采用核相关滤波器的自适应尺度目标跟踪

由于现存的大多数基于检测的跟踪器都没有解决尺度变化问题,本文在传统的基于检测的目标跟踪框架下设计了一种尺度估计策略,并给出了基于核相关滤波器的自适应尺度目标跟踪算法。该算法利用核函数对正则化最小二乘分类器求解获得核相关滤波器,通过对核相关滤波器的在线学习完成目标位置和尺度的检测,并在线更新核相关滤波器。为了验证本文算法的有效性,选取了10组场景复杂的视频序列进行测试,并与其它5种优秀跟踪方法进行了对比。结果表明,本文提出的方法比上述5种优秀跟踪方法中的最优者的平均距离精度提高了6.9%,且在目标发生尺度变化、光照变化、部分遮挡、姿态变化、旋转、快速运动等复杂场景下有较强的鲁棒性。     

基于多特征融合的运动目标跟踪方法

采用单一特征描述目标和传统模型更新方法对目标进行跟踪难以适应目标的遮挡、形变以及复杂场景变化等问题。针对此问题,提出一种多特征融合和选择性更新模型的相关滤波器跟踪算法。分别利用方向梯度直方图和颜色特征训练滤波器模型,在检测阶段根据不同特征响应图的峰值旁瓣比和加权融合两种特征;根据每帧最终目标位置响应图的峰值旁瓣比,判断目标是否发生遮挡,发生遮挡时则不更新模型,下一帧中继续使用当前模型进行跟踪。选取公开测试视频集中12段视频序列与多个前沿运动目标跟踪算法进行对比实验,结果显示,相对于次优的基于颜色特征(color names,CN)的算法,平均中心位置误差减少了25.12像素,平均跟踪精度提高了29.31%。实验结果表明,在目标发生尺度变化、遮挡和光照变化等情况下,该算法可以稳定、准确跟踪运动目标。     

利用最佳伙伴相似性的改进空间正则化判别相关滤波目标跟踪

针对空间正则化判别相关滤波跟踪算法(SRDCF)在目标发生遮挡、尺度变化和形变情况下的跟踪失败问题,提出利用最佳伙伴相似性的改进SRDCF目标跟踪算法。首先,以SRDCF算法为基础,利用双层搜索策略解决目标跟踪中的目标定位问题和尺度估计问题;然后,利用一种新颖的鲁棒模板匹配技术,通过融合空间权重、相关滤波得分和最佳伙伴相似性得分来估计候选目标位置,解决遮挡情况下的目标重定位问题;最后,采用自适应模板更新策略解决遮挡情况下模板漂移问题。本文采用OTB-2013数据集评估本文算法的性能,同时与34种流行算法进行比较,结果表明本文算法的精确度得分和成功率得分分别为0.853和0.648,相比传统的SRDCF算法分别提高1.79%和3.51%。本文算法能很好地解决目标遮挡、尺度变化和形变情况下的目标跟踪问题,具有一定研究价值。     

特征融合和模型自适应更新相结合的相关滤波目标跟踪

提出了一种基于自适应特征融合和自适应模型更新的相关滤波跟踪算法(CFT)。该算法在跟踪的训练阶段利用损失函数计算特征的自适应权重,在检测阶段对不同特征的响应图进行加权求和,从而实现了响应图层面的自适应特征融合。设计了自适应的模型更新策略,采用响应图的峰值旁瓣比判断是否发生遮挡或错误跟踪,据此决定是否在当前帧更新目标模型。在11个视频序列上对所提算法进行了实验,验证了所采用的自适应特征融合策略和自适应模型更新策略的有效性。与多个传统的采用单特征的相关滤波跟踪算法进行了比较,结果显示,所提算法的跟踪精度和成功率典型值分别提升了18.2%和11.5%。实验结果验证了特征融合和自适应模型更新对跟踪算法的改进具有指导意义。     

融入运动信息和模型自适应的相关滤波跟踪

为解决余弦窗的影响和复杂场景中的目标遮挡问题,提出了一种融入运动信息和模型自适应的相关滤波跟踪算法。采用HOG特征和颜色直方图特征互补结合的框架,引入卡尔曼滤波和上下文感知滤波器,可以解决余弦窗的影响;引入一种高置信度检测方法和一种新的模型自适应更新方法,可以解决目标遮挡的问题。将提出的算法在OTB-2015测试集与其他6种相关滤波类算法进行比较,实验结果表明,该算法精确度和成功率分别为0.821和0.615。相对于Staple-CA算法,精确度提升了1.3%,成功率提升了2.8%,同时,算法速度为54.34 帧/s,满足实际工程实时性要求。     

