不同类的人脸图像又具有不同程度的相似性,这极大地影响了人脸识别的准确性。为了解决上述问题对人脸识别造成的影响,在低秩矩阵恢复理论的基础上提出了具有识别力的结构化低秩字典学习的人脸识别算法。方法 该算法基于训练样本的标签信息将低秩正则化以及结构化稀疏同时引入到学习的具有识别力的字典上。在字典学习过程中,首先利用样本的重建误差约束样本与字典之间的关系;其次将Fisher准则应用到稀疏编码过程中,使其编码系数具有识别能力;由于训练样本中的噪声信息会影响字典的识别力,所以在低秩矩阵恢复理论的基础上将低秩正则化应用到字典学习过程中;接着,在字典学习过程中加入了结构化稀疏使其不丢失结构信息以保证对样本进行最优分类;最后再利用误差重构法对测试样本进行分类识别。结果 本文算法在AR以及ORL人脸数据库上分别进行了实验仿真。在AR人脸数据库中,为了分析样本不同维数对实验结果造成的影响,选取了第一时期拍摄的每人6幅图像,包括1幅围巾遮挡,2幅墨镜遮挡以及3幅脸部表情变化以及光照变化（未被遮挡）的图像作为训练样本,同时选取相同组合的样本图像作为测试样本,无论哪种方法,图像的维度越高识别率越高。对比SRC （sparse representation based on classification）算法与DKSVD （discriminative K-means singular value decomposition）算法的识别率可知,DKSVD算法通过字典学习减缓了训练样本中的不确定因素对识别结果的影响;对比DLRD_SR （discriminative low-rank dictionary learning for sparse representation）算法与FDDL （Fisher discriminative dictionary learning）算法的识别率可知,当图像有遮挡等噪声信息存在时,字典低秩化可以提高至少5.8%的识别率;对比本文算法与DLRD_SR算法可知,在字典学习的过程中加入Fisher准则后识别率显著提高,同时理想稀疏值能保证对样本进行最优的分类。当样本图像的维度达到500维时人脸图像在有围巾、墨镜遮挡的情况下识别率可达到85.2%;其中墨镜和围巾的遮挡程度分别可以看成是人脸图像的20%和40%,为了验证本文算法在不同脸部表情变化、光照改变以及遮挡情况下的有效性,根据训练样本的具体图像组合情况进行实验。无论哪种样本图像组合,本文算法在有遮挡存在的样本识别中具有显著优势。在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及墨镜遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少2.7%,在训练样本只包含脸部表情变化、光照变化以及围巾遮挡图像的情况下,本文算法的识别率高于其他算法至少3.6%,在训练样本包含脸部表情变化、光照变化、围巾遮挡以及墨镜遮挡图像的情况下,其识别率高于其他算法至少1.9%。在ORL人脸数据库中,人脸图像在无遮挡的情况下识别率达到95.2%,稍低于FDDL算法的识别率;在随机块遮挡程度达到20%时,相比较于SRC算法、DKSVD算法、FDDL算法以及DLRD_SR算法,本文算法的识别率最高;当随机块遮挡程度达到50%时,以上算法的识别率均不高,但本文算法的其识别率仍然最高。结论 本文算法在人脸图像受到遮挡等因素的影响时具有一定的鲁棒性,实验结果表明该算法在人脸识别方面具有可行性。     

遮挡表情变化下的联合辅助字典学习与低秩分解人脸识别

目的 从真实环境中采集到的人脸图片通常伴随遮挡、光照和表情变化等因素,对识别结果产生干扰。在许多特殊环境下,训练样本的采集数量也无法得到保证,容易产生训练样本远小于测试样本的不利条件。基于以上情况,如何排除复杂的环境变化和较少的训练样本等多重因素对识别效果的影响逐渐成为了人脸识别方向需要攻克的难题。方法 以低秩矩阵分解为基础,分别使用非凸秩近似范数和核范数进行两次低秩矩阵分解,以达到去除遮挡干扰的目的 。首先通过非凸稳健主成分分析分解得到去除了光照、遮挡等变化的低秩字典。为消除不同人脸类的五官等共通部分的影响,加快算法收敛效率,将得到的低秩字典用作初始化,进行基于核范数的第二次秩近似分解,以获得去除了类间不相关判别性的低秩字典用于分类。最后针对训练样本较少和遮挡样本占比过大等问题,选用同一数据库中不用做训练和测试的辅助数据作为辅助字典模拟可能出现的遮挡、光照等影响,通过最小化稀疏表示重构误差进行分类识别。结果 选用AR库和CK+库分别进行实验。在AR库的实验中,通过调整训练图片中遮挡、光照和表情变化的样本比例来检测算法性能。其中,在遮挡图片占比分别为1/7和3/7的训练集中,无遮挡图片由无干扰和光照表情干扰图片联合组成。在遮挡图片占比为2/7的训练集中,无遮挡图片全由光照表情变化图片组成。实验结果表明,在多种实验情况下均获得较高识别率。其中根据不同遮挡比例,分别获得97.75%、92%、95.25%和97.75%、90%、95.25%等识别率。与同类算法对比提高3%~5%。选用的外部数据从10类人脸至40类依次增加,获得的识别结果为96.75%~98%,与同类算法相比提高了2%~3%。在CK+表情库中,选用同伦算法配合分类求解,获得的识别结果为95.25%。结论 本文提出了一种在克服复杂环境变化和训练样本不足两个方面具有高效性和鲁棒性的人脸识别算法,实验结果表明,本文算法在不同数据库中都具有高效性,未来的研究方向包括将算法应用于联立人脸和表情识别,模拟更为复杂的噪声状况,以期达到更为优异的结果。     

