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LCT+的自适应抗遮挡目标跟踪算法

在目标跟踪过程中,目标遮挡往往会造成跟踪器的性能下降,从而导致目标丢失。针对这一问题,提出一种基于LCT+核相关滤波的自适应抗遮挡目标跟踪算法。该算法在LCT+核相关滤波算法的基础上进行改进,利用双跟踪器自适应对目标进行跟踪,即根据两个跟踪器的输出响应值大小选择最优跟踪器跟踪目标;利用支持向量机自适应重新检测目标,即根据目标丢失帧的数量自适应调整检测框范围的大小;最后采用颜色直方图匹配的方法进一步验证预测的目标。相比原算法,所提算法采取双跟踪器自适应跟踪机制和支持向量机自适应重检测机制,有效避免了目标跟丢。在OTB50和OTB100两个大型基准数据集上对算法进行验证,结果表明该算法在距离精度和成功率的评估指标上都优于一些主流算法,并且在抗遮挡方面具有较高的精度和较强的鲁棒性。     

融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法

针对现实场景中跟踪算法因背景杂乱、遮挡、尺度变化、目标形变等情况易导致跟踪失败的问题,提出融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法.首先对图像或图像区域分别提取深度特征和Color Name特征,经过核相关滤波器学习得到不同的模板;然后采用核相关滤波跟踪算法获得2个特征下的响应集合,并对所得到的集合进行加权融合得到最终的目标位置;最后使用贝叶斯统计通过最大化后验的方式估计最佳目标尺度,同时更新核相关滤波器参数,以实现自适应尺度的目标跟踪.在OTB2013和OTB2015这2个基准数据库上进行实验,并与当前6种优秀的算法进行比较,结果表明该算法性能最优,在2个数据集上的成功率OP(AUE)较KCF算法分别提升10.7%和12.4%.     

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.     

基于改进DSST的行人遮挡跟踪算法

为解决判别尺度空间跟踪(DSST)算法在行人处于长期完全遮挡后又重新出现的情况下无法跟踪的问题, 提出了一种改进的跟踪算法(DDSST). 在DSST框架下,首先对行人目标跟踪, 然后, 引入高置信度指标计算策略作为跟踪准确可信度反馈机制, 在跟踪丢失时利用可变部件模型(DPM)对跟踪目标重新定位. 最后, 通过评估在线目标跟踪基准(OTB)数据集和实际环境拍摄的视频序列对DDSST算法准确性进行验证, 并与其他跟踪算法进行比较. 实验分析表明, 改进算法相较DSST的距离精度与成功率提高了4.1% 和6%, 相比其他算法性能更优, 且在形变、遮挡、平面外旋转、运动模糊和尺度变换等条件下跟踪更稳定.     

多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法

针对图像目标跟踪问题,为提高跟踪精度,提出了一种多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法。算法首先选取HOG和CN两种互补特征,分别训练两个相关滤波跟踪器跟踪图像目标,然后利用提出的响应图置信度计算公式计算两个跟踪器的响应图权重并进行自适应融合做出决策。滤波器更新阶段,算法结合两个特征的响应图置信度与两帧之间的变化率动态调整滤波器学习速率。仿真实验采用跟踪基准数据库（OTB-2013）中的36组彩色视频序列进行实验,对比了流行的相关滤波跟踪算法,结果表明,该算法在平均跟踪精度上优于其他算法,具有一定的应用价值。     

融合残差连接与通道注意力机制的Siamese目标跟踪算法

针对Siamese跟踪算法在目标形变、相似物体干扰等复杂情况下容易跟踪漂移或丢失的问题,提出一种融合残差连接与通道注意力机制的目标跟踪算法.首先,通过残差连接将模板分支网络提取的浅层结构特征与深层语义特征进行有效的融合,以提高模型的表征能力;其次,引入通道注意力模块,使模型自适应地对不同语义目标特征通道加权,以提高模型的泛化能力;最后设计并提出一种基于相关性响应值的权重掩码,在离线训练时提高相似语义目标损失值的权重,使模型在端到端的离线学习中增强对相似语义目标的辨别力.在标准跟踪数据集OTB,TempleColor128,VOT2016和VOT2018上与主流跟踪算法进行对比实验,结果表明,该算法在跟踪精度和成功率上都展现了极强的竞争力,具有优越的实时性和可靠性.     

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.     

