稀疏表示的Lucas-Kanade目标跟踪

提出一种新的目标跟踪算法,将稀疏表示应用于LK(Lucas-Kanade)图像配准框架.通过最小化校准误差的L1范数来求解目标的状态参数,从而实现对目标的准确跟踪.对目标同时建立两个外观模型:动态字典和静态模板,其中动态模型由动态字典的稀疏表示来描述目标外观.为了解决由于动态字典不断更新造成的跟踪漂移问题,一个两阶段迭代机制被采用.两个阶段所采用的目标模型分别为动态字典和静态模板.大量的实验结果表明,本文算法能有效应对外观变化、局部遮挡、光照变化等挑战,同时具有较好的实时性.     

局部模板更新逆向联合稀疏表示目标跟踪算法

逆向联合稀疏表示算法可充分利用跟踪过程中的时间相似性和空间连续性,但由于遮挡、光照变化等的影响,易出现跟踪漂移.为解决上述问题,提出一种基于局部模板更新逆向联合稀疏表示目标跟踪算法,其通过逆向局部重构目标模板集完成逆向联合稀疏表示.首先,在首帧初始化目标模板集,利用粒子滤波获取候选图像,并对其分块处理,构建逆向联合稀疏...     

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。     

基于Haar-like特征的实时L1-跟踪算法

稀疏表示技术已成功应用于视觉跟踪,但是仍然存在跟踪算法效率低的问题。提出一种基于Haar-like特征的视频跟踪算法,该算法是基于粒子滤波框架的L1-跟踪算法,其特点是运用Haar-like特征及特征块的思想对完备基进行重新构造。将正负小模板由单个像素改为像素块,降低稀疏表示中过完备基的维数,大幅减少稀疏矩阵的计算量;同时,在保证跟踪质量的前提下适当减少目标模板数量,减少稀疏计算的次数,并控制模板更新频率。实验结果表明,所提算法能大幅提高跟踪的实时性,同时很好地解决了跟踪问题中的短时间遮挡、目标物体的形变以及光照变化等问题。     

基于增量子空间自适应决策的目标跟踪

基于增量子空间的目标跟踪算法多数不加选择地将检测到的目标作为模板训练的样本, 并以固定频率更新模板, 这种无反馈闭环机制使得算法在目标外观模型发生变化、 光照变化等复杂条件下难以鲁棒跟踪目标, 一旦跟踪失败很难从错误中恢复. 为此, 我们提出一种反馈闭环跟踪算法, 在增量子空间粒子滤波跟踪框架下, 引入跟踪状态判决作为后续模板更新依据. 通过判决反馈信息选择合适的样本适时更新模板, 有效克服目标外观模型的变化, 持续跟踪目标. 实验结果表明, 由于引入跟踪状态判决, 在目标外观变化、光照变化等情况下, 本算法能够以与环境相适应的频率及时更新模板, 提高跟踪精度, 实验结果验证了本文算法的鲁棒性和有效性.     

基于重要性加权的结构稀疏跟踪方法

针对视觉跟踪中描述目标能力的有限性和局部稀疏表示模型的有效性,提出了一种基于重要性加权的结构稀疏跟踪方法.该方法采用结构稀疏表示对目标表观建模,根据在表达目标表观时所起的作用,对每个局部图像进行加权处理;在粒子滤波框架下,应用最大后验概率对目标的状态进行估计;通过带有遮挡检测机制的模板更新策略对目标模板进行在线的更新以避免跟踪漂移.实验表明,该方法有效地减弱了目标表观变化对模型的影响,对于视频序列中的遮挡、光照变化和目标姿态改变等有稳健的跟踪效果.     

基于分段加权的反向稀疏跟踪算法研究

为提高稀疏表示跟踪模型性能，提出一种分段加权的反向稀疏跟踪算法，将跟踪问题转化为在贝叶斯框架下寻找概率最高的候选对象问题，构造不同的分段权重函数来分别度量候选目标与正负模板的判别特征系数。通过池化来降低跟踪结果的不确定性干扰，选择正负模板加权系数差值最大的候选表示作为跟踪结果。实验表明，在光照变化、遮挡、快速运动、运动模糊情况下，所提出的算法可以确保跟踪结果的准确性和鲁棒性。     

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.     

稀疏编码目标跟踪方法研究

针对稀疏表示用于目标跟踪时存在重构误差表示不够精确、目标模板更新错误等问题,提出一种改进的稀疏编码模型。该模型无需重构误差满足特定的先验概率分布,且加入对编码系数的自适应约束,可以取得更优的编码向量,使得跟踪结果更为准确。在此基础上,将这种改进的编码模型与粒子滤波目标跟踪算法相结合,研究并实现一种新的基于鲁棒稀疏编码模型的目标跟踪方法。该方法对每个粒子的采样区域进行编码,用所得的稀疏编码向量作为当前粒子的观测量,并采用目标模板分级更新策略,使得目标模板更加准确。实验结果表明,方法可以较好地解决目标部分遮挡和光照变化等干扰下的目标跟踪问题。     

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.     

