Head Tracking Using Shapes and Adaptive Color Histograms

A new method is presented for tracking a person‘s head in real-time.The head is shaped as an ellipse,and adaptively modified RGB color histogram is used to represent the tracked object (head).The method is composed of two parts.First,a robust nonparametric technique,called mean shift algorithm,is adopted for histogram matching to estimate the head‘s location in the current frame.Second,a local search is performed after histogram matching to maximize the normalized gradient magnitude around the boundary of the elliptical head.so that a more accurate location and the best scale size of the head can be obtained.The method is demonstrated to be a real-time tracker and robust to clutter,scale variation,occlusion,rotation and camera motion,for several test sequences.     

自适应带宽均值移动算法及目标跟踪

首先提出了一种经典均值移动算法的推广算法,即自适应带宽均值移动算法,进而提出了基于自适应带宽均值移动的二维视频目标跟踪算法（ABMSOT）.前者提出了在带宽自适应情况下均值移动算法求取局部极值的框架步骤,后者可实时跟踪目标的位置、大小和方向.在ABMSOT算法中,目标模型和候选模型采用自适应带宽核函数加权特征直方图描述,目标模型和候选模型的相似性采用Bhattacharyya系数度量;通过迭代两步法搜索到目标最有可能的位置、大小和方向.第一步执行一次均值移动迭代搜索目标位置,第二步计算出最能描述目标区域大小和方向的带宽矩阵.从理论上证明了两个算法的收敛性,并通过实验证明了ABMSOT算法能实时跟踪目标的位置、大小和方向.     

基于柔性特征优化的目标稳健跟踪

针对单一特征空间不足以对动态时变环境中跟踪目标进行准确表达的缺点,提出一种基于柔性加权特征的ParticleFilter目标跟踪算法。首先引入“陡峭因子”这一概念对不同特征的跟踪鉴别性能进行客观评估,然后参照当前不同特征的可跟踪性能以加权组合的方式自适应生成当前最优特征,最后将生成的最优特征嵌入到ParticleFilter跟踪构架中完成目标跟踪任务。该算法具备较高的柔性可对任意采用直方图表达的特征进行自适应融合。不同的视频序列实验表明该算法可动态地对异类特征进行有效融合,对复杂场景下的目标进行稳健跟踪。     

基于双模型融合的自适应目标跟踪算法

针对目标跟踪过程中的光照变化、背景混乱和目标形变等问题,提出一种背景抑制的HS直方图和核相关滤波双模型融合的自适应跟踪算法。首先引入非线性核相关滤波跟踪模型;其次提出背景抑制的HS颜色直方图跟踪模型,通过分离亮度分量以减小光照干扰,并采用背景加权突出目标信息;然后提出一种自适应融合策略,根据目标与背景的HS特征相似度来动态调整两个模型融合权重,以降低背景混乱和目标姿态变化的影响;最后针对目标尺度变化问题,采用尺度金字塔估计策略进行解决。实验表明,与现有算法相比,提出的算法能更好降低光照、背景混乱等复杂因素干扰,鲁棒性更强。     

基于颜色的快速人体跟踪及遮挡处理

为了对被跟踪到的运动员进行运动姿态以及运动参数的分析,给运动员的训练提供科学合理的参考,提高比赛成绩,研究了面向体育视频的运动目标跟踪技术,提出了一种基于Mean Shift的综合算法.首先,根据背景加权直方图选择跟踪目标与背景图像的差别最显著的部分作为跟踪特征,以减少背景信息对跟踪效果的影响;其次,针对Mean Shift算法需要对图像进行穷举匹配的问题,利用Kalman滤波对目标的状态进行有效预测,减少了匹配运算次数,改善了快速运动目标的跟踪效果,提高了跟踪算法的稳健性;最后运用基于核的Mean Shift算法对运动目标进行跟踪,同时进行目标模板的实时更新,实现了对体育视频中运动员的稳定实时的跟踪.该方法成功地解决了部分遮挡、背景混乱以及目标尺寸变化等问题.     