高斯感知约束空间异常的相关滤波目标跟踪

针对目标在复杂场景运动过程中容易出现跟踪丢失问题,提出一种高斯感知约束空间异常的目标跟踪算法。以高斯均匀分布为分布规律建立目标特征采样点,采用卷积结构提取目标的外观模型以及权重模型;为了约束空间异常,在目标函数中构建空间正则项,同时更新目标权重模型,减小空间过拟合的产生,增强跟踪器的空间异常适应性;应用加权最小二乘法思想,获得权重响应模型中心,确定目标中心,更新跟踪位置,增强跟踪器鲁棒性。使用OTB2015和UAV20L数据集,与其他主流相关滤波算法相比,该算法在目标运动导致低分辨率、遮挡等复杂条件下,跟踪成功率以及跟踪精度较高。     

加权间隔结构化支持向量机目标跟踪算法

目的 目标在跟踪过程中,各种因素的干扰使得跟踪结果存在不确定性。因此,将跟踪过程中所提取样本的可靠性融入跟踪模型中,有助于克服低可靠性样本对跟踪算法的影响。为此,基于最近的结构化支持向量机（SSVM）跟踪算法,提出一种包含样本置信度的加权间隔结构化支持向量机跟踪模型（WMSSVM）,以增强SSVM跟踪算法性能。方法 首先,基于打分和位置重合率估计样本可靠性;其次,建立WMSSVM模型处理具有不同置信度的跟踪样本训练问题,并采用对偶坐标下降优化算法求解跟踪模型。结果 在包含100个视频的OTB100跟踪数据集上进行测试,提出的WMSSVM跟踪器与基准跟踪器Scale-DLSSVM相比,在精准度和成功率两个指标上分别提高了1%和2%。与最近的跟踪算法相比,提出的方法也表现出更好的性能。结论 本文首次将样本的可靠性融入结构化支持向量机跟踪模型,并提出一种基于加权间隔的结构化支持向量机跟踪模型及其优化求解方法,在包含100个视频序列的跟踪数据集上验证了提出方法的有效性,本文提出的算法能够适应复杂场景下的跟踪任务,并在背景混杂、目标形变、遮挡、运动模糊、目标出界、快速位移等类别的视频中表现出优异的性能。     

基于负样本挖掘与特征融合的高速跟踪算法

随着目标跟踪技术在多种视觉任务中的广泛应用,跟踪算法的实时性变得越来越重要.全卷积孪生网络跟踪算法(SiamFC)虽然在跟踪速度方面较为理想,但在复杂的跟踪环境下很容易出现跟踪漂移.为了能在提高算法精度的同时保证实时性,提出一种基于负样本挖掘与特征融合的高速跟踪算法.首先,为了学到更深层次特征,又不过多增加额外参数运算,使用增加了剪裁层的轻量级网络ShuffleNetV2进行特征提取,提升跟踪速度;其次,在离线训练阶段引入不同种类的负样本对,加强对语义信息的学习,从而提升模型的特征判别能力;最后,为了得到更高质量的响应图,提出一种多尺度特征融合策略,充分利用浅层与深层特征,提高跟踪精度.在OTB100和VOT2018两个数据集上与其他跟踪算法进行对比实验,结果表明:所提出算法较基准算法SiamFC在各项指标上有大幅度提升,在两个数据集下分别收获8.3%和7.9%的增益;同时在NIVIDA GTX l070下的速度可达114FPS.     

一种自适应尺度与学习速率调整的背景感知相关滤波跟踪算法

针对跟踪过程中遮挡因素以及目标尺度变化因素导致的目标跟踪漂移问题,文中提出了一种自适应尺度与学习速率调整的背景感知相关滤波跟踪算法。该算法首先通过背景感知相关滤波器获得目标的初步位置信息;其次在背景感知相关滤波器的基础框架下训练尺度相关滤波器,以有效估计目标尺度变化,从而准确调整搜索区域的大小;然后根据响应图波动情况进行遮挡判定,利用平均峰值能量指标与最大响应值判定目标遮挡情况,自适应调整模型学习速率大小;最后,设计相应的模型更新策略,来提高模型性能。在OTB100 Benchmark数据集上进行测试,实验结果表明,该算法与背景感知相关滤波器相比,其成功率提高了6.2%,精度提高了10.1%,因此该算法能有效地处理遮挡、尺度变化等问题,提高了跟踪模型的成功率与准确率,同时具有实时的跟踪速度。     

