遮挡判定下多层次重定位跟踪算法

目的 目标遮挡一直是限制跟踪算法精确度和稳定性的问题之一,针对该问题,提出一种抗遮挡的多层次重定位目标跟踪算法。方法 通过平均峰值相关能量动态分配特征权重,将梯度特征与颜色直方图特征动态地结合起来进行目标跟踪。利用多峰值检测和峰值波动情况进行目标状态判定,若目标状态不理想,则停止模板更新,避免逐帧更新导致目标漂移,继续跟踪目标;若判定目标遮挡,则提取对应特征点,使用最邻近距离比进行特征匹配和筛选,丢弃负样本的最邻近样本作为二次筛选,利用广义霍夫变换进行第3次筛选并重定位目标,对目标继续跟踪。结果 在标准数据集OTB（object tracking benchmark）100和LaSOT（large-scale single object tracking）上的实验结果显示,本文算法的精确率分别为0.885和0.301,相较于Staple算法分别提升了13.5%和30.3%。结论 在目标发生遮挡的场景中,本文方法能够重定位目标并且继续跟踪,优化后的模板更新策略提高了算法速度。目标状态的判定有效估计了目标遮挡问题,可以及时采取应对策略,提高算法在复杂环境下的稳定性。     

自适应多特征融合相关滤波目标跟踪

目的 针对现实场景中跟踪目标背景复杂、光照变化、快速运动、旋转等问题,提出自适应多特征融合的相关滤波跟踪算法。方法 提取目标的HOG（histogram of oriented gradients）特征和利用卷积神经网络提取高、低层卷积特征,借助一种自适应阈值分割方法评估每种特征的有效性,得到特征融合的权重比。根据权重系数融合每种特征的响应图,并据此得到目标的新估计位置,利用尺度相关滤波器计算目标尺度,得到目标尺度完成跟踪。结果 在OTB（object tracking benchmark）-2013公开数据集上进行实验,在对多特征融合进行分析的基础上,测试了本文算法在11种不同属性下的跟踪性能,并与当前流行的7种算法进行对比分析。结果表明,本文算法的成功率和精确度均排名第1,相较于基准算法DSST （discriminative scale space tracking）跟踪精确度提高了4%,成功率提高了6%。在复杂场景下比其他主流算法更具有鲁棒性。结论 本文算法以DSST相关滤波跟踪器为基准算法,借助自适应阈值分割方法评估每种特征的有效性,自适应融合两层卷积特征和HOG特征,使得判别性越强的单一特征融合权重越大,较好表达了目标的外观模型,在背景复杂、目标消失、光照变化、快速运动、旋转等场景下表现出较强的跟踪准确性。     

基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪

目的 针对现实场景中跟踪目标的快速运动、旋转、尺度变化、遮挡等问题,提出了基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪的方法。方法 利用卷积神经网络提取高、低层卷积特征并结合本文提出的核相关滤波算法计算并获得高底两层卷积特征响应图。采用Coarse-to-Fine方法对目标位置进行估计,在学习得到1维尺度核相关滤波器估计尺度的基础上实时更新高低两层核相关滤波器参数,以实现自适应的目标跟踪。结果 实验选取公开数据集中的典型视频序列进行跟踪,测试了算法在目标尺度发生变化、遮挡、旋转等复杂场景下的跟踪性能并与多种优秀的跟踪算法在平均中心误差、平均重叠率等指标上进行了定量比较,在Singer1、Car4、Jogging、Girl、Football以及MotorRolling视频图像序列上的中心误差分别为8.71、6.83、3.96、3.91、4.83、9.23,跟踪重叠率分别为0.969、1.00、0.967、0.994、0.967、0.512。实验结果表明,本文算法与原始核相关滤波算法相比,平均中心位置误差降低20%,平均重叠率提高12%。结论 采用卷积神经网络提取高低两层卷积特征,高层卷积特征用于判别目标和背景,低层卷积特征用于预测目标位置并通过Coarse-to-Fine方法对目标位置进行精确的定位,较好地解决了由于目标的旋转和尺度变化带来的跟踪误差大的问题,提高了跟踪性能并能够实时更新学习。在目标尺度发生变化、遮挡、光照条件改变、目标快速运动等复杂场景下仍表现出较强的鲁棒性和适应性。     

