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。     

基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪

目的 针对现实场景中跟踪目标的快速运动、旋转、尺度变化、遮挡等问题,提出了基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪的方法。方法 利用卷积神经网络提取高、低层卷积特征并结合本文提出的核相关滤波算法计算并获得高底两层卷积特征响应图。采用Coarse-to-Fine方法对目标位置进行估计,在学习得到1维尺度核相关滤波器估计尺度的基础上实时更新高低两层核相关滤波器参数,以实现自适应的目标跟踪。结果 实验选取公开数据集中的典型视频序列进行跟踪,测试了算法在目标尺度发生变化、遮挡、旋转等复杂场景下的跟踪性能并与多种优秀的跟踪算法在平均中心误差、平均重叠率等指标上进行了定量比较,在Singer1、Car4、Jogging、Girl、Football以及MotorRolling视频图像序列上的中心误差分别为8.71、6.83、3.96、3.91、4.83、9.23,跟踪重叠率分别为0.969、1.00、0.967、0.994、0.967、0.512。实验结果表明,本文算法与原始核相关滤波算法相比,平均中心位置误差降低20%,平均重叠率提高12%。结论 采用卷积神经网络提取高低两层卷积特征,高层卷积特征用于判别目标和背景,低层卷积特征用于预测目标位置并通过Coarse-to-Fine方法对目标位置进行精确的定位,较好地解决了由于目标的旋转和尺度变化带来的跟踪误差大的问题,提高了跟踪性能并能够实时更新学习。在目标尺度发生变化、遮挡、光照条件改变、目标快速运动等复杂场景下仍表现出较强的鲁棒性和适应性。     

改进的核相关滤波器目标跟踪算法

针对传统单目标的核相关滤波器(KCF)跟踪算法在目标尺度变化的跟踪中存在的问题,提出了一种基于相关滤波器(CF)和尺度金字塔的多尺度核相关滤波器(SKCF)跟踪算法。首先通过传统KCF跟踪算法中分类器的响应计算当前目标是否受到遮挡,在未受到遮挡的情况下,对当前目标建立尺度金字塔;然后通过相关滤波器求取尺度金字塔的最大响应得到当前目标尺度信息;最后使用新目标图像为训练样本更新目标的外观模型和尺度模型。与核化的结构化输出(Struck)算法、KCF算法、跟踪-学习-检测(TLD)算法和多示例学习(MIL)算法进行对比,实验结果表明,所提出的多尺度核相关滤波器(SKCF)跟踪算法在五种算法中精确度和重合度都取到最高值。所提算法能够广泛应用于目标跟踪领域,对目标进行准确的跟踪。     

基于PF的窗口自适应Mean-Shift跟踪算法

在视频目标跟踪过程中,Mean-Shift算法存在着核函数带宽固定不变的缺陷,对尺度大小发生变化的目标无法进行有效跟踪。提出一种多尺度理论与粒子滤波器（PF）相结合的改进算法。通过粒子滤波器对多尺度理论统计得到的跟踪窗信息量进行预测修正,据此计算核窗宽大小变化的比例系数,实现跟踪算法的窗口自适应能力。实验结果表明,改进的跟踪算法对尺寸逐渐减小和逐渐增大的目标均能自动选择合适的跟踪窗口大小。     

基于多特征和尺度估计的KCF_MTSA算法

多模板尺度自适应核相关滤波器（KCF_MTSA）跟踪算法在目标移动模糊、旋转和尺度变化时跟踪距离精度与成功率较低。针对该问题,提出一种结合多特征和尺度估计的改进KCF_MTSA目标跟踪算法。采用方向梯度直方图和颜色名两种特征对目标进行表征,在训练阶段分别使用多模板核相关滤波器对上述特征进行训练,同时在检测阶段将两个滤波器的响应以权重形式进行自适应融合获取响应图实现目标定位,并使用一维相关滤波器进行目标尺度估计。实验结果表明,该算法的跟踪距离精度和准确率较改进前KCF_MTSA算法有明显提升,其距离精度和准确率分别提高15.8%和28.5%。     

