双层特征优化的视觉运动目标跟踪算法

视觉监控中运动目标跟踪容易受到遮挡、目标快 速运动与外观变化等因素的素影响,单层特征难以有 效解决这些问题。为此,提出一种像素级与区域级特征组合优化的视觉跟踪算法。首 先在像素级利用 目标和背景区域颜色特征的后验概率对目标与背景进行初步判别;然后对候选区域进行超像 素分割,并依据 像素级的判断结果,在超像素区域内利用投票决策模型对目标与背景信息进行统计分析,得 到精确的目标位 置分布;最后结合均值漂移迭代搜索得到目标的准确位置,并利用双层判别结果对目标跟踪 过程的遮挡情况 进行检测,同时动态更新目标以及背景区域信息以适应目标外观与场景变化。与典型算法进 行对比的实验结 果表明,本文算法能够有效应对目标遮挡与快速运动等因素的影响,适用于复杂场景条件下 实时的运动目标跟踪。     

新的基于Kalman滤波的跟踪方法

模板更新策略是匹配跟踪算法成败的关键,为了提高基于模板匹配跟踪算法的性能,在分析多种模板更新算法的基础上,给出使用Kalman滤波器更新模板的方法。该方法不再将模板图像视为一个整体,而是使用Kalman滤波器对模板图像逐像素点进行更新,以得到自适应和最佳的目标模板图像,使匹配跟踪算法的性能得到很大提高,特别对于目标被遮挡、目标姿态变化以及环境照度变化有很强的适应性。对匹配算法的改进和遮挡的处理使该算法的性能得到进一步提高。实验结果表明该方法行之有效。     

引入显著特征空间的抗遮挡红外目标跟踪

针对红外目标跟踪过程中目标纹理信息缺乏,与背景灰度呈现强耦合性,特别是在遮挡情况下目标特征信息链断裂,特征信息无法延续的实际跟踪问题,提出了基于显著特征空间的抗遮挡跟踪算法。首先通过分析红外目标特性,利用多尺度显著性、对比度和信息熵等信息生成显著特征向量空间,结合超像素特征距离和空间距离对区域进行聚类融合,突出目标区域,生成显著图。然后融合显著区域和原图,生成多个目标候选区作为跟踪算法输入。最后通过目标的空间分布场矩阵对全局的候选区域进行匹配,同时建立遮挡检测机制,基于显著区连通区变化和特征相似度变化曲线对遮挡的起始进行判断,结合遮挡判定设置模型更新策略。在不同红外测试集上的实验结果表明:所提算法在遮挡情况下也能达到较好的跟踪效果,有效增强了跟踪算法的鲁棒性。     

局部感知下的稀疏优化目标跟踪方法

针对传统稀疏表示跟踪算法在复杂背景中易出现跟踪漂移问题,该文提出一种局部感知下的稀疏优化目标跟踪方法。首先,将首帧确定的目标区域进行非重叠均匀分割,并利用目标的全局特征和局部特征联合建模。然后,提出一种局部感知校验方法约束稀疏优化匹配过程,从而确定最优匹配样本。最后,在模板更新中提出一种决策方法对遮挡进行检测,并针对不同遮挡情况采取相应的更新策略,使得更新后的模板集更加完善。实验在10个标准库视频序列中测试,并与目前较流行的目标跟踪算法在跟踪效果、成功率等方面进行比较,实验结果表明,提出的跟踪方法在局部遮挡、目标形变、复杂背景等条件下跟踪准确、适应性强。     

基于粒子群算法和卡尔曼滤波的运动目标跟踪算法

针对目前一些常用的运动目标跟踪算法存在跟踪精度不高、实时性低、对遮挡问题处理不佳等问题,提出一种粒子群算法与卡尔曼滤波相结合的新的运动目标跟踪方法。利用卡尔曼滤波预测目标中心在下一帧图像中的位置,从而极大减少了搜索范围,并以该位置为中心建立目标搜索区域。然后以目标的灰度统计特征对目标模板和候选区域进行匹配,确保跟踪准确性。为了有效减少搜索匹配次数、提高实时性,利用粒子群算法在搜索区域找到和目标模板最相似的区域,从而找到最优中心位置,并以该位置作为卡尔曼滤波的观测值,进行下一帧跟踪。仿真实验结果表明新算法显著提高了跟踪的实时性、精确性,并对部分遮挡能较好地处理。     

