基于超像素和判别稀疏的运动目标跟踪算法

针对目标遮挡、非刚性变换、光照变换等因素干扰产生的漂移问题,提出基于超像素和判别稀疏的运动目标跟踪算法。算法首先利用SLIC方法对运动目标的观测区域进行超像素分割,然后通过K-Means算法构建包含目标和背景的超像素字典,再基于判别稀疏表示和[?1]范数最小化框架求解候选目标的稀疏系数,同时结合粒子滤波框架和在线字典更新策略完成目标跟踪。实验结果表明,该算法在多种因素干扰的环境中具有较强的鲁棒性,能够准确稳定地进行在线目标跟踪。     

基于判别性局部联合稀疏模型的多任务跟踪

目标表观建模是基于稀疏表示的跟踪方法的研究重点, 针对这一问题, 提出一种基于判别性局部联合稀疏表示的目标表观模型, 并在粒子滤波框架下提出一种基于该模型的多任务跟踪方法(Discriminative local joint sparse appearance model based multitask tracking method, DLJSM).该模型为目标区域内的局部图像分别构建具有判别性的字典, 从而将判别信息引入到局部稀疏模型中, 并对所有局部图像进行联合稀疏编码以增强结构性.在跟踪过程中, 首先对目标表观建立上述模型; 其次根据目标表观变化的连续性对采样粒子进行初始筛选以提高算法的效率; 然后求解剩余候选目标状态的联合稀疏编码, 并定义相似性函数衡量候选状态与目标模型之间的相似性; 最后根据最大后验概率估计目标当前的状态.此外, 为了避免模型频繁更新而引入累积误差, 本文采用每5帧判断一次的方法, 并在更新时保留首帧信息以减少模型漂移.实验测试结果表明DLJSM方法在目标表观发生巨大变化的情况下仍然能够稳定准确地跟踪目标, 与当前最流行的13种跟踪方法的对比结果验证了DLJSM方法的高效性.     

判别稀疏表示与在线字典学习的运动目标跟踪

针对传统稀疏表示不能有效区分目标和背景的缺点,提出一种判别稀疏表示算法,这种算法在传统稀疏表示目标函数中加入一个判别函数,大大降低干扰因素对目标跟踪的影响。基于判别稀疏表示和?_1约束,提出一种在线字典学习算法升级目标模板,有效降低背景信息对目标模板的影响。提取目标梯度方向的直方图(HOG)特征,利用其对光照和形变等复杂环境具有较强鲁棒性的优点,实现对目标更稳定的跟踪。实验结果表明,与现有跟踪方法相比,该算法的跟踪效果更好。     

结构稀疏表示分类目标跟踪算法

为提高目标跟踪算法在复杂条件下的鲁棒性和准确性,研究了一种基于贝叶斯分类的结构稀疏表示目标跟踪算法。首先通过首帧图像获得含有目标与背景模板的稀疏字典和正负样本;然后采用结构稀疏表示的思想对样本进行线性重构,获得其稀疏系数;进而设计一款贝叶斯分类器,分类器通过正负样本的稀疏系数进行训练,并对每个候选目标进行分类,获得其相似度信息;最后采用稀疏表示与增量学习结合的方法对稀疏字典进行更新。将该算法与其他4种先进算法在6组测试视频中进行比较,实验证明了该算法具有更好的性能。     

基于目标分块多特征核稀疏表示的视觉跟踪

大多数现有的基于稀疏表示的跟踪器仅采用单个目标特征来描述感兴趣的目标,因而在处理各种复杂视频时不可避免会出现跟踪不稳定的情况。针对这个问题,提出一种基于多特征联合稀疏表示的粒子滤波跟踪算法。该算法的主要思想是对随时间不断更新的字典模板和抽样粒子的局部块依据其位置进行分类,用字典中所有类别块对抽样粒子的局部块进行稀疏表示,而仅用与字典中具有相同类别的局部块及表示系数进行重构,根据重构误差构建似然函数以确定最佳粒子（候选目标）,实现对目标的精确跟踪。该方法不仅实现了局部块的结构稀疏性,而且充分考虑了粒子之间的依赖关系,提高了跟踪精度。将算法进一步推广到采用基于核的多种特征描述,经混合范数约束并利用 KAPG （kernelizable accelerated proximal gradient ）方法求解联合特征的稀疏系数。定性和定量的实验结果均表明该算法在目标发生遮挡、旋转、尺度变化、快速运动、光照变化等各种复杂情况下,依然可以准确地跟踪目标。     

基于K-SVD的最大似然稀疏表示体域网动作分类算法

为有效提高体域网动作分类性能,本文提出了一种基于K-SVD的最大似然稀疏表示体域网动作分类算法. 该算法首先基于K-SVD优化学习算法,将不同动作模式训练样本按其所属类别分组优化训练,避免各类样本数据训练时相互干扰,得到不同动作模式类别所属的子字典,然后将其拼合构成一个完整字典,准确稀疏表示测试样本,最后基于最大似然稀疏模型准确估计稀疏表示系数残差,并得到测试样本所属类别. 实验结果表明,本文所提算法能够获得最优字典,基于最大似然稀疏表示可准确估计测试动作样本稀疏表示残差. 所提算法识别率明显优于传统稀疏表示动作分类算法,可有效提高体域网动作模式分类性能.     