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。     

基于KCF和SIFT特征的抗遮挡目标跟踪算法

为了解决KCF目标跟踪中由于目标遮挡和目标尺度的变化造成跟踪目标丢失的问题,对核相关滤波器(KCF)目标跟踪的框架进行了研究,提出了一种基于KCF和SIFT特征的抗遮挡目标跟踪算法,引入了一种目标跟踪丢失后重新搜索定位目标的策略。利用尺度金字塔估计出目标的尺度,实现跟踪框自适应目标尺度大小,通过核相关滤波器(KCF)跟踪算法对目标进行跟踪。跟踪过程中对目标遮挡情况进行判断,当目标遮挡时,对当前帧跟踪框内的目标提取SIFT特征,生成模板特征。提取下一帧视频图像的SIFT特征并与模板特征进行匹配,框出与模板特征相匹配的目标,对目标继续进行跟踪。通过TB数据库标准视频序列和实际环境拍摄的视频序列进行测试。实验结果表明,跟踪框能适应目标的大小,在目标发生遮挡的情况下,能够重新找到目标并进行准确跟踪。     

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。     

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。     

复杂场景下的改进核相关滤波跟踪算法

为解决视觉目标跟踪的遮挡、尺度变化及背景杂波问题,在核相关滤波算法基础上,引入平均峰值相关能量遮挡判据,提出一种自适应融合多特征的抗遮挡核相关滤波算法（AMFKCF）。初始化目标特征及尺度因子,将提取、融合的目标多个特征和尺度因子训练位置和尺度滤波器,得到目标的中心位置响应,根据遮挡判据,引入卡尔曼位置滤波器,对未遮和遮挡的目标中心位置进行补偿。AMFKCF算法与主流算法在CVPR 2013 Benchmark数据集中进行对比,结果表明,AMFKCF算法与主流算法相比精度提高了0.115,成功率提高了0.083,中心位置误差提高了14.67个像素,距离精度提高了9.75个百分点。能够较好地解决遮挡、尺度变化、背景杂波等问题,且兼具核相关滤波算法的优点。     

基于VGG网络的鲁棒目标跟踪算法

针对传统目标跟踪算法中当目标被遮挡和受光照强度变化等多种因素干扰时,相关滤波器模板更新不准确,误差逐帧累积最终导致目标跟踪失败,提出了一种基于VGG网络的鲁棒目标跟踪算法。首先通过VGG网络对第1帧输入图像中的局部上下文区域提取平均特征图来建立相关滤波器模板;然后通过VGG网络对后续帧输入图像中的局部上下文区域提取平均特征图和仿射变换平均特征图;其次与核相关滤波跟踪算法相结合,自适应确定目标位置和最终目标位置;最后自适应更新最终平均特征图和最终相关滤波器模板。实验结果表明,本文算法在目标被遮挡和受光照强度变化等多种因素干扰时,仍具有较高的目标跟踪精度和较强的鲁棒性。     

