L1-L2范数联合约束的鲁棒目标跟踪

针对稀疏原型跟踪方法中未考虑正交模板系数的密集性的问题,本文提出一种L1-L2范数联合约束的鲁棒目标跟踪。首先,该方法建立基于L1-L2范数联合约束的目标表示模型,对PCA基模板系数和琐碎模板系数分别进行L2范数和L1范数正则化约束,不仅提高了跟踪的准确性,而且保证了对目标遮挡的鲁棒性;其次,针对目标表示模型的优化问题,运用岭回归和软阈值收缩方法快速迭代求解PCA基模板系数和琐碎模板系数;最后以粒子滤波为框架,利用目标未被遮挡部分的重构误差和稀疏噪声项建立观测模型,并结合提出的L1-L2范数联合约束的算法实现目标跟踪。实验结果表明,与5个现有的跟踪算法相比,本文的跟踪算法具有更好的准确性和鲁棒性。     

基于Borda投票加权的子模块稀疏表示鲁棒模式识别算法

利用子模块稀疏表示进行分类时,具有遮挡或强烈光照变化的子模块中各类残差可能很相近,此时正确类别残差可能不是最小,依据稀疏表示分类的残差最小判别准则将导致子模块错误分类,影响最终判别结果.针对此问题,提出基于Borda投票加权的子模块稀疏表示分类算法.首先利用Borda分别对子模块中的每类进行投票,然后利用子模块稀疏度和子模块残差确定该子模块的可信度权重,依据子模块可信度权重将所有子模块中每类票数进行加权求和,进行最终分类判别.实验结果表明,当图像具有遮挡或强烈光照变化时,提出的分类算法具有很好的有效性和鲁棒性.     

基于均值漂移算法的水下视频目标跟踪

鉴于水下的特殊环境,本文利用均值漂移算法对水下视频中的运动目标进行跟踪.首先对水下视频目标对象和候选目标对象分别建立RGB颜色分布加权直方图模型,将这两个模型进行匹配,匹配度用Bhattacharrya系数来表示,搜索出与目标最匹配的候选目标并且更新目标模型,依此类推,从而在视频序列中实现目标跟踪.仿真实验证明,基于均值漂移算法的目标跟踪能够克服水下视频环境中干扰运动目标跟踪的因素:水波、倒影、气泡、游泳池浮标的遮挡等,进一步与基于Kalman滤波器的水下目标跟踪相比(对比),目标跟踪结果表明本文所用的算法能够对水下这种复杂背景的运动目标进行稳定实时的跟踪.     

采用稀疏表示的红外图像自适应杂波抑制

针对红外图像中弱小目标的检测问题,提出了一种基于图像稀疏表示的自适应杂波抑制方法.首先,采集500帧红外图像样本,通过训练学习构造包含图像各个层次结构特征的多成分超完备字典;然后,通过红外图像的协方差自适应地选择与图像子块对应的超完备字典对图像进行稀疏表示,利用匹配追踪算法得到子图像在超完备目标字典下的最佳表示系数;最后,根据表示系数以及对应的原子向量对图像子块进行重构,从而得到突出红外小目标的高信噪比重构图像,实现杂波抑制.不同环境下的多项实验表明,该算法可在复杂背景下自适应地抑制杂波,提高图像的信噪比;通过简单的阈值分割可以分开目标和背景,为之后的目标检测处理奠定基础.得到的性能评价指标显示:本算法计算量较小,实时性较强,鲁棒性较强,易于硬件实现.     

基于多尺度分割的高光谱图像稀疏表示与分类

针对高光谱特征的稀疏表示,提出了一种基于多尺度分割的空间加权算法用于高光谱图像分类。该算法采用更合理的邻域定义挖掘空间先验信息,优化类边缘像元的稀疏表示。首先,通过多尺度分割提供邻域空间约束;结合拉普拉斯尺度混合(LSM)先验,分别对每个邻域组内像元进行空间加权的稀疏表示。然后,采用概率支持向量机(SVM)分类,同时提供像元的分类标签及其置信度。最后,以此置信度为权重,对多尺度分类图进行加权融合,生成最终的分类图。实验显示,本文算法能够增强光谱特征表示的稀疏性和鲁棒性,提高总体分类精度;在小样本训练下,单类的分类精度可提升30%左右,表明该算法在高光谱应用中具有较强的实用性。     