在线修正的人脸姿态跟踪算法及交互应用

针对人脸在跟踪过程中可能存在大幅度的倾斜、旋转、遮挡以及肤色干扰等问题,提出一种基于在线修正的人脸跟踪算法.该算法当人脸检测失效时,人脸跟踪模块将用于提取目标参数;而在人脸跟踪过程中,为减小由连续跟踪造成的累积误差,利用人脸实时检测机制新检测到的人脸目标参数来修正跟踪模块的参数,包括跟踪窗口的位置和尺度,从而利用了人脸检测和人脸跟踪各自的优点.通过实验,其结果表明,该算法能够精确地跟踪复杂姿态下的人脸目标,并且能够解决肤色干扰和遮挡的问题,具有很好的适应性和鲁棒性.另外,将在线修正的跟踪方法应用于娱乐游戏控制,为人机交互提供了新的方式.     

加权局部特征结合判别式字典的目标跟踪

目的 当前大多数基于稀疏表示的跟踪方法只考虑全局特征或局部特征的最小重构误差,没有充分利用稀疏编码系数,或者忽略了字典判别性的作用,尤其当目标被相似物遮挡时,往往会导致跟踪目标丢失。针对上述问题,提出一种新的基于判别式字典和加权局部特征的稀疏外观模型(SPAM-DDWF)跟踪算法。方法 首先利用Fisher准则学习判别式字典,对提取的局部特征进行结构性分析来区分目标和背景,其次,提出一种新的基于加权的相似性度量方法来处理遮挡问题,从而提高跟踪的精确度。此外,基于重构系数的权重更新策略,使算法能更好地适应跟踪目标的外观变化,并降低了遮挡发生时跟踪漂移的概率。结果 在多个基准图像序列上,与多种流行方法对比,本文算法在光照变化、复杂背景、遮挡等场景中保持较高的跟踪成功率与较低的漂移误差。平均成功率和漂移误差分别为76.8%和3.7。结论 实验结果表明,本文算法具有较好的有效性和鲁棒性,尤其在目标被相似物遮挡的情况下,也能较准确地跟踪到目标。     

结合相位一致性的度量学习跟踪

目的 目标跟踪在实际应用中通常会遇到一些复杂的情况,如光照变化、目标变形等问题,为提高跟踪的准确性和稳定性,提出了一种基于相位一致性特征的度量学习跟踪方法。方法 首先对目标区域提取相位一致性特征,其次结合集成学习和支持向量机的优点,利用度量学习的思想进行区域的相似性判别,以此来确定目标所在位置。跟踪的同时在线更新目标模型和度量矩阵从而实现自适应性。结果 算法的有效性在有外观、光照变化及遮挡等具有挑战性的视频序列上得到了验证,并与当前几种主流方法进行了跟踪成功率和跟踪误差的定量比较,实验结果显示本文算法在4组视频上的跟踪误差平均为15个像素,跟踪成功率最低的也达到了80%,优于其他算法,具有更好的跟踪准确性和稳定性。结论 本文设计并实现了一种基于度量学习的跟踪新方法,利用较少的训练样本即可学习到有判别力的度量矩阵。该跟踪方法对目标特征的维数没有限制,在高维特征空间的判别中更有优势,具有较好的通用性,在有外观、光照变化及遮挡等复杂情况下,均能获取较为准确和稳定的跟踪效果。     

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。     

Multi-robot multiple hypothesis tracking for pedestrian tracking

In this paper the problem of tracking walking people with multiple moving robots is tackled. For this purpose we present an adaptation to the Multiple Hypothesis Tracking method, which unlike classic MHT, allows for one-to-many associations between targets and measurements in each hypothesis production cycle and is thus capable of operating in a scenario involving multiple sensors. Derivation of hypotheses probabilities accounts for the continuously changing overlapping areas in fields of view of the robots sensors and for detection uncertainty. In the context of three experiments involving people walking among moving robots, the successful integration of our tracking algorithm to a real-world setup is assessed.     