对立色LBP模型的目标跟踪

目标表示方法对跟踪方法的鲁棒性有着重要影响。将对立色局部二值模式(OCLBP)纹理算子作为研究对象引入目标表示。通过分析不同颜色通道之间的相关性和OCLBP的10种纹理模式的表征能力,选择目标候选区域中具有OCLBP的7种主要模式的关键点的纹理直方图作为目标模型。最后将该目标表示方法嵌入到MeanShift框架中,进行目标跟踪。实验结果表明,提出的基于OCLBP主要模式的目标表示方法显著提高了Mean Shift目标跟踪方法的性能。     

基于车载环境的交通目标跟踪

针对车载环境下小目标难以识别和相机动态移动造成的目标跟踪精度下降问题, 提出一种基于改进YOLOv5与ByteTrack的交通目标跟踪方法. 首先, 引入Transformer与加权特征金字塔(BiFPN)结构的思想重构YOLOv5检测网络, 有效捕获了特征的全局依赖关系, 缓解了深层卷积小目标信息丢失问题, 改善了车载环境下的目标检测性能. 此后, 以ByteTrack为基础提出了添加相机移动补偿的CMC-ByteTrack跟踪方法, 更精准地描述了视频前后帧的数据关联关系, 提高了相机大幅位移时的跟踪精度. 实验结果表明, 改进YOLOv5的平均检测精度(mAP)达到了82.2%, 相比原算法提高了3.9%, 与CMC-ByteTrack结合后的跟踪准确性(MOTA)相比改进前的跟踪方法提高了2.8%.     

一种基于空间直方图的Mean-Shift跟踪算法*

经典的Mean-Shift跟踪算法以颜色直方图为特征对目标进行跟踪。颜色直方图反映的是图像中颜色的组成情况,即出现了哪些颜色以及各种颜色出现的次数。颜色直方图具有旋转不变性、缩放不变性等优点,经常用于图像检索,即通过比较颜色直方图的差异来衡量两幅图像在颜色全局分布上的差异。但是颜色直方图不能反映颜色的空间分布特征,当跟踪目标与背景色颜色相近时可能造成错误跟踪,导致跟踪失败。考虑目标颜色空间分布特征,将空间分布信息融入颜色直方图中,提出了基于空间颜色直方图的Mean-Shift跟踪方法,全面地反映了颜色的整体分布信息和空间分布信息。在VC 6.0上利用新方法和经典Mean-Shift跟踪方法分别对发生遮挡的视频和快速运动的视频进行跟踪,实验结果表明,提出的新方法能够更好地对目标进行跟踪,避免跟踪过程中的目标丢失。     

PTZ自主跟踪中的全景视频生成

提出了一种在单PTZ摄像机自主跟踪过程中生成全景视频的方法。该方法在自主跟踪目标的同时,生成目标在大场景上运动的全景视频,可应用于PTZ摄像机监控场所。该方 法将全景视频看作全景背景图像和当前目标图像的叠加：首先利用Mean Shift跟踪方法逐帧获取目标区域图像并保存;然后利用相邻两帧视频图像的竖直方向投影匹配和Harris角 点匹配结果合成全景背景,与传统的配准方法相比,大大降低了匹配运算的复杂度,使全景背景的生成能够实时进行,并记录每帧图像到背景图像的变换参数;最后逐帧将目标区 域图像变换到背景图像上得到全景视频。本文方法与传统的全景视频生成方法相比,无需人工控制摄像机的转动,也无需手工对齐视频帧,整个过程全部自动完成。     

Detecting and tracking dim small targets in infrared image sequences under complex backgrounds

This paper presents a unified framework for automatically detecting and tracking dim small targets in infrared (IR) image sequence under complex backgrounds. Firstly, the variance weighted information entropy (variance WIE) followed by a region growing technique is introduced to segment the candidate targets in a single-frame IR image after background suppression. Then the pipeline filter is used to verify the real targets. The position and the size of the detected target are then obtained to initialize the tracking algorithm. Secondly, we adopt an improved local binary pattern (LBP) scheme to represent the target texture feature and propose a joint gray-texture histogram method for a more distinctive and effective target representation. Finally, target tracking is accomplished by using the mean shift algorithm. Experimental results indicate that the proposed method can effectively detect the dim small targets under complex backgrounds and has better tracking performance compared with the gray histogram based tracking methods such as the mean shift and the particle filtering.     