一种基于加权子空间的稀疏表示DOA估计算法

针对未知互耦条件下的波达方向（DOA）估计问题,本文提出一种未知互耦条件下基于加权子空间（WSF）的稀疏表示DOA估计算法。新算法在原有l1范数优化模型基础上引入一个子空间加权矩阵,并推导出了一个使得DOA估计方差取得最小值的最优子空间加权矩阵。仿真实验表明在低信噪比情况下,新算法能进一步提高稀疏表示估计算法的抗噪能力,获得更好的估计精度。     

基于自适应超完备稀疏表示的图像去噪方法

基于超完备字典的图像稀疏表示是一种新的图像表示理论,利用超完备字典的冗余性可以有效地捕捉图像的各种结构特征,从而实现图像的有效表示.当前稀疏表示的理论研究主要集中在稀疏分解算法和字典构造算法两方面.本文提出一种新的超完备字典构造算法:K-LMS算法,该算法由K均值聚类算法泛化获得,可用于超完备字典的自适应更新,以实现图像的有效表示.针对图像去噪问题,本文给出一种基于超完备稀疏表示的去噪方法,该方法利用图像在超完备字典上的自适应稀疏分解,通过阈值处理的方法实现了图像去噪,实验结果证实了本文所提方法的有效性.     

应用Mean Shift和分块的抗遮挡跟踪

针对传统Mean Shift跟踪算法在目标发生遮挡时容易跟偏甚至跟丢的缺陷,提出了一种新的抗遮挡跟踪算法。首先,对跟踪窗口内的目标进行分块;然后,对外围子块分别实施Mean Shift跟踪算法并检测遮挡的发生,当遮挡发生后即对所有子块实施Mean Shift跟踪算法;最后,引入一种子块置信度机制并仅用置信度最高的子块来确定目标的最终位置,从而在目标发生遮挡时能有效剔除被遮挡子块对目标定位的影响。对不同的视频序列测试的结果显示,本算法能对发生遮挡的目标进行准确跟踪。当遮挡目标尺寸为70pixel×100pixel时,平均处理时间为38.6ms/frame。结果表明,改进算法能够满足目标跟踪系统稳定性和实时性的要求。     

改进的均值移位红外目标跟踪

提出了一种改进的均值移位红外目标跟踪算法,该算法融合了基于均值移位的梯度匹配搜索策略与基于特征分类的跟踪算法。以目标与局部背景灰度特征的似然比作为目标区域核直方图的权值,建立了改进的目标表征模型。以Bhattacharyya系数作为相似性度量,在均值移位框架下推导了应用该目标模型下移位向量的表达形式。同时,提出了基于跟踪复杂度估计的目标遮挡情况下的模型更新判别准则。实验结果表明,该算法能够提高目标像素灰度的移位权重,抑制背景干扰,对于低对比度红外目标的跟踪具有稳健的性能,在正确跟踪情况下平均Bhattacharyya系数保持在0.97以上。     

基于Gabor特征和遮挡字典的带遮挡人耳识别

通过引入遮挡字典来编码图像受遮挡部分,稀疏表示分类方法在带有遮挡情况下的人耳识别中能够取得较好的识别性能。然而,常规的利用单位阵作为遮挡字典的方法会对稀疏模型求解带来很大的计算量。提出了一种基于Gabor特征和Gabor遮挡字典的稀疏表示分类方法。利用图像的Gabor特征构造无遮挡字典,因为这种局部特征在姿态变化或遮挡情况下具有一定的鲁棒性。通过学习算法计算出比单位阵遮挡字典更为合理的Gabor遮挡字典,使得图像中被遮挡部分在遮挡字典上的稀疏编码具有更大的稀疏度。在两个人耳图像库上的实验结果表明,相比已有的基于稀疏表示的人耳识别方法,该方法在遮挡情况下能够取得更好的识别效果;对真实环境中存在头发遮挡的人耳识别,也能够取得较好的识别性能。     