自适应尺度特征融合与模型更新的跟踪算法

在核相关滤波器跟踪算法中,为了减少背景相似物等杂波对跟踪器的干扰,以及解决不同跟踪结果置信度下的模型更新问题,提出了自适应尺度特征融合与模型更新的跟踪算法。通过多特征融合和尺度变化策略改进了多特征的尺度核相关滤波器,使用多峰检测对响应图的整体振荡程度进行判断,再对峰值进行跟踪结果置信度评估;在遮挡、形变等跟踪结果置信度低的情况下及时停止模型更新,在高置信度模型更新时,引入初始模型进行对齐操作,减少模型的更新误差,抑制模型漂移。比较核相关滤波器算法,本算法准确度较高,且在目标尺度变化、遮挡和形变时稳定性更好。在OTB-50数据集上的实验结果表明,该算法在精度和成功率上都比核相关滤波器算法表现更优。     

结合自适应更新策略和再检测技术的跟踪算法

基于相关滤波器的跟踪算法在计算机视觉领域表现出了卓越的性能,但是传统相关滤波器由于采用固定系数更新策略,在复杂环境下很容易发生模型漂移甚至因无法重新找回所跟踪的目标导致跟踪失败。为了使跟踪算法在遇到背景杂波、遮挡等问题时能具有更好的鲁棒性,提出了一种基于自适应更新策略和再检测技术的关联跟踪算法。自适应更新策略根据跟踪结果的置信度,自适应调整模版更新系数,降低模型漂移所造成的影响。当判定所跟踪的目标遭受严重遮挡或者跟踪失败时,利用再检测策略中的SVM分类器对所跟踪的目标进行重新检测,提高纠错能力。所提算法在OTB2013标准目标跟踪数据集上进行验证并与其他5种跟踪算法进行比较,目标跟踪精度与成功率分别提升13.8%和17.4%。当出现目标被遮挡或者目标视野丢失等情况时,本算法仍然可以对目标进行重新找回,实现稳定地跟踪。     

基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法

为解决判别式相关滤波（DCF）跟踪算法在跟踪目标旋转或非刚性形变时的模型漂移、尺度粗糙、跟踪失败问题,提出一种基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法（DWOP-EFO）。首先,同时采用矩形框之间的重叠度和中心距离作为动态锚框质量评价的依据,能够缩小预测结果与目标区域之间的空间距离,缓解模型漂移问题;其次,为了进一步提高跟踪精度,采用轻量化的目标分割网络将目标从背景中分割出来,再利用椭圆拟合算法对分割轮廓进行优化并输出稳定的旋转矩形框,实现对目标尺度的精确估计;最后,通过尺度置信度优化策略对置信度高的尺度结果实现门控输出。所提算法能缓解模型漂移问题,同时有利于增强跟踪器的鲁棒性和提升跟踪精度。在两个最为流行的评测数据集VOT2018和OTB100上进行了实验,结果表明：在VOT2018数据集上,所提算法的期望平均重叠率（EAO）指标比基于重叠度最大化准确跟踪算法（ATOM）提高2.2个百分点,相较于基于可学习的判别模型跟踪器（DiMP）提高1.9个百分点;同时,所提算法在OTB100评测数据集上的成功率指标比ATOM高出1.3个百分点,特别是在非刚性形变属性上效果显著。所提算法在评测数据集上的平均运行速率均超过25 frame/s实现了实时跟踪。     

小型嵌入式平台实时目标跟踪算法的研究与实现

针对高实时性要求、低计算能力的小型嵌入式平台的应用背景,本文提出一种低时间复杂度、高鲁棒性的目标跟踪算法。首先,构建基于时空上下文贝叶斯概率模型的跟踪算法架构,然后提出低时间复杂度的灰度特征尺度池策略实现尺度自适应更新,最后利用基于置信图最大似然概率的目标模型更新策略来提高抗遮挡性能。利用基准数据集OTB2013对本文算法进行测试,跟踪精度为58.9%,成功率为51.3%,优于时间复杂度相近的STC(Spatio-Temporal Context)和CSK(Circulant Structure with Kernels)算法。搭建以DSP为核心的小型目标跟踪平台对算法进行测试,可实现对视场中目标的实时稳定跟踪。当目标波门为64×64 Pixel时,稳定跟踪帧率可达42 frame/s,能够满足实时性和工程实用性的应用需求。     

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。