基于时空约束和稀疏表示分类的目标跟踪算法

针对经典稀疏分类目标跟踪算法中目标模板和目标基的建模及更新方式效率低,跟踪性能不可靠等问题,提出一种新的目标跟踪算法,解释了时空约束原理,目标基、背景基、时序特征池的创建方法以及选择与抛弃两种基更新机制;该算法采用时序循环更新方式解决模板更新问题,结合稀疏表示分类和标准对冲实时计算目标坐标。相比其他几种经典目标跟踪算法,有效提高了在复杂背景下的目标跟踪性能。     

Visual tracking based on online sparse feature learning

Various visual tracking approaches have been proposed for robust target tracking, among which using sparse representation of the tracking target yields promising performance. Some earlier works in this line used a fixed subset of features to compress the target's appearance, which has limited modeling capacity between the target and the background, and could not accommodate their appearance change over long period of time. In this paper, we propose a visual tracking method by modeling targets with online-learned sparse features. We first extract high dimensional Haar-like features as an over-completed basis set, and then solve the feature selection problem in an efficient L₁-regularized sparse-coding process. The selected low-dimensional representation best discriminates the target from its neighboring background. Next we use a naive Bayesian classifier to select the most-likely target candidate by a binary classification process. The online feature selection process happens when there are significant appearance changes identified by a thresholding strategy. In this way, our proposed method could work for long tracking tasks. At the same time, our comprehensive experimental evaluation has shown that the proposed methods achieve excellent running speed and higher accuracy over many state-of-the-art approaches.     

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。     

余弦权重逆稀疏框架视频目标跟踪算法

针对目标跟踪的遮挡与局部形变,提出局部余弦相似度训练权重的逆稀疏视觉目标跟踪策略。借鉴参数空间的粒子滤波的核心思想,以逆稀疏表示为理论框架,用候选目标重构模板获得候选目标的稀疏表示系数,依据表示系数分布特征筛选出最佳候选目标。为克服遮挡影响,引入新的目标函数构建模板的局部块判别能力：计算正负样本与模板之间的局部余弦相似度差值,利用二次优化,更新具有判别能力的权重。依据权重信息综合进行有选择的模板更新,避免模板更新的无效性。多组实验结果表明,该算法在部分遮挡等复杂环境下,仍然可以准确地跟踪目标,相比已有算法具有自己的优势。     

Robust face tracking control of a mobile robot using self‐tuning Kalman filter and echo state network

This paper presents a novel design of face tracking algorithm and visual state estimation for a mobile robot face tracking interaction control system. The advantage of this design is that it can track a user's face under several external uncertainties and estimate the system state without the knowledge about target's 3D motion‐model information. This feature is helpful for the development of a real‐time visual tracking control system. In order to overcome the change in skin color due to light variation, a real‐time face tracking algorithm is proposed based on an adaptive skin color search method. Moreover, in order to increase the robustness against colored observation noise, a new visual state estimator is designed by combining a Kalman filter with an echo state network‐based self‐tuning algorithm. The performance of this estimator design has been evaluated using computer simulation. Several experiments on a mobile robot validate the proposed control system. Copyright © 2010 John Wiley and Sons Asia Pte Ltd and Chinese Automatic Control Society     

Robust visual tracking using information theoretical learning

This paper presents a novel online object tracking algorithm with sparse representation for learning effective appearance models under a particle filtering framework. Compared with the state-of-the-art ? ₁ sparse tracker, which simply assumes that the image pixels are corrupted by independent Gaussian noise, our proposed method is based on information theoretical Learning and is much less sensitive to corruptions; it achieves this by assigning small weights to occluded pixels and outliers. The most appealing aspect of this approach is that it can yield robust estimations without using the trivial templates adopted by the previous sparse tracker. By using a weighted linear least squares with non-negativity constraints at each iteration, a sparse representation of the target candidate is learned; to further improve the tracking performance, target templates are dynamically updated to capture appearance changes. In our template update mechanism, the similarity between the templates and the target candidates is measured by the earth movers’ distance(EMD). Using the largest open benchmark for visual tracking, we empirically compare two ensemble methods constructed from six state-of-the-art trackers, against the individual trackers. The proposed tracking algorithm runs in real-time, and using challenging sequences performs favorably in terms of efficiency, accuracy and robustness against state-of-the-art algorithms.