基于相似度优化的混合式视觉跟踪方法

针对复杂环境下视频目标跟踪问题,提出一种基于相似度优化的混合式视觉跟踪方法。首先,采用局部余弦相似性度量目标和候选模板的相似性,有效抑制因遮挡、光照突变等情况引起的脉冲噪声,提升模板匹配精确度;其次,基于目标函数的二次规划方法推导了局部目标的判别权重,有效提升了算法对目标和背景的判别能力;最后,在系统更新过程中引入模板的判别式更新,有效改善了模型漂移问题。实验结果表明,本文方法较好地改善了复杂挑战性背景下的跟踪鲁棒性和精确度。     

基于多模板匹配的双模型自适应相关滤波跟踪算法

为有效提升目标跟踪的精确度和实时性,设计了基于多模板匹配的双模型自适应相关滤波跟踪算法。对多模板匹配模型与核相关滤波跟踪模型参数进行初始化处理：多模板匹配模型选取得分函数作为模板与候选样本间匹配准则,通过候选样本得分获取最佳目标,更新多模板后,通过形变多样相似性实现多模板匹配;核相关滤波跟踪模型利用所采集目标样本数据建立循环矩阵,通过训练核化岭回归分类器获取核相关滤波器,并获取响应置信图,再利用响应置信图获取下一帧图像目标位置。通过自适应融合策略获取两个模型所估计目标位置,再采用金字塔尺度估计策略估计目标尺度变化,通过不断更新各模型参数实现目标精准跟踪。实验结果表明,在目标受遮挡或旋转、光照变化等复杂环境下,该算法的中心跟踪误差均低于15 dpi,平均跟踪精确度均高于98%,且目标定位时间低于100 ms,说明该算法在跟踪精确度和实时性上具有明显的应用优势。     

复杂背景下抗遮挡的运动目标跟踪算法

通过对各种跟踪算法的研究,提出了一种适应性较好的目标运动预测与多模板匹配相结合的相关跟踪算法,并给出了模板匹配相关算法中的判断准则、模板更新准则和目标被遮挡判断。实验证明,该方法能够在复杂背景条件下运动目标发生遮挡时进行稳定跟踪。     

基于多表观特征子模型更新的鲁棒视觉跟踪

在视觉跟踪中,传统模型更新算法在遮挡、光照变化及自身旋转等情况下通常存在鲁棒性较差的问题.为改善该性能,提出一种对多表观特征相应子模型进行选择性更新的鲁棒视觉跟踪算法.该算法首先建立候选子模型库,然后通过三个互补特征融合的粒子滤波跟踪确定当前帧目标位置和信息,最后将当前帧三种特征直方图信息与候选库中各子模型分别计算加权相似度,更新候选库后与阈值比较,判断是否更新当前子模型.实验结果表明：本文算法能够对特征相应子模型进行有效的选择性更新,与对比算法比较,在多种复杂变化的跟踪条件下,总体上能够具有更好的跟踪鲁棒性.     

基于超像素与BoF的运动目标跟踪算法

针对由遮挡、光照、形变等干扰产生的漂移问题,提出基于超像素和BoF的运动目标跟踪算法。此算法首先利用SLIC方法对运动目标的观测区域进行超像素分割,然后基于超像素构造中层视觉线索的超像素字典以及低层像素特征的BoF字典,实现对运动目标表观模型的混合建模,最后引入粒子滤波框架和在线字典更新,以适应目标和背景的变化。实验结果表明,该算法能够很好地应对严重遮挡、非刚性变换、复杂背景等干扰因素的影响,具有很好的稳定性和鲁棒性。     