基于张量低秩分解和稀疏表示的红外微小气体泄漏检测

为了检测石化工业生产过程中微小气体的泄漏,提出了一种应用红外成像技术的单帧红外小目标检测方法。研究了低秩稀疏分解理论和稀疏表示理论,并提出了一种新的基于张量低秩分解和稀疏表示的小目标检测方法。该方法基于张量分解的形式充分发掘背景矩阵所包含的信息;利用先验知识构造微小气体泄漏的目标字典;同时利用背景的低秩约束和小目标的稀疏表示约束分解出微小气体的泄漏目标。最后基于非精确增广拉格朗日乘子法(IALM),对本文算法进行最优化求解,并通过实验分析比较了本文方法和已有方法的优缺点。结果表明:本文方法的检测效果优于其他已有方法,并且具有较好的ROC(受试者工作特征)曲线,可以满足工业生产中对微小气体泄漏检测的要求。     

基于字典相干性优化的稀疏分类在发动机空燃比故障识别中的应用

稀疏分类直接把故障样本作为原子会造成分类字典相干性较高,进而影响稀疏分类精度,为此提出一种通过有效降低分类字典相干性来提高稀疏分类效果的优化算法。该方法首先通过传播聚类算法获取分类子字典的代表原子,然后基于极分解和子空间旋转法对子字典进行相干性优化。在某型发动机上的实验结果表明,该算法在低相干性字典上能够对怠速和2000r/min工况下的5种常见空燃比故障进行高精度识别。     

利用视觉显著性和扰动模型的上下文感知跟踪

为了解决背景嘈杂、遮挡、形变和尺度变化情况下目标跟踪问题,提出利用视觉显著性和扰动模型的上下文感知跟踪。本文以相关滤波算法为基础,将目标周围的上下文信息引入到分类器学习过程中,构造了上下文感知相关跟踪,提高了算法鲁棒性;同时引入直方图扰动模型,利用加权融合的方法获得目标响应图,以此估计目标位置变化;最后利用视觉显著性构建目标稀疏显著性图,解决严重遮挡情况下的目标重定位问题,并利用尺度估计策略解决目标尺度变化问题。利用公开数据集测试算法性能,并与8种流行跟踪算法进行比较。实验结果表明,本文算法的跟踪精确度得分和成功率得分分别为0.695和0.708,均优于其它算法。与传统的相关滤波算法相比,所提算法能很好地解决背景嘈杂、遮挡、形变和尺度变化等复杂下的目标跟踪问题,具有一定理论研究价值和工程实用价值。     

自适应模板更新和目标重定位的相关滤波器跟踪

针对核相关滤波器在跟踪中因目标快速运动导致的目标易丢失和部分遮挡问题,本文在多特征尺度自适应核相关滤波器(Scale Adaptive with Multiple Features tracker,SAMF)基础上,提出一种融合自适应模板更新和预测目标位置重定位的核相关跟踪算法。采用联合目标移动速度和特征变化的模板更新机制增大对目标快速运动适应性,根据长时滤波器和短时滤波器协作跟踪提出目标位置修正和重定位模型提升跟踪器应对目标部分遮挡的能力。在OTB-2015视频序列集100组序列中与序列集提供的算法进行对比,本算法跟踪精度相比SAMF提升2%。在目标发生快速移动时本文算法具有更好的追踪目标能力,目标重定位也很好地解决了目标部分遮挡问题。     

遮挡环境下采用在线Boosting的目标跟踪

针对被跟踪目标在发生严重遮挡时采用基于自学习方法的在线Boosting算法易导致错误累积而产生“漂移”甚至目标丢失的问题,提出了一种基于子区域分类器的在线Boosting算法.首先,将特征池划分为多个子区域分类器对应的子区域特征池;然后,在跟踪过程中自适应地选取子区域分类器来组成强分类器以剔除被遮挡子区域对目标定位的影响;最后,采用对子区域特征池进行部分更新的方法有效解决了特征在线更新时的错误累积问题.对不同视频序列测试的结果表明,当目标大面积被遮挡时本算法能准确定位目标,目标大小为36 pixel×40 pixel时的处理帧率为15 frame/s.与传统在线Boosting算法相比,本算法对发生严重遮挡的目标仍能进行准确跟踪.     

