基于记忆的混合高斯背景建模

混合高斯模型(Gaussian mixture model, GMM)可对存在渐变及重复性运动的场景进行建模, 被认为是最好的背景模型之一. 然而, 它不能解决场景中存在的突变, 如门的打开/关闭等. 为解决此类问题, 受人类认知环境方式的启发, 本文将人类记忆机制引入到背景建模, 提出一种基于记忆的混合高斯模型(Memory-based GMM, MGMM). 每个像素都要经过瞬时记忆、短时记忆和长时记忆三个空间的传输和处理. 本文提出的基于记忆的背景模型能够记住曾经出现的背景, 从而能更快地适应场景的变化.     

基于视觉记忆模型聚类的运动目标检测

传统的混合高斯背景建模可对存在渐变及重复性运动的场景进行建模,但其运算过程需要足够的计算量和存储空间,不适应在复杂背景下的背景建模,也不能解决场景中存在的突变。针对这些问题,提出了一种基于记忆模型的聚类算法,算法为每个像素点设置一个聚类模型,每个聚类可根据背景的变化结合人类记忆模型自适应的创建、更新和删除。该算法通过人类瞬时记忆、短时记忆和长时记忆做出准确判断,运动目标检测结果更能符合人类感觉器官的判断。     

基于人类记忆模型的粒子滤波鲁棒目标跟踪算法

当目标被场景中的物体或其它运动目标遮挡,或者目标姿态发生很大改变时,粒子滤波器就会失效。为解决这类问题,受人类记忆机制的启发,文中将人类记忆模型引入到粒子滤波器模板更新过程,提出一种基于记忆的粒子滤波器。每个模板都要经过瞬时记忆、短时记忆和长时记忆3个空间的传输和处理。该粒子滤波器能记住曾经出现的目标模板,从而能更快地适应目标姿态的变化。实验结果验证了该算法的有效性。     

一种新的学习记忆模型的研究

基于传统的认知心理学的AS模型,提出了一种新的学习记忆模型。该模型基于AS的记忆原理,结合大脑皮层的记忆机制来细化记忆的过程,进而提出针对该模型的学习记忆算法。实验结果表明,该算法的性能良好,其机制符合人脑思维,实用、有效且可行。     

引入视觉注意机制的目标跟踪方法综述

视觉跟踪在无人飞行器、移动机器人、智能监控等领域有着广泛的应用,但由于目标外观和环境的变化,以及背景干扰等因素的存在,使得复杂场景下的鲁棒实时的目标跟踪成为一项极具挑战性的任务. 视觉注意是人类视觉信息处理过程中的一项重要的心理调节机制,在视觉注意的引导下,人类能够从众多的视觉信息中快速地选择那些最重要、最有用、与当前行为最相关的感兴趣的视觉信息,特别地,人类能够快速指向感兴趣的目标,从而可以轻松地实现对目标的稳定跟踪.因此,将视觉注意机制引入到复杂场景下的目标跟踪中,有利于实现更为稳定和接近于人类认知机制的视觉跟踪算法.本文旨在对引入了视觉注意机制的目标跟踪方法进行综述. 首先,介绍了视觉注意的基本概念及其代表性的计算模型;其次,对视觉注意与跟踪的内在关系进行了阐述;然后,对引入视觉注意机制的目标跟踪方法进行归纳、总结和分类,对代表性的方法进行介绍和分析;最后,对该类方法的特点和优势进行了讨论,并对未来的研究趋势进行了展望.     

改进视觉背景提取模型的运动目标检测算法

针对视觉背景提取模型对动态场景适应性不强、运动目标检测精度低等问题,提出一种改进的视觉背景模型算法.在模型建立与初始化阶段,采用按序抽取的方法将像素点本身信息加入到背景模型中,形成邻域背景模型,降低复杂场景对模型的影响;在前景检测阶段,结合像素点的空间邻域信息自适应地获取分割阈值,减少各类复杂场景对检测结果的干扰,提高运动目标检测的精度;在背景更新阶段,根据场景复杂度动态地调整模型的更新周期与更新方式,使得模型能够有效地消除虚影与背景噪声的影响,增强模型对复杂场景的适应性与鲁棒性.与典型算法进行对比的实验结果表明,该算法具备较高的检测精度,适用于动态场景中的运动目标检测.     

