基于云边协同的煤矿井下尺度自适应目标跟踪方法

煤矿井下监控视频中的运动目标通常存在较大的尺度变化和形变,导致基于计算机视觉的目标跟踪算法准确率不高,且海量的视频数据导致基于云端的集中式数据处理方式难以满足目标跟踪的实时性要求。针对上述问题,提出了一种基于云边协同的煤矿井下尺度自适应目标跟踪方法。设计了基于深度估计的尺度自适应目标跟踪算法,通过构建深度-尺度估计模型,利用目标深度值估计尺度值,实现尺度自适应目标跟踪,解决了目标尺度变化和形变导致跟踪准确率不高的问题;设计了一种基于云边协同的智能监控系统架构,将尺度自适应目标跟踪算法细粒度划分后的子模块按所需计算资源分别部署在系统的边缘端和云端,通过边缘端和云端的分布式并行处理提高算法运行效率,解决了集中式数据处理方式实时性差的问题。将基于云边协同的煤矿井下尺度自适应目标跟踪方法应用于煤矿井下视频序列,对其跟踪性能和实时性能进行实验验证,结果表明：与核相关滤波（KCF）、判别型尺度空间跟踪（DSST）算法、基于多特征融合的尺度自适应（SAMF）算法3种经典目标跟踪算法相比,基于深度估计的尺度自适应目标跟踪算法在煤矿井下目标出现较大尺度变化和形变时,具有更高的跟踪精度和成功率;与传统的云...     

抗遮挡与尺度自适应的改进KCF跟踪算法

核相关滤波(kernel correlation filter,KCF)目标跟踪算法在目标发生尺度变化或受长时间遮挡时无法实现准确跟踪.对此,提出一种融合窗口滤波的抗遮挡尺度自适应的目标跟踪算法.首先,利用快速尺度估计对跟踪目标进行尺度变换;然后,当检测到目标受到遮挡时停止对分类器模型的更新,融合加权窗口滤波器对目标位...     

融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法

针对现实场景中跟踪算法因背景杂乱、遮挡、尺度变化、目标形变等情况易导致跟踪失败的问题,提出融入深度特征的多模板相关滤波跟踪算法.首先对图像或图像区域分别提取深度特征和Color Name特征,经过核相关滤波器学习得到不同的模板;然后采用核相关滤波跟踪算法获得2个特征下的响应集合,并对所得到的集合进行加权融合得到最终的目标位置;最后使用贝叶斯统计通过最大化后验的方式估计最佳目标尺度,同时更新核相关滤波器参数,以实现自适应尺度的目标跟踪.在OTB2013和OTB2015这2个基准数据库上进行实验,并与当前6种优秀的算法进行比较,结果表明该算法性能最优,在2个数据集上的成功率OP(AUE)较KCF算法分别提升10.7%和12.4%.     

基于卷积特征深度融合的海上目标跟踪算法

针对海上复杂环境下深度学习方法跟踪速度慢和尺度变化问题,以及现有跟踪算法仅使用单层深度特征或手动融合多层特征的问题,提出一种基于卷积神经网络特征深度融合的多尺度相关滤波海上目标跟踪算法。以VGG-NET-16深度模型为基础,加入多层特征融合结构,实现深度卷积融合网络,用于特征提取,通过相关滤波算法构建定位滤波器,确定目标的中心位置,通过多尺度采样构建尺度滤波器,实现对目标的判断。实验结果表明,该算法可对海上移动目标实现多尺度的有效跟踪。     

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。     

改进的KCF算法在车辆跟踪中的应用

针对核相关滤波算法(KCF)在复杂道路场景下难以应对因车辆尺度变化,遮挡及旋转而不能继续跟踪的问题,提出了一种新的跟踪方法来更好地实现复杂道路场景下的车辆跟踪。该方法借鉴快速分类尺度空间跟踪器(fDDST),采用一维尺度相关滤波器进行尺度估计。同时融合Kalman滤波器形成预测-跟踪-校准的跟踪机制。该机制结合遮挡处理能够保证系统在目标被严重遮挡时跟踪的准确性。在模型更新方面,在目标被遮挡时,自适应的调节学习率参数,及时纠正模型偏移、特征丢失等问题。实验结果表明,在复杂道路场景下车辆旋转 、遮挡及尺度变化时,均能有效地跟踪目标车辆,且具有良好的鲁棒性。     

基于相关滤波的长期跟踪算法

针对目标遮挡导致跟踪失败的问题,在核相关滤波器(KCF)的基础上,提出目标重检测的长期跟踪算法.将方向梯度直方图特征与亮度颜色空间(LAB)颜色信息融合,建立目标外观模型,并增加尺度估计对应目标尺度的改变.通过引入峰值比控制重检测模块的启动,提取Harris角点重新学习新的模型,对目标进行持续跟踪,并控制模型更新速率.在OTB数据集上的对比实验表明,文中算法跟踪精度较高,适用于遮挡情况下的目标长期跟踪.     