结合背景信息的自适应加权压缩跟踪算法

目的 为了提高目标跟踪的准确度,提出结合背景信息的自适应加权压缩跟踪算法。方法 针对目标边缘背景信息的干扰问题,提出对目标框架分块提取特征,根据区域分配权值,弱化特征提取过程中背景信息的干扰;利用正负样本特征概率分布的Bhattacharyya距离,自适应地选取区分度较大的特征进行分类器训练,提高分类器的鲁棒性;针对目标遮挡导致分类器分类不准确问题,提出设置目标遮挡检测机制,结合目标和局部背景信息对目标实现遮挡环境下的跟踪。结果 与目前较流行的5种算法在6个具有挑战性的序列中进行比较,本文提出的算法平均跟踪率达到90%,平均每帧耗时0.088 6 s。结论 本文算法在背景干扰,光线变换,目标旋转、形变、遮挡和复杂背景环境下的跟踪具有较高鲁棒性。     

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.     

基于上下文感知与自适应响应融合的相关滤波跟踪算法

针对当前相关滤波跟踪算法在抗背景干扰、响应融合方式以及模型更新策略上的不足,提出一种基于上下文感知与自适应响应融合的相关滤波跟踪算法.通过引入上下文感知技术,提高算法在背景杂波及遮挡等跟踪场景下的鲁棒性;通过研究HOG特征和颜色直方图特征二者响应图和响应值的特点,提出一种自适应响应融合方法,提升融合响应图的可靠性;在模型更新方面,采用了高置信度模型更新策略来减轻传统模型更新策略中模型污染及跟踪漂移的问题.实验结果表明,本文算法在OTB50数据集上达到了74.7%的跟踪精度,跟踪成功率为54.8%,均优于对比的主流相关滤波跟踪算法,并且在背景杂波、光照变化、遮挡、运动模糊等复杂跟踪场景中具有较好的跟踪精度与鲁棒性.     

自适应模型更新的多特征融合目标跟踪算法

针对目标在运动过程中存在遮挡、光照变化、背景因素等复杂情况下的跟踪问题,提出了一种多特征融合的跟踪算法;利用背景加权后的联合直方图来描述目标的灰度和纹理特征信息,提出一种多帧加权组合的模板更新策略,对模板特征分布进行自适应更新,基于当前粒子特征信息可信度加权设计了一种自适应特征融合观测模型,并结合到粒子滤波算法中,从而提高了跟踪算法的场景适应能力;实验结果表明;与基于单一特征的算法相比,该算法的适应性更强,能有效跟踪复杂场景下的运动目标.     

自适应卷积特征选择的实时跟踪算法

目的 针对深度卷积特征相关滤波跟踪算法因特征维度多造成的跟踪速度慢及其在目标发生形变、遮挡等情况时存在跟踪失败的问题,提出了一种自适应卷积特征选择的实时跟踪算法。方法 该算法先分析结合深度卷积特征的相关滤波跟踪算法定位目标的特性,然后提出使用目标区域和搜索区域的特征均值比来评估卷积操作,选取满足均值比大于阈值的特征通道数最多的卷积层,减少卷积特征的层数及维度,并提取该卷积层的有效卷积特征来训练相关滤波分类器,最后采用稀疏的模型更新策略提高跟踪速度。结果 在OTB-100标准数据集上进行算法测试,本文算法的平均距离精度值达86.4%,平均跟踪速度达29.9帧/s,比分层卷积相关滤波跟踪算法平均距离精度值提高了2.7个百分点,速度快将近3倍。实验结果表明,本文自适应特征选择的方式在保证跟踪精度的同时有效地提升了跟踪的速度,且优于当前使用主成分分析降维的方式;与现有前沿跟踪算法对比,本文算法的整体性能优于实验中对比的9种算法。结论 该算法采用自适应卷积通道和卷积层选择的方式有效地减少了卷积层数和特征维度,降低了模型的复杂度,提升了跟踪速度,利用稀疏模型更新策略进一步提升了跟踪的速度,减少了模型漂移现象,当目标发生快速运动、遇到遮挡、光照变化等复杂场景时,仍可实时跟踪到目标,具有较强的鲁棒性和适应性。     