引入再检测机制的孪生神经网络目标跟踪

针对全卷积孪生神经网络SiamFC在目标快速运动、相似干扰较多等复杂场景下跟踪能力不足的问题,本文引入SINT作为再检测网络对SiamFC进行了改进。本文算法在跟踪响应图出现较多波峰时,启用精确度更高的再检测网络对波峰位置进行重新判定。同时,本文采用了生成式模型构建模板来适应目标的各种变化,以及高置信度的模型更新策略来防止每帧更新可能对模板带来的污染。在OTB2013上对算法性能进行了测试,并选取了9个主流的目标跟踪算法进行对比,本文算法的跟踪精确度达到了88.8%,排名第一,成功率达到了63.2%,排名第二,相比SiamFC有很大地提升。对不同视频序列的分析结果表明,本文算法在目标快速运动、严重遮挡、背景杂波、光照变化和长期跟踪等场景下具有较强的准确性和鲁棒性。     

一种改进的基于光流法的运动目标跟踪算法

运动目标跟踪需要从背景中准确地检测出感兴趣目标并实现有效率的跟踪。文章结合Codebook模型和光流法提出了一个新的目标跟踪方法,首先用Codebook模型检测得到感兴趣目标,然后提取感兴趣目标内部的特征点并用光流法进行跟踪,跟踪过程中实时更新用以跟踪的目标内部的特征点。当目标发生遮挡时,采用Kalman滤波器预测目标的位置,遮挡结束后根据Kalman滤波器预测的位置和Codebook检测结果重新初始化感兴趣目标内部的特征点。实验结果表明,该算法具有较好的鲁棒性和较高的准确率,能够满足实时跟踪的要求。     

基于双模型的相关滤波跟踪

为解决因边界效应导致相关滤波跟踪算法不够稳健及其不能适应尺度变化的问题,提出了一种基于双模型的相关滤波跟踪算法。将目标跟踪分为位置预测和尺度预测两部分,在位置滤波器模型进行位置预测阶段,先通过对待测样本进行样本增强处理,使得到的样本更符合实际场景。再通过交替方向乘子法进行位置滤波器的迭代求解,最后得到估计的目标位置。在尺度滤波器模型进行尺度预测阶段,通过在估计的目标位置处构建多尺度金字塔来训练尺度滤波器,再求解得到目标的尺度,将双模型得到的结果作为最终的跟踪结果。最后通过引入一个遮挡判据来判断是否更新模型以提高算法的鲁棒性。实验表明,改进算法和经典的相关滤波跟踪算法相比,在跟踪成功率上提高了18%,在跟踪精度上提高了11%。在目标被遮挡、自身尺度变化时,改进算法仍能稳定跟踪。     

抖动干扰下运动目标精准检测与跟踪算法设计

针对在抖动干扰下运动目标检测精度较差的问题,提出了一种基于光流法与三帧差分法的运动目标检测算法,首先用基于卢卡斯-卡那得(LK)光流法的稳像算法对视频去抖,然后用三帧差分法提取目标。仿真结果表明,稳像后的峰值信噪比(PSNR)值提高了3.6 dB左右,所设计算法在抖动干扰下能够准确提取出目标,在测试平台上的平均处理速度为28fps;同时,针对传统核相关滤波(KCF)算法对尺度变化和部分遮挡目标跟踪性能较差的问题,设计了一种改进的KCF算法,通过对目标构造图像金字塔,计算滤波器在图像金字塔不同层上的响应,找到响应最大层并更新下一帧目标位置,同时加入了遮挡检测机制,减小目标遮挡对跟踪的影响。仿真结果表明,改进后的算法对尺度变化和部分遮挡的目标跟踪鲁棒性更优,可实现对目标的稳定跟踪,处理速度为33 fps。通过与KCF算法进行比较说明该算法的准确率提高了4.2%,成功率提高了11.8%。     