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。     

一种抗遮挡的自适应尺度目标跟踪算法

在处理尺度变化和目标遮挡方面,利用相关滤波器的不同特征进行目标跟踪仍然存在问题。提出了一种基于随机蕨丛检测器的多尺度核相关滤波器算法。该算法将跟踪任务分解为目标尺度估计和位移估计,同时将CN颜色特征和HOG特征进行响应融合,进一步提高了整体跟踪性能。此外,文中训练了一个在线随机蕨分类器,在目标丢失后其能重新获取目标。与KCF,DSST,TLD,MIL,CT共5种算法相比,所提算法不仅能够准确地估计目标状态,而且可以有效处理目标的遮挡问题。     

结合帧差法的尺度自适应核相关滤波跟踪

为处理复杂应用场景下核相关滤波器跟踪效果不理想的问题,提出了一种结合帧差法的尺度自适应核相关滤波跟踪算法。在训练得到相关滤波器后,借助帧差法来处理下一帧图像,获得目标的预测位置,扩充算法的检测区域;然后通过尺度池构建多尺度待检测图像块集,通过相关滤波器来求得最大响应,估计出目标的最佳位置和最佳尺度;最后利用平均峰值相关能量(average peak-to correlation energy,APCE)作为跟踪置信度指标,引入高置信度更新机制,在目标被遮挡时,停止更新模型,防止误差被积累,提高正确率。在OTB100数据集上与若干视觉跟踪算法进行了对比实验,改进算法的成功率和距离精度均表现最优,比KCF算法高出21.7个百分点和12.0个百分点。该算法在目标快速运动、尺度变化、遮挡等复杂场景下,均具有较强的精确性和鲁棒性。     

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。     

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。     

动态权重层次卷积特征自适应目标追踪算法

为改进追踪算法在目标快速运动或被遮挡等情况下的性能,对目标追踪中普遍采用的相关滤波算法框架进行了研究,基于核相关滤波器(KCF)提出一种层次化提取卷积神经网络特征并自适应赋予动态权重的目标追踪算法.通过提取不同层次卷积神经网络特征,分别经过相关滤波器学习得到不同的KCF模板,结合特征层次和各滤波器稳定度、准确度赋予动态权重,以融合3个模板确定最终目标位置.实验采用OTB标准数据库,测试了新算法在遮挡、运动模糊、快速运动等干扰项下的整体性能,结果表明所提算法在整体上提高了追踪的性能及精度,可以灵活适应不同特征的场景,并且相较于经典KCF平均精确度提高了35.4%,平均成功率提高了33.6%.     

运动状态与尺度估计的核相关目标跟踪方法

视觉跟踪在视频智能监控和机器人等领域有着广泛应用。基于相关滤波分类器,提出了具有运动状态估计和目标尺度估计的视觉目标跟踪方法。该方法将粒子滤波与核相关滤波方法相结合,首先估算运动目标的位置,然后执行尺度相关滤波器来估算目标的尺度,以使算法对尺度变化的运动目标具有更强的适应能力。该方法在传统的KCF跟踪算法的基础上引入了一种基于概率的运动状态估计方法,可以获得更加稳定的目标信息,并减少背景干扰信息的引入,从而在复杂场景下具有更强的抗干扰性。使用benchmark数据集对所提方法进行了测试实验,并和其他已有的若干视觉跟踪方法进行了对比实验,结果验证了所提算法的高效性,且所提方法在目标尺度变化、光照变化、姿态变化、部分遮挡、旋转及快速运动等复杂情况下均有较强的适应性。     

自适应多特征融合相关滤波目标跟踪

目的 针对现实场景中跟踪目标背景复杂、光照变化、快速运动、旋转等问题,提出自适应多特征融合的相关滤波跟踪算法。方法 提取目标的HOG（histogram of oriented gradients）特征和利用卷积神经网络提取高、低层卷积特征,借助一种自适应阈值分割方法评估每种特征的有效性,得到特征融合的权重比。根据权重系数融合每种特征的响应图,并据此得到目标的新估计位置,利用尺度相关滤波器计算目标尺度,得到目标尺度完成跟踪。结果 在OTB（object tracking benchmark）-2013公开数据集上进行实验,在对多特征融合进行分析的基础上,测试了本文算法在11种不同属性下的跟踪性能,并与当前流行的7种算法进行对比分析。结果表明,本文算法的成功率和精确度均排名第1,相较于基准算法DSST （discriminative scale space tracking）跟踪精确度提高了4%,成功率提高了6%。在复杂场景下比其他主流算法更具有鲁棒性。结论 本文算法以DSST相关滤波跟踪器为基准算法,借助自适应阈值分割方法评估每种特征的有效性,自适应融合两层卷积特征和HOG特征,使得判别性越强的单一特征融合权重越大,较好表达了目标的外观模型,在背景复杂、目标消失、光照变化、快速运动、旋转等场景下表现出较强的跟踪准确性。