基于ELM和核相关滤波器的自适应目标跟踪算法

针对传统的核相关滤波器(KCF)跟踪算法在目标快速运动、尺度变化和遮挡情况下通常会导致跟踪失败的问题,在传统的KCF算法的基础上引入极限学习机(ELM),提出一种基于ELM和KCF的自适应目标跟踪方法。根据过去时刻的目标位置信息,利用ELM预测出当前帧目标的可能位置;在该位置上以目标区域为基础进行多尺度目标图像特征采样,通过KCF确定目标的最终位置和最佳尺度;通过计算目标位置响应图的振荡程度来自适应地改变模型的更新速率。在36组公开视频序列上对所提算法与6种当前主流的相关滤波跟踪算法进行了实验,所提算法取得了最好的跟踪精度和成功率,能够有效处理目标遮挡、快速运动和尺度变化等问题,具有较为重要的理论研究和应用价值。     

时空运动显著性的目标跟踪

目的 在目标跟踪过程中,运动信息可以预测目标位置,忽视目标的运动信息或者对其运动方式的建模与实际差异较大,均可能导致跟踪失败。针对此问题,考虑到视觉显著性具有将注意快速指向感兴趣目标的特点,将其引入目标跟踪中,提出一种基于时空运动显著性的目标跟踪算法。方法 首先,依据大脑视皮层对运动信息的层次处理机制,建立一种自底向上的时空运动显著性计算模型,即通过3D时空滤波器完成对运动信号的底层编码、最大化汇集算子完成运动特征的局部编码;利用视频前后帧之间的时间关联性,通过时空运动特征的差分完成运动信息的显著性度量,形成时空运动显著图。其次,在粒子滤波基本框架之下,将时空运动显著图与颜色直方图相结合,来衡量不同预测状态与观测状态之间的相关性,从而确定目标的状态,实现目标跟踪。结果 与其他跟踪方法相比,本文方法能够提高目标跟踪的中心位置误差、精度和成功率等指标;在光照变化、背景杂乱、运动模糊、部分遮挡及形变等干扰因素下,仍能够稳定地跟踪目标。此外,将时空运动显著性融入其他跟踪方法,能够改善跟踪效果,进一步验证了运动显著性对于运动目标跟踪的有效性。结论 时空运动显著性可以有效度量目标的运动信息,增强运动显著的目标区域,抑制干扰区域,从而提升跟踪性能。     

基于视觉显著性的均值漂移跟踪算法

为解决突变运动下的目标跟踪问题,提出了一种基于视觉显著性的均值漂移跟踪算法,将视觉注意机制运用到均值漂移跟踪框架中,利用时空显著性算法对视频序列进行检测,生成视觉显著图,从视觉显著图对应的显著性区域中建立目标的颜色特征表示模型来实现运动目标跟踪.实验结果表明:该算法在摄像机摇晃等动态场景下可以较准确检测出时空均显著的目标,有效克服了在运动目标发生丢失和遮挡等情况下跟踪不稳定的问题,具有较强的鲁棒性,从而实现复杂场景下目标较准确的跟踪.     

尺度自适应的核相关滤波跟踪器

为了解决核相关滤波（KCF）跟踪器中目标尺度固定的问题,提出了一种尺度自适应的跟踪方法。首先利用Lucas-Kanade光流法跟踪相邻视频帧之间特征点的运动,引入前向后向跟踪方法保留可信特征点;其次将可信点用于尺度变化估计;然后将尺度估计应用到可调高斯窗上;最后运用前向后向跟踪算法来判断目标是否处于被遮挡状态,修改了模板更新策略。解决了核跟踪滤波器中目标尺度固定的限制,使得跟踪器更具鲁棒性与准确性。在目标跟踪视频集上测试算法效果。实验结果表明,所提算法在成功率图与精确度图排名上均优于原KCF、TLD、Struck算法。与原方法相比,改进后的方法能更好地适用于有尺度变化与遮挡的跟踪。     