改进视觉背景提取模型的前景目标检测算法

针对经典视觉背景提取算法（ViBe）在动态背景场景下检测精度不高,以及长时间存在鬼影的问题,提出一种改进的视觉背景提取算法.该方法在背景模型初始化阶段考虑到像素点之间的颜色相似性以及空间距离,选取像素点邻域内的同质像素点对背景模型进行初始化;根据场景动态程度自适应调整每个像素点的阈值以及背景模型更新的速率,改善了在动态背景场景下的检测精度;根据光流判断像素点是否存在运动来把真实前景目标和鬼影区分开来并及时对背景模型进行修正,从而尽快消除鬼影现象.使用changedection测试集进行测试,改进后的ViBe算法在能提取到较完整前景目标的同时,检测准确率相比原始ViBe算法也有所提高.     

基于背景约束机制的目标识别方法及图像语义抽取

多数图像目标识别过程只对主要目标物进行提取,再分类识别,造成图像背景信息丢失,为此提出一种背景约束机制(background restraint mechanism)下的目标识别方法。通过视觉注意模型分别提取图像的前景目标物和背景信息,实现图像的前景目标物与背景分离,通过对背景图像信息的提取识别形成对前景目标物的概率约束。将此约束机制引入分类器中形成一种BRM_GAM(background-restraint-mechanism_Gaussian ARTMAP)分类模型,对前景目标物进行分类识别。实验结果表明,该方法有较好识别效率和时效性,符合人类认知。此外,提出一种利用GAM模型提取图像语义字典直方图,进行图像语义抽取的方法。     

采用时空条件信息的动态场景运动目标检测

为了将动态场景中运动目标与扰动背景线性不可分的问题转换为线性可分问题,提出了负对数非线性核变换方法.该方法通过引入视觉注意机制构建视觉显著性时空域模型,以像素邻域加权条件信息作为分类特征,增强目标与背景的线性可分性,提高动态场景运动目标检测精度.最后结合图像分块建模策略,实现了动态场景中运动目标的高效、实时检测.     

面向图像识别的卷积神经网络鲁棒性研究进展

卷积神经网络是目前人工智能领域在图像识别与处理相关应用中的关键技术之一,广泛的应用使对其鲁棒性研究的重要性不断凸显。以往对于卷积神经网络鲁棒性的研究较为笼统,且多集中在对抗鲁棒性方面。这难以更深入地研究神经网络鲁棒性的发生机制,已经不适应人工智能的发展。引入神经科学的相关研究,提出了视觉鲁棒性的概念,通过研究神经网络模型与人类视觉系统的相似性,揭示了神经网络鲁棒性的内在缺陷。回顾了近年来神经网络鲁棒性的研究现状,并分析了神经网络模型缺乏鲁棒性的原因。神经网络缺乏鲁棒性体现在其对于微小扰动的敏感性,其原因在于神经网络会更倾向于学习人类难以感知的高频信息用于计算和推理。而这部分高频信息很容易被扰动所破坏,最终导致模型出现判断错误。传统鲁棒性的研究大多关注模型的数学性质,无法突破神经网络的天然局限性。视觉鲁棒性在传统鲁棒性的概念上进行拓展。传统鲁棒性概念衡量模型对于失真变形的图像样本的辨识能力,失真样本与原始干净样本在鲁棒模型上都能保持正确的输出。视觉鲁棒性衡量模型与人类判别能力的一致性。这需要将神经科学和心理学的研究方法、成果与人工智能相结合。回顾了神经科学在视觉领域的发展,讨论了认知心理学的研究方法在神经网络鲁棒性研究上的应用。人类视觉系统在学习和抽象能力上具有优势,神经网络模型在计算和记忆速度方面强于人类。人脑的生理结构与神经网络模型的逻辑结构的差异是导致神经网络鲁棒性问题的关键因素。视觉鲁棒性的研究需要对人类的视觉系统有更深刻的理解。揭示人类视觉系统与神经网络模型在认知机制上的差异,并对算法进行有效的改进,这是神经网络鲁棒性乃至人工智能算法的主要发展趋势。     