遮挡环境下基于路侧异源雷达融合的多交通目标鲁棒跟踪方法

多目标跟踪是保障自动驾驶行驶安全与效率的基础,其获取的数据广泛应用于自动驾驶运动规划、驾驶决策等上层应用。传统多目标跟踪方法在遮挡环境下往往存在目标丢失、错位的现象,针对这一问题,本文提出了基于异源雷达融合与遮挡预测模型的鲁棒跟踪方法。首先,基于激光雷达与毫米波雷达的局部观测一致性方程,提出了一种基于多目标运动约束与全局最大匹配的多传感动态自标定算法。其次,针对完全遮挡环境下因观测数据缺失导致的跟踪中断问题,提出了一种基于异构雷达融合无迹卡尔曼滤波与长短期时序神经网络的混合监督目标位置预测方法。通过实验表明,本文提出的方法在完全遮挡环境下可有效补全至少81%断开的多车辆目标轨迹,且相比于最先进的方法,能够实现更为可靠的多交通目标跟踪。     

结合标准对冲与核函数稀疏分类的目标跟踪

针对经典稀疏分类目标跟踪算法在噪声,遮挡等恶劣环境下精度不高的问题,提出了一种新的目标跟踪算法。该算法在标准对冲框架下结合了核函数稀疏分类方法以及自适应字典更新方法,能够较好地适应类间相似度较高与目标外形变化较大等恶劣情况。核函数技巧能够增强分类器性能,但通用方法求解凸优化问题的效率较低,不能满足目标跟踪问题的实时性要求,故提出用核函数随机坐标下降(KRCD)算法来高效求解稀疏系数,并使用核函数稀疏分类方法(KRCD-SRC)来计算各个粒子的代价值。为了避免模板漂移问题,解释了目标字典和背景字典的在线更新方法。最后,结合标准对冲算法估算目标的状态信息。在使用50个粒子进行跟踪时,本文算法的处理帧率能够达到14frame/s。相比其它几种经典目标跟踪算法,本文算法具有更好的精确性和鲁棒性。     

适应移动智能设备的目标跟踪器

针对增强现实技术在移动智能设备上应用需求,设计了一种适应移动智能设备嵌入式系统的目标跟踪器。在特征描绘阶段采用亮度信息进行二值特征的快速分割并建立强显著性的二值特征描绘器;在特征选择阶段提出一种稀疏跟踪搜索模板进一步提高跟踪算法的执行效率。然后,在跟踪器中建立了存储目标初始信息的静态库与不断更新目标外观或运动变化信息的动态库,通过对比静、动态库与搜索模板区域中的信息确立跟踪目标位置。对跟踪器执行时间进行了对比,结果表明:在保证较高的跟踪精度条件下,采用稀疏搜索模板能明显改善算法的执行时间,将搜索半径设为10可在绝大多数情况下满足跟踪器的实时要求。对跟踪器的有效能力亦进行了对比,结果显示:在3组不同搜索半径下,提出的DBRISK描绘方法的平均跟踪误差相对于BRISK(Binary Robust Invariant Scalable Keypoints)方法分别下降了16%、28%和29%。实验表明:提出的方法能够明显改善跟踪器的信息提取准确度,适用于计算能力有限的移动智能设备。     

基于均值偏移快速算法的红外目标跟踪

在光电跟踪设备中,传统的嵌入式跟踪器一般采用形心、相关等算法,在复杂背景下或目标受到遮挡时会丢失目标。为了能够使目标跟踪器具有抗遮挡的能力,在嵌入式目标跟踪平台上引入了均值偏移算法。在硬件的设计上,利用FPGA并行运算效率高的特点,设计了基于FPGA的直方图统计计算模块,该模块实时的将每一帧的直方图计算结果存储在SDRAM上,然后利用DSP进行均值偏移的迭代运算,在算法上针对红外图像设计了融合图像位置和像素灰度特征的改进核函数直方图作为目标特征,并提出了改进的快速均值偏移算法使其满足DSP的运算速度要求。实验表明系统在背景复杂和目标受局部遮挡时可以连续跟踪目标。跟踪性能好于传统的以型心为算法的跟踪器。在目标区域大小为64×64像素大小时,平均计算速度为22 ms。该系统和所使用的算法可支持大部分红外相机对目标的实时稳定跟踪。