注意力增强和目标模型更新的红外目标跟踪算法

目的 多数以深度学习为基础的红外目标跟踪方法在对比度弱、噪声多的红外场景下,缺少对目标细节信息的利用,而且当跟踪场景中有相似目标且背景杂乱时,大部分跟踪器无法对跟踪的目标进行有效的更新,导致长期跟踪时鲁棒性较差。为解决这些问题,提出一种基于注意力和目标模型自适应更新的红外目标跟踪算法。方法 首先以无锚框算法为基础,加入针对红外跟踪场景设计的快速注意力增强模块以并行处理红外图像,在不损失原信息的前提下提高红外目标与背景的差异性并增强目标的细节信息,然后将提取的特征融合到主干网络的中间层,最后利用目标模型自适应更新网络,学习红外目标的特征变化趋势,同时对目标的中高层特征进行动态更新。结果 本文方法在 4 个红外目标跟踪评估基准上与其他先进算法进行了比较,在 LSOTB-TIR(large-scale thermalinfrared object tracking benchmark)数据集上的精度为 79.0%,归一化精度为 71.5%,成功率为 66.2%,较第 2 名在精度和成功率上分别高出 4.0%和 4.6%;在 PTB-TIR(thermal infrared pedestrian tracking benchmark)数据集上的精度为85.1%,成功率为 66.9%,较第 2 名分别高出 1.3% 和 3.6%;在 VOT-TIR2015(thermal infrared visual object tracking)和VOT-TIR2017 数据集上的期望平均重叠与精确度分别为 0.344、0.73 和 0.276、0.71,本文算法在前 3 个数据集的测评结果均达到最优。同时,在 LSOTB-TIR 数据集上的消融实验结果显示,本文方法对基线跟踪器有着明显的增益作用。结论 本文算法提高了对红外目标特征的捕捉能力,解决了红外目标跟踪易受干扰的问题,能够提升红外目标长期跟踪的精度和成功率。     

自适应尺度突变目标跟踪

目的 尺度突变是目标跟踪中一项极具挑战性的任务,短时间内目标的尺度发生突变会导致跟踪要素丢失,使得跟踪误差积累导致跟踪漂移,为了更好地解决这一问题,提出了一种先检测后跟踪的自适应尺度突变的跟踪算法（kernelized correlation filter_you only look once,KCF_YOLO）。方法 在跟踪的训练阶段使用相关滤波跟踪器实现快速跟踪,在检测阶段使用YOLO（you only look once）V3神经网络,并设计了自适应的模板更新策略,采用将检测到的物体的相似度与目标模板的颜色特征和图像指纹特征融合后的相似度进行对比的方法,判断目标是否发生遮挡,据此决定是否在当前帧更新目标模板。结果 为证明本文方法的有效性在OTB（object tracking benchmark）2015数据集中具有尺度突变代表性的11个视频序列上进行试验,试验视频序列目标尺度变化为0.19.2倍,结果表明本文方法平均跟踪精度为0.955,平均跟踪速度为36帧/s,与经典尺度自适应跟踪算法比较,精度平均提高31.74%。结论 本文使用相关滤波和神经网络在目标跟踪过程中先检测后跟踪的思想,提高了算法对目标跟踪过程中尺度突变情况的适应能力,实验结果验证了加入检测策略对后续目标尺度发生突变导致跟踪漂移的情况起到了很好的纠正作用,以及自适应模板更新策略的有效性。     