Memory-based cognitive modeling for robust object extraction and tracking

Inspired by the way humans perceive the environment, in this paper, we propose a memory-based cognitive model for visual information processing which can imitate some cognitive functions of the human brain such as remembering, recall, forgetting, learning, classification, and recognition, etc. The proposed model includes five components: information granule, memory spaces, cognitive behaviors, rules for manipulating information among memory spaces, and decision-making processes. Three memory spaces are defined for separately storing the current, temporal and permanent information acquired, i.e. ultra short-term memory space (USTMS), short-term memory space (STMS) and long-term memory space (LTMS). The proposed memory-based model can remember or forget what the scene has ever been which helps the model adapt to the variation of the scene more quickly. We apply the model to address two hot issues in computer vision: background modeling and object tracking. A memory-based Gaussian mixture model (MGMM) for object segmentation and a memory-based template updating (MTU) model for object tracking with particle filter (PF) are exhibited respectively. Experimental results show that the proposed model can deal with scenes with sudden background and foreground changes more robustly when segmenting and tracking moving objects under complex background.     

基于概率统计自适应背景模型的运动目标检测方法

为了更好地进行运动目标检测,提出了一种基于概率统计的自适应背景模型的运动目标检测方法。该方法能够自适应选择背景和前景阈值,且不需要进行训练,而且在不同的场景下能够自适应进行选择。在此基础上,针对盲目更新和选择更新不足,还采用了像素聚类统计和概率相结合的背景更新模型,因为采用基于像素统计的更新机制能够适应场景中背景的局部改变(移入/移出物体),而采用概率更新则能够降低前景污染背景的程度。实验证明,该方法能够得到可靠的背景,改善了运动检测效果。     

抗遮挡目标跟踪的模型学习综述

视觉目标跟踪任务中的遮挡问题是最具挑战的场景属性之一,研究有效的抗遮挡模型学习方案,对构建适应复杂场景的长期鲁棒跟踪模型具有重要意义.剖析了遮挡影响跟踪性能的本质原因,以抗遮挡性能较好的先进跟踪算法为研究对象,系统分析了模型学习中有效抗遮挡机制,并对其改善长短期遮挡问题的有效性进行比较分析,包括以硬负样本挖掘、有效样本...     

Adaptive color segmentation-a comparison of neural and statisticalmethods

With the availability of more powerful computers it is nowadays possible to perform pixel based operations on real camera images even in the full color space. New adaptive classification tools like neural networks make it possible to develop special-purpose object detectors that can segment arbitrary objects in real images with a complex distribution in the feature space after training with one or several previously labeled image(s). The paper focuses on a detailed comparison of a neural approach based on local linear maps (LLMs) to a classifier based on normal distributions. The proposed adaptive segmentation method uses local color information to estimate the membership probability in the object, respectively, background class. The method is applied to the recognition and localization of human hands in color camera images of complex laboratory scenes.     

基于视觉背景提取的自适应运动目标提取算法

在复杂场景下的视频运动目标提取是视频分析技术的首要工作。为了解决前景运动目标提取的精确度不高的问题,提出一种基于视觉背景提取(ViBE)的改进视频运动目标提取算法(ViBE⁺)。首先,在背景模型初始化阶段采用像素的菱形邻域来简化样本信息;其次,在前景运动目标提取阶段引入自适应分割阈值来适应场景的动态变化;最后,在更新阶段提出背景重建和调整更新因子方法来处理光照变化的情形。实验结果表明,对于复杂视频场景LightSwitch的运动目标提取结果在相似度指标上,改进后的算法与混合高斯模型(GMM)算法、码本模型算法以及原始ViBE算法相比,分别提高了1.3倍、1.9倍以及3.8倍。所提算法能够在有效时间内对复杂场景具有较好的自适应性,且性能明显优于对比算法。     

融合时空信息的运动目标检测算法

传统运动目标检测算法在处理诸如树叶晃动、水面波纹等动态场景时效果不理想。为此,针对动态场景下所存在的背景扰动问题,提出一种融合时间和空间信息的运动目标检测算法。该算法通过增量式主成分分析提取空间上图像的背景信息,结合三帧差分法所提取的时域信息进行融合决策以提取运动目标。实验结果表明,该算法能够在动态场景中有效提取运动目标,且检测结果优于混合高斯模型算法。