多特征自适应融合的军事伪装目标跟踪

针对军事伪装目标在运动过程中存在与背景分布十分相似或遮挡等强干扰情况下的跟踪问题,提出了一种基于自适应多特征融合的均值漂移算法优化的粒子滤波跟踪算法。利用背景加权后的联合直方图表述目标灰度和梯度方向信息,根据前一帧目标特征的可信度自动调节双方的权重,在粒子滤波算法的框架下,利用改进后的均值漂移算法使粒子向目标状态的最大后验核密度估计方向移动,并设计了特征融合的观测模型,以提高跟踪算法的场景适应能力。实验结果表明,该算法可实现对与背景相似的军事伪装目标的稳定跟踪,对目标的严重遮挡具有很好的鲁棒性。     

基于均值漂移与卡尔曼预测相结合的视频运动目标跟踪算法

传统的均值漂移算法是基于颜色直方图的迭代跟踪算法,在跟踪目标出现尺度变化的情况下,其跟踪结果往往出现偏差,甚至跟踪失败。鉴于此,提出了一种基于空间边缘方向直方图的均值漂移跟踪算法,使用空间分布和纹理信息作为匹配信息,将卡尔曼预测器融于均值漂移跟踪算法。实验表明,该方法能在尺度缩放等复杂背景下对目标进行准确有效的跟踪。     

移动机器人实时目标跟踪系统设计与实现

针对单目视觉移动机器人目标跟踪的实时性和鲁棒性要求,提出了基于Kalman滤波器的改进Camshift算法检测和定位目标.将Kalman预测值作为目标初始位置,补偿摄像头和目标相对运动导致的目标在图像中的偏移.在系统“跟丢”后判断目标丢失的原因,根据原因自适应拓展搜索窗口作为Cam-shift算法的下一帧初始搜索窗口.为了验证改进算法的有效性,自主研制了一种应用该算法的履带式机器人实时目标跟踪系统.实验结果表明:该系统具有很好的鲁棒性和实时性.     

Robust object tracking with background-weighted local kernels

Object tracking is critical to visual surveillance, activity analysis and event/gesture recognition. The major issues to be addressed in visual tracking are illumination changes, occlusion, appearance and scale variations. In this paper, we propose a weighted fragment based approach that tackles partial occlusion. The weights are derived from the difference between the fragment and background colors. Further, a fast and yet stable model updation method is described. We also demonstrate how edge information can be merged into the mean shift framework without having to use a joint histogram. This is used for tracking objects of varying sizes. Ideas presented here are computationally simple enough to be executed in real-time and can be directly extended to a multiple object tracking system.     

基于特征自适应选择的鲁棒跟踪算法

为了解决真实场景下视频目标的跟踪问题,提出一种基于特征自适应选择的鲁棒跟踪算法。首先,针对在线AdaBoost算法特征池特征鲁棒性差的问题,提出一种基于颜色与金字塔梯度方向直方图特征相结合的特征池构造方式;然后,针对分类器在更新过程中容易受到错误样本影响的问题,对每帧跟踪结果增加遮挡检测环节以避免漂移现象的发生。大量的对比实验表明,在真实场景下所提出的方法具有更好的效果。     