基于相关滤波器的长时视觉目标跟踪方法

为解决相关滤波器（CF）在跟踪快速运动目标时存在跟踪失败的问题,提出一种结合了核相关滤波（KCF）跟踪器和基于光流法的检测器的长时核相关滤波（LKCF）跟踪算法。首先,使用跟踪器跟踪目标,并计算所得跟踪目标的峰值响应强度（PSR）;然后,通过比较峰值响应强度（PSR）与经验阈值大小判断目标是否跟踪丢失,当目标跟踪丢失时,在上一帧所得目标附近运用光流法检测运动目标,得到目标在当前帧中的粗略位置;最后,在此粗略位置处再次运用跟踪器得到精确位置。与核相关滤波（KCF）、跟踪-学习-检测（TLD）、压缩跟踪（CT）、时空上下文（STC）等4种跟踪算法进行对比实验,实验结果表明,所提算法在距离精确度和成功率上都表现最优,且分别比核相关滤波（KCF）跟踪算法高6.2个百分点和5.1个百分点,表明所提算法对跟踪快速运动目标有很强的适应能力。     

基于KCF相似度的TLD目标跟踪算法

研究持续单目标跟踪算法时,TLD的架构是一种值得借鉴的方式,但由于其本身的一些缺陷,当跟踪的目标在出现遮挡、快速移动以及光照变化等复杂情况下,TLD跟踪算法容易发生目标跟丢的情况,并造成误差的逐渐累积。鉴于TLD跟踪算法以中值流跟踪算法作为跟踪器存在局限性,本文提出一种基于KCF相似度的TLD目标跟踪算法(TLD-KCFS)。采用KCF算法对TLD跟踪进行实时监督,通过跟踪结果计算出相似度,利用相似度进行检测模块切换的判断,并结合两种结果调整目标跟踪框。通过对多类型的视频序列进行测试后可知,TLD-KCFS算法在遇到模糊和快速移动、目标遮挡、光照变化等复杂情况时,可以稳定且良好地输出跟踪结果,鲁棒性较好,适用于长时间目标跟踪。     

六足机器人动态目标检测与跟踪系统研究

动态目标检测与目标跟踪是图像领域的热点研究问题,为研究其在移动机器人领域的应用价值,设计了六足机器人动态目标检测与跟踪系统。针对非刚体运动目标容易被检测为多个分散区域的问题提出区域合并算法,并通过对称匹配、自适应外点滤除对运动背景进行精确补偿,最终基于背景补偿法实现对运动目标的精确检测。研究了基于KCF（Kernel Correlation Filter）的目标跟踪算法在六足机器人平台上的应用,设计了自适应跟踪算法实现六足机器人对运动目标的角度跟踪。将运动目标检测及跟踪算法应用于六足机器人系统。实验表明,在六足机器人移动过程中,系统可对运动目标进行精确检测与跟踪。     

一种新的Meanshift快速运动目标鲁棒跟踪方法

针对传统Meanshift算法对快速运动目标跟踪不准和持久跟踪易丢失问题,提出一种新的Meanshift快速运动目标鲁棒跟踪方法。新方法结合Kalman滤波预测从帧差法检测的运动区域中挑选可信区域只进行一次Meanshift颜色相似检测,若相似值不满足条件则再从其他运动区域依次进行原Meanshift跟踪,找出最佳跟踪区域。新方法减少了原方法颜色匹配迭代次数,对目标持久跟踪丢失时也可以快速重新找回原目标进行跟踪。最后,跟踪实验结果也说明了新方法计算更快和跟踪上的鲁棒性。     

基于高斯尺度空间的核相关滤波目标跟踪算法

核相关滤波（KCF）跟踪算法因其计算效率及速度的优势在目标跟踪领域受到了极大关注,但是该算法仍无法实现尺度自适应,针对此问题提出了一种基于高斯尺度空间的解决方法。根据KCF跟踪算法估计目标位置,将目标及其周围的区域作为搜索区域,并与高斯核卷积建立高斯尺度空间。对高斯尺度空间进行双线性插值,得到目标的多尺度估计图像。用平均绝对误差（MAD）作为匹配准则,将模板与图像匹配,从而得到目标的缩放比率。实验结果表明,与CSK算法、KCF算法等相比,所提出的基于高斯尺度空间的KCF在跟踪精确度上有了显著提升。     