遮挡判别下的多尺度相关滤波跟踪算法

目的 复杂环境下,运动目标在跟踪过程中受尺度变换以及遮挡因素的影响,跟踪准确率较低。针对这一问题,提出一种遮挡判别下的多尺度相关滤波跟踪方法。方法 首先选取第1帧图像的前景区域,训练目标的位置、尺度滤波器和GMS（grid-based motion statistics）检测器。然后,通过位置滤波器估计目标位置,尺度滤波器计算目标尺度,得到初选目标区域。最后,利用相关滤波响应情况对初选目标区域进行评估,通过相关滤波响应值的峰值和峰值波动情况判断是否满足遮挡和更新条件。若遮挡,启动检测器检测目标位置,检测到目标位置后,更新目标模型;若更新,则更新位置、尺度滤波器和GMS检测器,完成跟踪。结果 本文使用多尺度相关滤波方法作为算法的基本框架,对尺度变化目标跟踪具有较好的适应性。同时,利用目标模型更新机制和GMS检测器检索目标,有效地解决了遮挡情况下的目标丢失问题。在公开数据集上的测试结果表明,本文算法平均中心误差为5.58,平均跟踪准确率为94.2%,跟踪速度平均可达27.5 帧/s,与当前先进的跟踪算法相比,本文算法兼顾了跟踪速度和准确率,表现出更好的跟踪效果。结论 本文提出一种新的遮挡判别下的多尺度相关滤波跟踪算法。实验结果表明,本文算法在不同的尺度变换及遮挡条件下能够快速准确跟踪目标,具有较好的跟踪准确率和鲁棒性。     

多相关滤波自适应融合的鲁棒目标跟踪

目的 由于目标在复杂场景中可能会发生姿态变化、物体遮挡、背景干扰等情况,目标跟踪仍然是一个具有挑战性的课题。目前判别性相关滤波方法在目标跟踪问题上获得了成功而又广泛的应用。标准的相关滤波方法基于循环偏移得到大量训练样本,并利用快速傅里叶变换加速求解滤波器,使其具有很好的实时性和鲁棒性,但边界偏移带来的消极的训练样本降低了跟踪效果。空间正则化的相关滤波跟踪方法引入空间权重函数,增强目标区域的滤波器作用,在增大了目标搜索区域的同时,也增加了计算时间,而且对于目标形变不规则,背景相似的情景也会增强背景滤波器,从而导致跟踪失败。为此,基于以上问题,提出一种自适应融合多种相关滤波器的方法。方法 利用交替方向乘子法将无约束的相关滤波问题转化为有约束问题的两个子问题,在子问题中分别采用不同的相关滤波方法进行求解。首先用标准的相关滤波方法进行目标粗定位,进而用空间正则化的相关滤波跟踪方法进行再定位,实现了目标位置和滤波模板的微调,提高了跟踪效果。结果 本文算法和目前主流的一些跟踪方法在OTB-2015数据集中100个视频上,以中心坐标误差和目标框的重叠率为评判标准进行了对比实验,本文算法能较好地处理多尺度变化、姿态变化、背景干扰等问题,在CarScale、Freeman4、Girl等视频上都表现出了最好的跟踪结果;本文算法在100个视频上的平均中心坐标误差为28.55像素,平均目标框重叠率为61%,和使用人工特征的方法相比,均高于其他算法,与使用深度特征的相关滤波方法相比,平均中心坐标误差高了6像素,但平均目标框的重叠率高了4%。结论 大量的实验结果表明,在目标发生姿态变化、尺度变化等外观变化时,本文算法均具有较好的准确性和鲁棒性。     

Spatial color histogram based center voting method for subsequent object tracking and segmentation

In this paper, we introduce an algorithm for object tracking in video sequences. In order to represent the object to be tracked, we propose a new spatial color histogram model which encodes both the color distribution and spatial information. Using this spatial color histogram model, a voting method based on the generalized Hough transform is employed to estimate the object location from frame to frame. The proposed voting based method, called the center voting method, requests every pixel near the previous object center to cast a vote for locating the new object center in the new frame. Once the location of the object is obtained, the back projection method is used to segment the object from the background. Experiment results show successful tracking of the object even when the object being tracked changes in size and shares similar color with the background.     