基于混合观测模型的粒子滤波跟踪算法

为了提高目标外观迅速变化时视觉跟踪算法的鲁棒性,提出了一种基于混合观测模型的粒子滤波跟踪算法。在粒子滤波构架下,使用加权核直方图模型结合mean shift算法对粒子进行初定位,通过正交子空间模型作为精确的观测模型,估计目标的最终状态。这样既能迅速地学习到目标外观变化的趋势,又避免了使用正交子空间而产生的跟踪漂移。实验结果表明,该算法在光照变化、姿态变化、遮挡的情况下,均具有较强的鲁棒性。     

多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪

目的 为提高目标跟踪的鲁棒性,针对相关滤波跟踪中的多特征融合问题,提出了一种多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪算法。方法 采用多通道相关滤波跟踪算法进行目标跟踪时,从目标和周围背景区域分别提取HOG（histogram of oriented gradient）、CN（color names）和颜色直方图3种特征。提出的分层融合算法首先采用自适应加权融合策略进行HOG和CN特征的特征响应图融合,通过计算特征响应图的平滑约束性和峰值旁瓣比两个指标得到融合权重。将该层融合结果与基于颜色直方图特征获得的特征响应图进行第2层融合时,采用固定系数融合策略进行特征响应图的融合。最后基于融合后的响应图估计目标的位置,并采用尺度估计算法估计得到目标更准确的包围盒。结果 采用OTB-2013（object tracking benchmark 2013）和VOT-2014（visual object tracking 2014）公开测试集验证所提跟踪算法的性能,在对多特征分层融合参数进行分析的基础上,与5种主流基于相关滤波的目标跟踪算法进行了对比分析。实验结果表明,本文算法的目标跟踪精度有所提高,其跟踪精度典型值比Staple算法提高了5.9%（0.840 vs 0.781）,同时由于有效地融合了3种特征,在多种场景下目标跟踪的鲁棒性优于其他算法。结论 提出的多特征分层融合跟踪算法在保证跟踪准确率的前提下,跟踪鲁棒性优于其他算法。当相关滤波跟踪算法采用了多个不同类型特征时,本文提出的分层融合策略具有一定的借鉴性。     

基于直方图主成分变化检测的跟踪算法

序列图像中运动目标尺度在发生变化时,难以被精确跟踪。为此,提出一种基于目标直方图主成分变化检测的跟踪算法。综合考虑目标与背景的特征显著性和相似性2个因素,建立比值关系进行量化分析,选取能够最大程度区分前景目标和背景的特征,并将区分度作为权值确定直方图中所选特征的区间数。通过分析目标直方图中主成分特征分量所占的总像素数,确定目标尺度变化情况。定义一种新的带宽计算准则,自适应调整跟踪窗大小。实验结果表明,该算法能够准确地对目标尺度变化进行检测。     

基于Mean-shift的改进目标跟踪算法

传统的Mean-shift目标跟踪算法对背景因素比较敏感,采用核加权直方图的方法计算目标模板与候选区域目标特征往往无法实现对运动目标的准确定位。在研究传统算法的基础上,改进了Mean-shift算法中目标特征选取机制,即目标模板采用背景加权,候选目标区域采用核加权。仿真结果表明,该方法实现了在复杂环境背景下对运动目标更加准确的跟踪。     

利用背景加权和选择性子模型更新的视觉跟踪算法

目的 针对传统Mean Shift算法对受背景干扰的目标无法进行有效跟踪并缺少有效的模型更新策略的问题,提出一种将背景加权和选择性子模型更新相结合的跟踪算法。方法 首先,在Mean Shift框架下,为了减少背景信息对目标定位的干扰,利用目标区域周围像素的颜色直方图定义背景加权系数,并将该系数只引入到目标模型的颜色直方图中,从而建立一个新的目标模型。然后,根据目标模型中每个分量匹配贡献度的大小选取需要更新的模型分量及其更新公式。结果 实验结果表明,本文算法能够抑制背景干扰,同时能对模型进行有效的选择性更新,克服了整体更新策略严重的模型漂移问题。结论 本文从模型描述和更新策略两个方面对传统Mean Shift算法进行了改进,实验结果表明本文算法具有较好的有效性和鲁棒性。