Coalitional tracking

We propose a novel tracking method that uses a network of independent particle filter trackers whose interactions are modeled using coalitional game theory. Our tracking method is general, it maintains pixel level accuracy, and can negotiate surface deformations and occlusions. We tested our method on a substantial video set featuring non-trivial motion from over 40 objects in both the infrared and visual spectra. The coalitional tracker demonstrated fault tolerant behavior that exceeds by far the performance of single particle filter trackers. Our method represents a shift from the typical tracking paradigms and may find application in demanding imaging problems across the electromagnetic spectrum.     

自适应跟踪与多特征融合的目标跟踪算法

Staple算法采用固定权重与学习率的方式,导致其在物体模糊等场景下跟踪精度低.为此,提出一种自适应跟踪与多特征融合的目标跟踪算法(adp-Staple).特征融合与跟踪过程中引入两种不同置信因子提升跟踪精度,特征提取过程引入主成分分析降维技术提升跟踪速度.在OTB-50与OTB-100数据集上进行对比实验,其结果表明,adp-Staple算法较传统Staple算法有更好的跟踪效果,在运动模糊等场景中有更强的鲁棒性.     

Ensemble tracking

We consider tracking as a binary classification problem, where an ensemble of weak classifiers is trained online to distinguish between the object and the background. The ensemble of weak classifiers is combined into a strong classifier using AdaBoost. The strong classifier is then used to label pixels in the next frame as either belonging to the object or the background, giving a confidence map. The peak of the map and, hence, the new position of the object, is found using mean shift. Temporal coherence is maintained by updating the ensemble with new weak classifiers that are trained online during tracking. We show a realization of this method and demonstrate it on several video sequences     

A strong tracking nonlinear robust filter for eye tracking

Non-intrusive methods for eye tracking are important for many applications of vision-based human computer interaction. However, due to the high nonlinearity of eye motion, how to ensure the robustness of external interference and accuracy of eye tracking pose the primary obstacle to the integration of eye movements into today’s interfaces. In this paper, we present a strong tracking unscented Kalman filter (ST-UKF) algorithm, aiming to overcome the difficulty in nonlinear eye tracking. In the proposed ST-UKF, the Suboptimal fading factor of strong tracking filtering is introduced to improve robustness and accuracy of eye tracking. Compared with the related Kalman filter for eye tracking, the proposed ST-UKF has potential advantages in robustness and tracking accuracy. The last experimental results show the validity of our method for eye tracking under realistic conditions.     

基于强跟踪滤波器的MACA-MIE 模型及跟踪算法

结合自适应常加速模型(ACA)、改进输入估计(MIE)和强跟踪滤波器,提出一种新的自适应目标跟踪模型和算法.该算法通过扩展 ACA 模型状态矢量和改进状态噪声协方差调整方法,利用 MIE 和强跟踪滤波器,实现了机动加速度方差和状态预测协方差依据残差信息的实时完全自适应调整,在缺乏目标加速度先验知识的情况下,能够实时高精度跟踪目标突变状态、弱机动和非机动状态.仿真实验表明,相比 ACA 模型和 MIE,该算法具有更好的机动状态和非机动状态跟踪性能.     

Digital boundary tracking

In many three-dimensional imaging applications, the three-dimensional space is represented by an array of cubical volume elements (voxels) and a subset of the voxels is specified by some property. Objects in the scene are then recognised by being components of the specified set and individual boundaries are recognised as sets of voxel faces separating objects from components in the complement of the specified set. This paper deals with the problem of algorithmic tracking of such a boundary specified by one of the voxel faces lying in it. The paper is expository in that all ideas are carefully motivated and introduced. Its original contribution is the investigation of the question of whether the use of a queue (of loose ends in the tracking process which are to be picked up again to complete the tracking) is necessary for an algorithmic tracker of boundaries in three-dimensional space. Such a queue is not needed for two-dimensional boundary tracking, but published three-dimensional boundary trackers all make use of such a thing. We prove that this is not accidental: under some mild assumptions, a boundary tracker without a queue will fail its task on some three-dimensional boundaries.     

强跟踪卡尔曼滤波在视频目标跟踪中的应用

针对经典卡尔曼滤波器在滤波数学模型与实际过程的数学规律不匹配、滤波特性较差的情况,提出利用强跟踪卡尔曼滤波器对视频序列图像中的运动目标进行跟踪。该方法是在经典卡尔曼滤波递推公式中的一步验前误差方差阵中引入可在线计算的时变渐消矩阵,从而调节增益K,使之能够不断变化,保证对新息序列的自适应调节,使状态滤波更准确。实验结果表明,较之经典卡尔曼滤波,该方法具有对运动目标更强的跟踪能力,跟踪精度更高,均方误差更小。     

Online multi-object tracking using multi-function integration and tracking simulation training

Applied Intelligence - Recently, with the development of deep-learning, the performance of multi-object tracking algorithms based on deep neural networks has been greatly improved. However, most...