一种结合空间信息和稀疏字典优化的目标跟踪算法

针对复杂场景中目标表观变化引起的跟踪漂移问题, 提出一种新的基于稀疏表示的目标跟踪算法. 该算法通过稀疏性和空间相关性正则约束得到一种优化的目标代价函数, 利用拉格朗日对偶理论和加速近端梯度方法完成字典优化, 并利用最大池化理论和空间金字塔方法得到降维的且包含更多空间信息的目标模板系数和候选样本系数. 实验结果表明, 所提出的算法在背景干扰、光照变化、形变、运动模糊、严重遮挡等多种复杂场景中都能取得较为鲁棒的跟踪效果.     

软判决稀疏字典的目标跟踪算法

为提高视频目标跟踪算法的鲁棒性,提出一种基于在线更新稀疏模板的自适应参数特征判别跟踪算法.该算法采用离线方式训练出基于方向梯度直方图特征的字典,用于目标表示和线性分类器训练,从而构建出非固定参数的观测模型;观测模型中动态调整的权重系数由采用正负模板构建形成的稀疏字典进行实时动态更新;将观测模型与粒子滤波相结合对当前帧的各候选采样进行观测,得出跟踪结果.实验结果表明,文中算法具有相对较好的鲁棒性.     

标签一致K-SVD稀疏编码视频跟踪算法

稀疏编码视频目标跟踪算法对目标遮挡问题有一定的适应性,但当目标受背景杂波、光照变化等干扰时,跟踪结果将会出现漂移现象.为此,提出一种基于字典学习和模板更新的视频目标跟踪算法.该算法在构造字典时加入背景模板集,利用标签一致K-SVD方法进行字典学习,同时训练出低维字典和目标背景分类器;在稀疏编码过程中,借助粒子滤波技术,采用分类器分类结果和候选目标直方图构建整体似然模型;最后通过字典学习更新字典、分类器及目标直方图.采用标准数据库中具有挑战性的视频数据进行算法测试实验,结果表明,对于存在遮挡、背景杂波、光照变化、目标旋转和尺度变化等复杂跟踪环境下的目标跟踪,文中算法都能有效地降低跟踪结果存在的漂移现象,且具有较好的稳定性.     

帧间连续结构稀疏表示的目标跟踪算法

目标跟踪技术在日常生活和生产中有着广泛的应用,但是设计一种具有鲁棒性、准确性和实时性的跟踪算法仍具有很大的难度。为了提高跟踪算法的性能,设计了一种帧间连续结构稀疏表示目标跟踪算法。该算法在粒子滤波框架下进行,采用结构稀疏表示的原理重构候选目标。首先采用目标和背景样本构建稀疏字典, 以提高算法对目标和背景的区分能力。然后,构建含有帧间连续约束项的结构稀疏表示目标方程,该目标方程可以有效利用目标状态的连续性来确定目标状态。进而,根据重构残差设计了一种相似度描述方法,与传统方法相比,该方法对相似目标不敏感。最后,通过6组对比实验证明该算法具有较高的鲁棒性和准确性。     

Robust visual tracking via discriminative appearance model based on sparse coding

In this paper, we formulate visual tracking as a binary classification problem using a discriminative appearance model. To enhance the discriminative strength of the classifier in separating the object from the background, an over-complete dictionary containing structure information of both object and background is constructed which is used to encode the local patches inside the object region with sparsity constraint. These local sparse codes are then aggregated for object representation, and a classifier is learned to discriminate the target from the background. The candidate sample with largest classification score is considered as the tracking result. Different from recent sparsity-based tracking approaches that update the dictionary using a holistic template, we introduce a selective update strategy based on local image patches which alleviates the visual drift problem, especially when severe occlusion occurs. Experiments on challenging video sequences demonstrate that the proposed tracking algorithm performs favorably against several state-of-the-art methods.     