基于局部直方图的多区域目标跟踪算法

为克服光照变化和目标遮挡对运动目标跟踪的影响,提出了一种基于改进的局部敏感直方图的多区域目标跟踪算法。改进了局部敏感直方图并设计了快速算法;将改进的局部敏感直方图作为多区域跟踪算法中的目标建模方式,提高目标建模的准确性且降低提取目标特征的计算复杂度;针对多区域跟踪算法中融合各个区域块的特征相似值的需要,采用基于统计排序和最小二乘估计的参数估计方法计算整个目标块与模板的相似度。实验结果表明该算法能有效应对目标跟踪过程中光照变化、目标形变与遮挡的干扰,实现实时鲁棒的目标跟踪。     

使用PSR重检测改进的核相关目标跟踪方法

针对传统的基于核相关滤波器的跟踪方法（KCF）缺少跟踪失败检测的问题,提出了一种改进的KCF目标跟踪方法。改进的KCF跟踪器采用高斯窗口方法在目标位置上截取训练样本,这种采样方法可以获得更有效的目标信噪比并同时减少背景干扰信息的引入,从而使跟踪器可以在复杂场景下具有更强的适应性。在目标跟踪的过程中,通过相关运算的峰值旁瓣比检测目标跟踪是否失败,并在相关匹配值较高的位置学习目标检测器。一旦检测到跟踪失败,便对跟踪器进行纠正,恢复目标跟踪。通过实验验证了改进算法的鲁棒性,相比传统的KCF跟踪器的总体性能提高了13.2%。     

基于异常值检测的KCF目标丢失预警方法研究

当目标受尺度变化、严重遮挡、相似目标干扰、光照变化和出视野等因素影响时,核相关滤波器（KCF）跟踪算法会出现目标丢失现象。目标一旦丢失,KCF跟踪算法本身是不能察觉的,并且跟踪器会将背景信息作为目标继续进行跟踪,导致目标彻底丢失。针对这一问题,在KCF跟踪算法的基础上,提出了一种基于异常值检测方法的目标丢失预警机制。该方法利用一组固定维数动态峰值数据的均值和标准差对每帧的响应峰值进行检测,如若发现异常峰值,则判定目标丢失或即将丢失,解决了KCF跟踪器在跟踪过程中目标丢失不能察觉的问题。实验结果表明,所提出的方法在KCF算法跟踪过程中目标丢失时,能够正确预警,成功率达到100%,具有很高的可靠性,为目标丢失后何时载入目标重检测定位提供可靠的依据。     

基于快速判别式尺度估计的核相关滤波方法

针对核相关滤波（KCF）算法无法对视频序列中目标尺度变化作出响应的问题，提出一种基于快速判别式多尺度估计的核相关滤波跟踪算法。首先，使用核相关滤波器来估计目标位置；然后，通过使用一组不同尺度的目标样本来在线学习快速判别式尺度滤波器；最后，在目标位置应用学习的尺度滤波器来获得目标尺寸的准确估计。选取Visual Tracker Benchmark视频序列集进行实验，并与基于判别式尺度空间跟踪（DSST）的KCF算法和传统KCF算法进行对比，结果表明，在目标尺度发生变化时，所提算法在跟踪精度上提高了2.2%至10.8%；并且在平均帧率上，所提算法比DSST的KCF算法提高了19.1%至68.5%，表明该算法对目标尺度变化有很强的适应能力和较高的实时性。     

卫星视频中的单目标分割和跟踪

对于卫星视频图像中存在的目标与背景对比性低、缺乏目标特征信息等问题,提出一种结合目标运动信息、时空背景和外观模型的目标分割和跟踪方法.根据首帧定位得到目标区域,首先对目标使用方向梯度直方图方法提取特征利用核相关滤波器得到目标跟踪区域1;接着利用颜色空间特征建立目标与其周围区域上下文信息的空间模型得到目标跟踪区域2;然后利用视觉背景提取算法以像素为单位在目标区域上检测运动目标得到单目标的分割区域3;最后分别对3个区域进行相关计算得到最优区域作为最终目标跟踪位置和模板更新样本.实验结果表明,本文算法与KCF算法相比,跟踪的成功率和准确率有很大的提高,同时实现了单目标分割.     