基于自适应标签和稀疏学习相关滤波的红外目标跟踪算法研究

针对背景杂乱、遮挡、热交叉以及目标形变等复杂跟踪场景下目标跟踪算法出现性能严重退化问题,提出一种基于自适 应标签和稀疏学习相关滤波的实时红外单目标跟踪算法。 首先,根据目标响应情况自适应地构造样本标签,通过自适应标签训 练提升相关滤波器的分类能力,抑制干扰区域对跟踪模型的污染。 其次,加入稀疏学习策略,通过目标响应 L1 范数抑制复杂跟 踪场景下目标响应多峰分布,提高跟踪算法的鲁棒性;与基线算法相比,该算法精度和 AUC 分别提升了 19. 3% 和 39. 8% 。 在数 据集 GTOT、RGBT234 和 VOT-2016TIR 上的实验结果表明,该算法对上述复杂跟踪场景具有良好的应对能力,运行速度超过 35 fps,综合性能优于对比跟踪算法。     

一种改进的均值移位红外目标跟踪算法

为了增强复杂背景条件下红外目标跟踪的稳健性,提出了一种改进的均值移位目标跟踪算法。该算法融合了均值移位的梯度匹配搜索策略的优势与基于特征分类跟踪算法强鲁棒性的优点,建立了灰度似然比加权的核直方图目标表征模型。模型中加入了目标与局部背景灰度特征的似然比作为原始核直方图的权值,应用该模型的均值移位算法能够进一步提高目标像素灰度的移位权重,有效抑制背景干扰,进而提高低对比度目标跟踪的稳健性。同时,基于跟踪复杂度估计提出了目标遮挡情况下的模型更新判别准则,提高了算法的自适应性能。实测红外目标跟踪实验表明了该算法简单、有效。     

融合距离信息的红外自适应相关跟踪

研究了在雷达/红外复合制导中如何将雷达的距离信息应用于红外图像序列的目标跟踪。针对目标渐进的图像序列,通过分析图像放大对相关性的影响,制定了一种根据弹目距离确定模板更新周期的模板更新策略。将距离更新、定时更新和基于目标模板缓冲区的模板更新相结合,提出了一种融合距离信息的自适应模板更新算法。以一座大楼为目标,验证了该方法的有效性。结果表明,该方法对目标渐进的图像序列有较强的自适应性,比传统方法大大提高了跟踪精度和跟踪稳定性,对实验中各类图像的跟踪正确率达90%以上。     

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。     

基于色度饱和度-角度梯度直方图特征的尺度自适应核相关滤波跟踪

针对核相关跟踪算法(KCF)对特征敏感及无法跟踪尺度的问题,本文从特征提取和尺度自适应两个方面对核相关滤波跟踪算法进行了研究。提出了一种基于色度饱和度-角度梯度直方图特征的自适应核相关跟踪算法来改善KCF算法的跟踪性能。首先,研究了HSI颜色空间的特点,基于颜色和梯度是互补的图像特征,提出了一种融合了梯度和颜色的HHS-OG特征来有效提高原始KCF算法对目标和背景的判别力。其次,针对KCF无法处理目标尺度变化的问题,在跟踪的检测阶段采用一组固定的尺度因子进行图像块采样,根据得到的滤波响应图估计目标的最优位置和尺度。将所提算法在大量视频序列上进行了跟踪实验,结果显示其平均跟踪速度为37.5frame/s,跟踪精度和成功率分别提升了5.4%和10.1%。实验表明HHS-OG特征具有良好的目标-背景判别能力,能够实现鲁棒跟踪,而尺度自适应策略能较大程度地提高跟踪精度。     

视频监控系统中的概率模型单目标跟踪框架

针对视频监控的特点与跟踪目标的强机动性,提出了一种新的基于概率模型的目标跟踪框架,从目标表观模型、系统动态模型以及系统观测模型3个方面对当前标准的粒子滤波目标跟踪方法进行了改进。首先,考虑人眼细胞的分布特点,基于人眼分布结构建立目标表观模型来提高跟踪系统抵抗局部遮挡的能力;然后,建立基于自适应目标运动的系统动态模型,提高跟踪算法对快速机动目标的鲁棒性;最后,采用实时更新的系统观测模型,有效避免目标在遇到遮挡、光照变化、剧烈变形等情况下发生的跟踪漂移现象。实验结果表明,本文算法的正确跟踪率可达98%;平均跟踪误差小于6个像元。实验证明本文算法在保证系统跟踪精度要求的同时,具有计算量小、抗干扰能力强等特点。     

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。