基于特征选择与时间一致性稀疏外观模型的目标追踪算法

为了更有效利用追踪目标的判别特征信息,提高目标追踪的精度和鲁棒性,在粒子滤波追踪框架下提出基于特征选择与时间一致性稀疏外观模型的目标追踪算法.首先,采集目标的正负模板和候选目标,根据特征选择模型对正负模板和候选目标进行特征选择,去除多余的干扰信息,得到关键的特征信息.然后,利用正负模板和候选目标的特征建立多任务稀疏表示模型,引入时间一致性正则项,促进更多的候选目标与先前帧的追踪结果具有稀疏表示的相似性.最后,求解多任务稀疏表示模型,得到判别稀疏相似图,获取每个候选目标的判别分,根据目标追踪结果更新正负模板.实验表明,即使在复杂的环境下,文中算法仍然比其它一些追踪算法具有更高的准确性.     

Multi-scale patch-based sparse appearance model for robust object tracking

When objects undergo large pose change, illumination variation or partial occlusion, most existing visual tracking algorithms tend to drift away from targets and even fail to track them. To address the issue, in this paper we propose a multi-scale patch-based appearance model with sparse representation and provide an efficient scheme involving the collaboration between multi-scale patches encoded by sparse coefficients. The key idea of our method is to model the appearance of an object by different scale patches, which are represented by sparse coefficients with different scale dictionaries. The model exploits both partial and spatial information of targets based on multi-scale patches. Afterwards, a similarity score of one candidate target is input into a particle filter framework to estimate the target state sequentially over time in visual tracking. Additionally, to decrease the visual drift caused by frequently updating model, we present a novel two-step object tracking method which exploits both the ground truth information of the target labeled in the first frame and the target obtained online with the multi-scale patch information. Experiments on some publicly available benchmarks of video sequences showed that the similarity involving complementary information can locate targets more accurately and the proposed tracker is more robust and effective than others.     

Robust object tracking via multi-scale patch based sparse coding histogram

There are many visual tracking algorithms that are based on sparse representation appearance model. Most of them are modeled by local patches with fixed patch scale, which make trackers less effective when objects undergone appearance changes such as illumination variation, pose change or partial occlusion. To solve the problem, a novel appearance representation model is proposed via multi-scale patch based sparse coding histogram for robust visual tracking. In this paper, the appearance of an object is modeled by different scale patches, which are represented by sparse coding histogram with different scale dictionaries. Then a similarity measure is applied to the calculation of the distance between the sparse coding histograms of target candidate and target template. Finally, the similarity score of the target candidate is passed to a particle filter to estimate the target state sequentially in the tracking process. Additionally, in order to decrease the visual drift caused by partial occlusion, an occlusion handling strategy is adopted, which takes the spatial information of multi-scale patches and occlusion into account. Based on the experimental results on some benchmarks of video sequences, our tracker outperforms state-of-the-art tracking methods.     

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。     

利用增广拉格朗日乘子的鲁棒跟踪算子

针对视频目标鲁棒跟踪问题,提出了一种基于稀疏表示的生成式算法。首先提取特征构建目标和背景模板,并利用随机抽样获得足够多的候选目标状态;然后利用多任务反向稀疏表示算法得到稀疏系数矢量构造相似度测量图,这里引入了增广拉格朗日乘子(ALM)算法解决L₁-min难题;最后从相似度图中使用加性池运算提取判别信息选择与目标模板相似度最高并与背景模板相似度最小的候选目标状态作为跟踪结果,该算法是在贝叶斯滤波框架下实现的。为了适应跟踪过程中目标外观由于光照变化、遮挡、复杂背景以及运动模糊等场景引起的变化,制定了简单却有效的更新机制,对目标和背景模板进行更新。对仿真结果的定性和定量评估均表明与其他跟踪算法相比,所提算法的跟踪准确性和稳定性有了一定的提高,能有效地解决光照和尺度变化、遮挡、复杂背景等场景的跟踪难题。     

正例投票下的L1目标跟踪算法

目的 传统的L1稀疏表示目标跟踪,是将所有候选目标表示为字典模板的线性组合,只考虑了字典模板的整体信息,没有分析目标的局部结构。针对该方法在背景杂乱时容易出现跟踪漂移的问题,提出一种基于正例投票的目标跟踪算法。方法 本文将目标表示成图像块粒子的组合,考虑目标的局部结构。在粒子滤波框架内,构建图像块粒子置信函数和相似性函数,提取正例图像块。最终通过正例权重投票估计跟踪目标的最佳位置。结果 在14组公测视频序列上进行跟踪实验,与多种优秀的目标跟踪算法相比,本文跟踪算法在目标受到背景杂乱、遮挡、光照变化等复杂环境干扰下最为稳定,重叠率达到了0.7,且取得了最低的平均跟踪误差5.90,反映了本文算法的可靠性和有效性。结论 本文正例投票下的L1目标跟踪算法,与经典方法相比,能够解决遮挡、光照变化和快速运动等问题的同时,稳定可靠地实现背景杂乱序列的鲁棒跟踪。