采用时空上下文的抗遮挡实时目标跟踪

针对目标跟踪算法在光照变化、背景干扰、目标形变及遮挡时出现的跟踪稳定性下降甚至失败的问题，提出了一种采用时空上下文的抗遮挡实时目标跟踪算法。首先，在时空上下文模型框架下采用自适应降维的颜色特征构建目标外观模型，提高算法在复杂场景中对目标的辨别能力；然后，联合置信图响应的峰值和峰值旁瓣比对目标跟踪的状态进行评估；接着，利用目标模板之间相关系数的变化进一步判断目标是否被严重遮挡；最后，当目标跟踪出现波动时，降低目标模型更新速度，并通过Kalman滤波修正目标位置，当目标被严重遮挡时，则根据Kalman滤波预测目标位置，同时停止更新目标模型，在脱离遮挡后重新捕获目标并进行跟踪。选取了36组具有多种挑战因素的彩色视频序列测试算法的跟踪性能，并与其他表现优异的目标跟踪算法进行了对比分析。实验结果表明，所提算法具有较强的抗遮挡能力，并且在光照变化、背景干扰和目标形变等不利因素影响下仍具有较好的跟踪鲁棒性，同时能够满足目标跟踪的实时性要求。     

一种改进的Camshift视频目标跟踪算法

鉴于连续自适应均值漂移(Camshift)算法在光照变化,相似背景颜色干扰及目标遮挡时鲁棒性不高,易造成跟踪错误等问题,提出了一种联合多特征和最大类间方差法的视频运动目标跟踪算法。该算法将色度直方图、梯度方向直方图和LBP纹理特征进行巧妙的融合,构建了一种高效的联合直方图目标外观特征模型,并在Camshift算法中嵌入最大类间方差法,增强目标和背景的区分度。不同场景的视频跟踪结果表明,改进算法有效克服了传统Camshift算法应对光照变化、颜色干扰和目标遮挡的缺点,与同类算法相比,具有更高的准确度和鲁棒性。     

An efficient real-time target tracking algorithm using adaptive feature fusion

Visual-based target tracking is easily influenced by multiple factors, such as background clutter, targets’ fast-moving, illumination variation, object shape change, occlusion, etc. These factors influence the tracking accuracy of a target tracking task. To address this issue, an efficient real-time target tracking method based on a low-dimension adaptive feature fusion is proposed to allow us the simultaneous implementation of the high-accuracy and real-time target tracking. First, the adaptive fusion of a histogram of oriented gradient (HOG) feature and color feature is utilized to improve the tracking accuracy. Second, a convolution dimension reduction method applies to the fusion between the HOG feature and color feature to reduce the over-fitting caused by their high-dimension fusions. Third, an average correlation energy estimation method is used to extract the relative confidence adaptive coefficients to ensure tracking accuracy. We experimentally confirm the proposed method on an OTB100 data set. Compared with nine popular target tracking algorithms, the proposed algorithm gains the highest tracking accuracy and success tracking rate. Compared with the traditional Sum of Template and Pixel-wise LEarners (STAPLE) algorithm, the proposed algorithm can obtain a higher success rate and accuracy, improving by 2.3% and 1.9%, respectively. The experimental results also demonstrate that the proposed algorithm can reach the real-time target tracking with 50+fps. The proposed method paves a more promising way for real-time target tracking tasks under a complex environment, such as appearance deformation, illumination change, motion blur, background, similarity, scale change, and occlusion.     

Robust Visual Tracking with SIFT Features and Fragments Based on Particle Swarm Optimization

We propose a novel approach for visual tracking based on a particle swarm optimization (PSO) framework using SIFT feature points correspondence and multiple fragments in a candidate target region to cope with the problems of partial occlusions, illumination changes, and large motion changes of the tracked target. Firstly, optimal search in the successive frame tracking process is performed by the PSO algorithm, which guides all particles towards the global optima state based on a fitness function. Then, the SIFT feature information is integrated into the iterative results of PSO to acquire a more accurate tracking state. Secondly, we present an effective appearance model updating criterion, which evaluates which fragments in appearance model need updating at each frame. However, the fragments with occluded parts or low quality measure values are not updated. The method for updating appearance model is introduced to improve the tracking performance. Compared with state-of-the-art algorithms, the proposed method can still stably track the target during the course of long-term partial occlusions using superior fragments of tracked target. The experiment results demonstrate the effectiveness of our algorithm in complex environments where the target object undergoes partial occlusions and large changes in pose and illumination.     