融合HOG特征和注意力模型的孪生目标跟踪算法

为了提高跟踪算法在目标发生形变和被遮挡时的准确性,提出一种融合HOG(histogram of oriented gradient)特征和注意力模型的孪生目标跟踪算法.首先,采用对ResNet残差模型改进后的CIR(cropping inside residual)模型塑造孪生目标跟踪网络的骨干网络,充分利用不同层次的特征图,同时加深网络;其次,融入HOG特征,增强网络对图形几何变化的鲁棒性;再次,加入CBAM(convolutional block attention module)注意力模型,使网络能够在结合上下文信息的同时调节HOG特征在特征图中所占比例,增强特征图中的有效特征,弱化无效特征,使网络中各特征图发挥出最好的效果;最后,定义算法的损失函数.实验结果表明,所提算法在GOT-10k数据集上进行训练后,能够在OTB100上获得较好的跟踪效果,在该数据集中精确率和成功率分别达到81.9%和60.6%.在目标物体发生形变和被遮挡的情况下,所提算法仍能取得较好的跟踪效果.     

背景与方向感知的相关滤波跟踪

目的 针对相关滤波跟踪算法,目标与周围背景进行等值权重训练滤波器导致目标与背景信息相似时,易出现目标漂移问题,本文提出一种基于背景与方向感知的相关滤波跟踪算法。方法 将目标周围的背景信息学习到滤波器中,利用卡尔曼滤波预测目标的运动状态和运动方向,提取目标运动方向上的背景信息,将目标运动方向上与非运动方向上的背景信息进行滤波器训练,保证分配给目标运动方向上背景信息的训练权重高于非运动方向上的权重,增加滤波器对目标和背景信息的分辨能力,采用线性插值法得到最大响应值,用于确定目标位置;构造辅助因子g,利用增广拉格朗日乘子法（augmented Lagrange method,ALM）将约束项放到优化函数里,采用交替求解算法（alternating direction method of multipliers,ADMM）将求解目标问题转化为求滤波器和辅助因子的最优解,降低计算复杂度;采用多分辨率搜索方法来估计目标变换的尺度。结果 在数据集OTB50（object tracking benchmark）和OTB100上的平均精确率和平均成功率分别为0.804和0.748,相比BACF （background-aware correlation filters）算法分别提高了7%和16%;在数据集LaSOT上本文算法精确率为0.329,相比BACF （0.239）的精确率得分,更能体现本文算法的鲁棒性。结论 与其他主流算法相比,本文算法在运动模糊、背景杂乱和形变等复杂条件下跟踪效果更加鲁棒。     

引入短时记忆的Siamese网络目标跟踪算法

为提升目标跟踪算法在复杂场景下的鲁棒性,使算法适应长时跟踪场景,提出结合多层特征融合和短时记忆机制的跟踪方法,提升目标跟踪的鲁棒性。融合卷积神经网络多层特征,提升网络的特征提取能力。在跟踪阶段,引入了短时记忆模块,搜索区域特征分别与初始的基准模板特征和短时记忆的动态特征进行匹配,对得到的响应图进行融合,提升目标跟踪的鲁棒性,通过视频局部信息增强算法对跟踪目标的判别性。在OTB2015和GOT-10K目标跟踪标准数据集上进行了实验,在OTB2015上的精确度和成功率分别达到了0.808和0.593。实验结果表明,所提算法的测试效果与几种主流跟踪算法相比有了显著的提升,并且达到了27 帧/s的实时跟踪速度,证明了所提方法的有效性。     

融合坐标信息与模板更新的孪生网络目标跟踪

应对孪生网络单目标跟踪算法在跟踪中遇到背景杂乱、相似物影响、遮挡等复杂场景的问题导致跟踪系统精度和成功率下降的问题,提出一种融合坐标注意力机制和模板更新的跟踪算法MCUSiamRPN (MobileNet coordinate attention and updating of template SiamRPN).在SiamRPN算法基础上,采用改进的MobileNetV3为特征提取网络,多层特征信息分别送入坐标注意力模块,进行特征融合,丰富语义信息;设计了一种自适应模板更新模块,结合初始模板和当前帧的模板用于估计下一帧的最佳模板更新模板信息.在OTB100和UAV123两个数据集上进行测试,结果显示:相比于基准算法Siam RPN,精度分别提升了5.3%和3.7%;成功率分别提升了3.7%和5.2%,验证了该算法的有效性.     