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。     

采用核相关滤波的快速TLD视觉目标跟踪

目的 如何对目标进行快速鲁棒的跟踪一直是计算机视觉的重要研究方向之一,TLD（tracking-learning-detection）算法为这一问题提供了一种有效的解决方法,为了进一步提高TLD算法的跟踪性能,从两个方面对其进行了改进。方法 首先在跟踪模块采用尺度自适应的核相关滤波器（KCF）作为跟踪器,考虑到跟踪模块与检测模块相互独立,本文算法使用检测模块对跟踪模块结果的准确性进行判断,并根据判断结果对KCF滤波器模板进行有选择地更新;然后在检测模块,运用光流法对目标位置进行初步预测,依据预测结果动态调整目标检测区域后,再使用分类器对目标进行精确定位。结果 为了验证本文算法的优越性,对其进行了两组实验,实验1在OTB2013和Temple Color128这两个平台上对本文算法进行了跟踪性能的测试,其结果表明本文算法在OTB2013上的跟踪精度和成功率分别为0.761和0.559,在Temple Color128上的跟踪精度和成功率分别为0.678和0.481,且在所有测试视频上的平均跟踪速度达到了27.92帧/s;实验2将本文算法与其他3种改进算法在随机选取的8组视频上进行了跟踪测试与对比分析,实验结果表明,本文算法具有最小的中心位置误差14.01、最大的重叠率72.2%以及最快的跟踪速度26.23帧/s,展现出良好的跟踪性能。结论 本文算法使用KCF跟踪器,提高了算法对遮挡、光照变化和运动模糊等场景的适应能力,使用光流法缩小检测区域,提高了算法的跟踪速度。实验结果表明,本文算法在多数情况下均取得优于参考算法的跟踪性能,在对目标进行长时间跟踪时表现出良好的跟踪鲁棒性。     

特征融合的尺度自适应核相关跟踪算法

针对KCF算法在跟踪过程中面对复杂场景、尺度变化等问题效果欠佳的问题,提出一个采用KCF跟踪器的特征融合的尺度自适应核相关跟踪算法.提出一种方向梯度直方图和颜色直方图特征的特征融合方法;采用一种含有7个固定尺度因子的尺度池,采用响应最大的尺度更新当下尺度;使用平均相关峰值能量作为模板更新的指标,控制响应更新.将改进算法...     

尺度自适应的多特征融合相关滤波目标跟踪算法

目标跟踪一直以来都是计算机视觉领域中的关键问题,核相关滤波算法(KCF)可避免在时域中进行目标跟踪,通过傅里叶变换将时域的计算转换到频域中进行,可大量简化计算,不但提高了跟踪速度,而且在跟踪精度上也有很大的提升.针对复杂条件下的目标跟踪问题,在确保算法实时性的前提下,在KCF的基础上对其特征、尺度以及模型更新机制进行3处改进:提出一种多特征融合算法,针对每种特征在不同环境下的优势,将其进行融合;提出一种分类树形尺度自适应的算法,通过树形搜索方式对目标尺度的大小进行判断,找到最佳响应位置;提出一种自适应模型更新策略的算法.实验结果表明,在公开数据集OTB-2013中算法整体的跟踪精确度达到87.4%,成功率也达到67.1%,可很好地实现复杂条件的目标跟踪,综合性能在已公开发表的跟踪算法中排名第2.尤其是在尺度变化、目标遮挡和图像模糊情况下,所提出算法的跟踪精确度和成功率排名第1.     

基于机器视觉的打磨工件跟踪方法研究

为克服在自动化生产中跟踪打磨工件时受尺度变化、部分遮挡等因素影响跟踪效果的问题,提出了一种基于机器视觉的打磨工件长时间目标跟踪算法。该算法对传统的KCF目标跟踪算法做了尺度估计、质心位置预测和质心修正重定位的改进,首先在与传统KCF算法结合的基础上,计算出运动目标质心位置的同时引进尺度金字塔来进行目标尺度估计;然后提出一种质心位置预测方法估计其质心运动;最后为了防止目标丢失使用质心修正重定位方法进行质心重定位,提高了跟踪的稳定性。实验证明,在工件发生尺度变化、部分遮挡等的情况下,本文方法具有良好的检测效果,并具有较强的鲁棒性。