一种遮挡检测的核最小二乘视觉跟踪算法

针对视觉跟踪中目标、背景的复杂变化问题,提出一种遮挡检测的核最小二乘视觉跟踪算法。首先,以带约束的核最小二乘方法建立视觉跟踪优化模型,训练阶段,循环移位基采样构造训练样本集,达到稠密采样目的,利用循环矩阵的优良特性,通过快速傅里叶变换高效计算核最小二乘问题;同时,提出了基于高阶累积量的遮挡、形变等复杂变化的检测方法,改进分类器的更新处理机制。实验结果表明,在各种具有挑战性的视频序列,与现有最好算法对比,在实时性和精度方面,本文所提算法都具有较优的性能。      

Collaborative object tracking model with local sparse representation

There existed many visual tracking methods that are based on sparse representation model, most of them were either generative or discriminative, which made object tracking more difficult when objects have undergone large pose change, illumination variation or partial occlusion. To address this issue, in this paper we propose a collaborative object tracking model with local sparse representation. The key idea of our method is to develop a local sparse representation-based discriminative model (SRDM) and a local sparse representation-based generative model (SRGM). In the SRDM module, the appearance of a target is modeled by local sparse codes that can be formed as training data for a linear classifier to discriminate the target from the background. In the SRGM module, the appearance of the target is represented by sparse coding histogram and a sparse coding-based similarity measure is applied to compute the distance between histograms of a target candidate and the target template. Finally, a collaborative similarity measure is proposed for measuring the difference of the two models, and then the corresponding likelihood of the target candidates is input into a particle filter framework to estimate the target state sequentially over time in visual tracking. Experiments on some publicly available benchmarks of video sequences showed that our proposed tracker is robust and effective.     

位置-尺度异空间协调的多特征选择相关滤波目标跟踪算法

针对传统相关滤波跟踪算法在目标发生尺度变化和遮挡时容易导致跟踪失败的问题,本文提出位置-尺度异空间协调的多特征选择相关滤波目标跟踪算法。首先,提取目标区域的快速方向梯度直方图特征、颜色空间特征和灰度特征,特征间的不同组合方式构成特征池以加强滤波器的判别性能,将组合得到的特征分别进行相关滤波跟踪;其次,依据每种特征响应的鲁棒性得分,选择分数最高的响应图最大值预测目标位置;然后,转换坐标至对数极坐标中,使用相位相关滤波器进行目标尺度估计;最后,设计一种高置信度模型策略更新模板。在标准数据集TB-50和OTB-2015上的实验结果表明,本文提出的算法在目标发生尺度变化、遮挡、旋转、出视野和背景杂乱等情况下,仍具有较好的跟踪有效性。      

基于局部分块和模型更新的视觉跟踪算法

针对目标跟踪过程中的目标表观变化、背景干扰及发生遮挡等问题,该文提出一种基于局部分块和模型更新的视觉跟踪算法。该文采用粗搜索与精搜索相结合的双层搜索方法来提高目标的定位精度。首先,在包含部分背景区域的初始跟踪区域内构建目标模型。然后,利用基于积分直方图的局部穷搜索算法初步确定目标的位置,接着在当前跟踪区域内通过分块学习来精确搜索目标的最终位置。最后,利用创建的模型更新域对目标模型进行更新。该文主要针对分块跟踪中的背景抑制、模型更新等方面进行了研究,实验结果表明该算法对目标表观变化、背景干扰及遮挡情况的处理能力都有所增强。     

一种红外和可见光双通道视频目标跟踪方法

室外场景下由于场景背景条件变化容易导致视频目标跟踪稳定性差。该文提出一种利用红外和可见光传感器的双通道视频目标跟踪方法。该算法利用可见光图像的目标颜色特征和红外图像的目标轮廓特征,结合均值漂移算法与水平集曲线演化实现目标定位,并给出了目标尺度和模板更新方法;对多目标跟踪的互相遮挡问题,通过判断目标合并与分离实现遮挡时多个目标的定位。实验结果表明,该文方法能够有效处理光照变化、阴影、遮挡等情况,实现目标的稳定跟踪。