基于可变形卷积的孪生网络目标跟踪算法

为解决多数基于孪生网络的跟踪算法存在骨干网络特征提取能力弱、模板不适应目标变化等问题,在SiamFC的基础上提出基于可变形卷积的孪生网络算法(DCSiam).首先,采用可变形卷积模块在不同方向上学习多层特征数据的自适应偏移量,增大卷积过程中的有效感受野;然后,通过多层可变形互相关融合得到最终响应图,以增强骨干网络的深层语义特征提取能力;最后,采用一种高置信度的模板在线更新策略,每隔固定帧计算响应图的峰值旁瓣比与最大值作为更新依据,使用加权的方式融合特征以更新模板.使用OTB2013、 OTB2015、VOT2016和VOT2017四个公共基准数据集对所提出算法进行跟踪性能评估,实验结果表明,在OTB2015数据集上, DCSiam算法整体精确率、成功率较基线分别提高9.5%和7.5%,很好地实现了复杂情况下的目标跟踪,验证了所提出算法的有效性.     

快速尺度估计的增强型多核相关滤波算法

针对核相关滤波（KCF）跟踪算法在复杂环境下其定位性能和稳定性差的问题,提出了一种快速尺度估计的增强型多核相关滤波跟踪算法。该算法针对核相关滤波算法无法适应跟踪过程中目标尺度变化,将快速判别式尺度估计移植至核相关滤波跟踪框架,解决了跟踪过程的目标尺度问题。对于单个特征的单核相关滤波器在复杂环境中跟踪适应性差的问题,提出了一种多特征互补的多核相关滤波器。该滤波器利用KCF多通道特性以及不同特征可以描述不同信息,采用多个相同内核的线性组合,每个内核对应一个特征,并结合快速尺度估计,在保证算法实时性的同时进一步提高跟踪性能。通过在OTB2013目标跟踪数据集上进行实验,该算法与近年来性能优异的算法进行对比,结果表明,与传统的使用HOG特征的KCF算法相比精度上提高了10.9%,成功率提高了16.2%;与使用CN特征的CN2算法相比,精度上提高了20.6%,成功率提高了19.6%。实验结果表明,所提算法在目标尺度变化以及复杂环境下的跟踪效果均优于其余相关滤波算法,证明了该算法的有效性以及鲁棒性。     

特征融合自适应目标跟踪

经典视觉单目标跟踪方法通常以单特征描述被跟踪的目标。但在实际场景中,目 标因受外界因素如光照或自身变化如形变的影响而发生变化。为了更好地描述目标,首先引入 HOG 特征和 CN 特征,利用传统的特征提取方法,训练得到各自的相关滤波器;然后与各自特 征相关滤波得到各自的响应图;最后采用实际响应与期望响应的差值法求得各自响应图的权重, 将其与各响应图自适应融合得到目标的最终位置,并自适应更新各自的模型。实验选取公共数 据集 OTB2013 的 34 个彩色视频帧序列对不同算法进行定性和定量地分析和论证。相比效果最 好的 DSST 算法,平均中心误差减少了 7.8 像素,成功率提高了 1.2%,精度提高了 2.3%。实验 结果表明该算法具有较好的跟踪鲁棒性和准确性。     

基于FasterMDNet的视频目标跟踪算法

多域卷积神经网络（MDNet）算法在卷积层采用选择性搜索的方式来提取候选框，因此它没有共享完整图像特征，从而导致在线视频目标跟踪速度慢。针对这个问题，提出一种快速多域卷积神经网络（FasterMDNet）视频目标跟踪算法。FasterMDNet是建立在MDNet基础上的一种模型，在卷积层后面引入RPN（Region Proposal Network）网络，优化了损失函数，共享完整图像卷积特征，加快候选区域建议框（ROI）更高效的生成；为了更好地获得目标和背景信息表示，在RPN网络后加入ROIAlign层，对提取的候选区域建议框特征图用双线性插值方法来提高感受野的分辨率。该算法对目标跟踪基准数据集OTB2013、OTB2015、VOT2016进行了评估，并与前沿的跟踪算法做对比，实验结果证明，该算法跟踪准确率优于其他对比方法，并且对比相同实验环境下MDNet算法，在线跟踪速度提高了近12倍。