融合灰度和SURF特征的红外目标跟踪

由于红外图像对比度低、色彩信息匮乏且灰度级动态范围小,基于红外成像的目标跟踪一直是本领域研究的难点和重点。提出了一种融合灰度核直方图和SURF(speeded up robust features)特征的红外目标跟踪算法。在首帧采用灰度核直方图和SURF特征分别描述目标模板,在以后每帧中利用均值漂移算法快速找到局部最优解。考虑到灰度直方图特征信息量少,跟踪误差逐渐累积,采用改进的SURF特征点匹配算法估算当前帧目标尺度和中心位置,及时修正累积误差,避免跟踪窗口漂移且能自适应调整跟踪窗口大小,此外更新目标模板,最终准确跟踪目标。真实场景实验结果表明,本文算法在目标外观发生较大尺度变化、周边具有相似表观物体时能稳定跟踪目标,具有很强的稳健性,且满足实时性要求。     

结合尺度估计MST和粒子滤波的视频目标跟踪

在视频序列的实时目标跟踪中,针对经典均值漂移跟踪（MST）方法不能应对遮挡、尺度变化等问题,提出一种结合MST、自学习尺度探测器和粒子滤波的跟踪方法。采用MST算法在视频帧中跟踪目标,当目标收敛到局部最小值时重新初始化目标。提出一种基于在线学习的探测器,用来自适应更新MST的目标模型,使其能够自动调整目标尺度。另外,当出现完全遮挡时,启动粒子滤波器,通过概率计算来估计目标位置,使MST能够在目标离开遮挡时恢复跟踪。在通用数据集PETS视频序列上的实验结果表明,相比其他几种较新的MST方法,提出的方法具有更高的跟踪准确性,可以应用于实时检测和目标跟踪等应用中。     

Mean Shift跟踪算法中尺度自适应策略的研究

标准Mean Shift跟踪算法缺乏尺度自适应机制,一种常见的尺度自适应策略是在上一帧尺度及上一帧尺度基础上增/减10%3个尺度下执行3次标准Mean Shift算法来确定本帧的尺度。本文在一组典型场景下对这种方法进行了实验研究,发现它存在两个缺陷,即有时不能防止尺度在小于真实尺度处徘徊;对快速尺度变化适应性差。其中任何一个缺陷都可能引起大的尺度定位偏差,从而降低跟踪器的鲁棒性。在对上述缺陷深入分析的基础上,修正了最优带宽的判别条件,给出了自适应滤波器参数的设计方法,从而得到了一种改进的尺度自适应算法。多种场景下的实验结果表明了这种算法的有效性。     

基于多子块联合估计的相关滤波跟踪

针对遮挡情况下相关滤波算法跟踪精度下降的问题,提出了一种基于多子块联合估计的核相关滤波跟踪方法。首先依据初始帧跟踪框的几何特征对目标自适应分块,并采用KCF方法对各子块独立跟踪得到联合置信图;然后以上帧目标的位置及尺度作为先验信息对搜索区域采样,同时将样本框中置信图的权值密度作为观测值,利用粒子滤波算法实现候选目标的最优估计;最后对置信度较低的子块反向投影至上帧图像进行遮挡检测,防止模板错误更新。定性和定量实验结果表明,该方法与原始KCF算法相比跟踪精度提升约10%,具有良好的抗遮挡性,并对目标尺度变化具有一定的估计能力。     

分离窗口快速尺度自适应目标跟踪算法

针对核相关滤波器（KCF）跟踪算法在面对尺度变化时产生的目标漂移问题，提出一种分离窗口快速尺度自适应目标跟踪算法——FSACF。首先，通过直接对原始帧图像进行特征提取得到基于显著性颜色特征的全局梯度组合特征图，以减小后续的尺度计算对性能的影响；其次，对全局特征图采用分离窗口法，自适应地选取尺度大小并计算对应的最大响应值；最后，采用定义的置信度函数自适应地更新迭代模板函数，提高模型的鲁棒性。通过带有不同干扰属性的视频集上进行实验，发现FSACF算法与KCF算法相比，在精度上提升7.4个百分点，成功率提高12.8个百分点；与未采用全局特征和分离窗口的算法对比，处理速度上提升1.5倍。实验结果表明，FSACF算法在尺度变化发生时能有效避免目标漂移的产生，同时具有一定的效率，并在精度与成功率上均优于对比算法。