基于SWAD算法的空间面目标高精度跟踪技术研究

针对空间面目标的高精度跟踪问题,提出一种面目标高精度跟踪方法,该方法利用SWAD模板匹配算法和亚像素拟合算法提取目标精确的位置信息,并在跟踪过程中对模板进行实时更新。对传统的无限冲击响应滤波模板更新方法进行了改进,提出一种变系数模板更新方法,该方法计算量小,不需要经过复杂的置信度判断,模板更新系数由当前模板图像和当前最佳匹配区域图像的灰度值决定;利用不同亮度的目标,以及对目标图像进行尺度变换模拟姿态变化的目标,比较了该模板更新算法和传统算法的匹配误差,结果表明:该算法能够更好地适应目标姿态的变化;最后通过平行光管和靶标板模拟远场非合作目标,搭建了室内演示试验,证明了利用模板匹配进行高精度目标跟踪的可行性。     

基于奇异值分解的特征跟踪方法

在传统的基于模板匹配的跟踪方法中，均是给定一个模板，然后从图像中各个位置取出一个个与模板大小一致的区域进行相似性度量，找出与模板距离最小的一个区域作为当前模板，以便进行下一步的匹配跟踪工作。在景象匹配和相关跟踪过程中，由于所面临的大多数是变化的场景，实时获取的图像与预存模板之间存在比较大的差异，传统相关匹配方法的应用就会受到限制；而且在跟踪过程中，随时更新模板会造成跟踪性能对扰动过分敏感，从而产生漂移。首先拍摄目标不同角度的图像（尽可能包含目标可能出现的所有情况），构成目标图像训练集合，抽取出特征矩阵，对它进行奇异值分解，构成一个关于目标的多维空间。然后再用匹配方法在全局范围搜索，找出目标的大致位置，并利用收敛方法在确定的大致位置内进行搜索，确定目标的仿射变换系数，从而得到一个目标位置的确切描述。     

基于奇异值分解的图像目标跟踪算法

传统相关跟踪方法是利用模板图像与目标图像对应像素的灰度差异信息进行跟踪,它对旋转变化敏感,且存在跟踪累积误差,容易导致模板漂移而丢失目标。文中提出基于奇异值分解的跟踪算法,算法首先建立模板图像训练集合,利用奇异值分解方法,张成模板图像特征空间,然后求出模板图像在特征空间里的投影值,代替传统算法中灰度对两幅待匹配图像进行的全局搜索定位。在进行投影值间的相似性度量时,欧氏距离同等对待所有的特征向量不移合理,文中采用了一种鲁棒估计方法,可以对不同距离的值做不同处理。匹配跟踪实验效果良好。     

基于分层模板的目标实时跟踪算法

在数字图像处理领域里,相关匹配技术有着广泛的应用,尤其在目标搜索和跟踪应用中.相关匹配算法通过计算目标图像与模板图像的相关值来确定是否图像和模板相关,具有很高的跟踪准确性和稳定性,但当目标仅占模板一小部分时,普通相关匹配算法效果很差.分析了有关相关跟踪算法的特点,提出了分层模板匹配的算法,并应用在实际的工程应用系统中;通过实验证明,该算法能较好地改善对小目标的跟踪效果,并可以克服障碍物对目标的部分遮挡问题.     

基于边缘统计的简单背景多目标识别跟踪

提出了一种新型图像多目标识别跟踪算法,其突出特点为速度快、目标探测准确性高,并且可以同时对多个目标进行识别跟踪.整个系统包括图像预处理即目标增强,边界的目标识别即纵向、横向统计叠加和目标检测.传统的图像跟踪方式如模板相关匹配方法、梯度形心方法以及极值区域跟踪方法不能同时区分多个目标,遇到多目标和干扰等均会失效.文中提出的方法能够有效地解决这一问题,通过区分可能目标区域,能够在一定程度上抑制干扰并对多个目标进行实时跟踪.     

基于无线遥控与视觉跟踪的焊接控制系统

为解决焊接工程现场有线示教器操作不便、传统模板匹配方法受电弧与飞溅干扰而导致跟踪稳定性差等问题,设计了一种基于无线遥控与视觉跟踪的焊接控制系统.首先,设计了包含视觉单元、控制单元和执行单元的嵌入式PC无线控制系统,实现图像采集处理和焊缝跟踪偏移信息计算,并控制焊机机器人执行相应的动作.然后,采用了粒子滤波跟踪算法进行焊...     

一种基于红外亚成像的实时跟踪与识别算法

为了动态识别和实时跟踪目标并提高跟踪精度,采用了基于红外亚图像的二阶锁相环跟踪算法。对于图像的识别,传统方法是通过基于二值化块后采用的方形或圆形匹配模板进行目标匹配的,这种方法的匹配速度慢且容易导致匹配失败。本文采用块二值化处理和凝聚性较好的类圆匹配模板,实现了快速跟踪与识别,改善了跟踪的实时效果。实验表明,该方法在图像识别速度上比传统的识别方法要快,且对凝聚性较好的目标的识别性有显著改善,动态跟踪的实时性响应也提高了20％以上。     

新的基于Kalman滤波的跟踪方法

模板更新策略是匹配跟踪算法成败的关键,为了提高基于模板匹配跟踪算法的性能,在分析多种模板更新算法的基础上,给出使用Kalman滤波器更新模板的方法。该方法不再将模板图像视为一个整体,而是使用Kalman滤波器对模板图像逐像素点进行更新,以得到自适应和最佳的目标模板图像,使匹配跟踪算法的性能得到很大提高,特别对于目标被遮挡、目标姿态变化以及环境照度变化有很强的适应性。对匹配算法的改进和遮挡的处理使该算法的性能得到进一步提高。实验结果表明该方法行之有效。     

基于局部交叉熵的图像匹配跟踪算法

交叉熵值的大小反映了模板图像与实时图像之间的信息量差异大小,从平均意义上来表征模板图像与实时图像之间的信息量差异量。为了解决机裁成像光电吊舱系统中的图像辐射失真和几何失真问题，提出了基于局部交叉熵的图像匹配跟踪算法。由于交叉熵值最小准则有利于信息量丰富的图像匹配，因此该算法不仅具有抗噪能力，而且具有良好的抗辐射失真和抗几何失真的能力。仿真试验表明：在辐射失真情况下，该算法具有稳健的匹配跟踪能力，适应能力强，是一种很实用的匹配跟踪算法。     

基于纹理特征的火箭目标跟踪方法

为解决姿态剧烈变化的火箭目标跟踪问题,提出了一种新的基于纹理特征的跟踪方法。相对于传统的模板匹配方法,这种方法能对助推器和子级分离的捆绑式运载火箭进行跟踪。在对火箭目标特性进行分析的基础上,采用局部二值化模式(LBP)纹理特征结合Hu不变矩特征描述进行跟踪。跟踪过程中特征匹配采用简单的相似性度量准则,实时模板更新算法为加权更新。测试结果表明,这种方法对发生位移、旋转和尺度变化的火箭目标同样具有比较好的跟踪效果。     

基于自适应背景信息的目标跟踪算法

目标跟踪是计算机视觉应用的重要任务,兼顾算法性能和实时性是所有方法的共同目标。通过分析背景信息在目标跟踪的重要作用和影响,提出一种基于自适应背景信息概率密度函数的背景模板表示方法,改进传统核函数跟踪中的相似函数表达。实验表明,该算法在稍增加原有算法复杂度的情况下,抗背景干扰能力大大增强,并能准确跟踪快速运动目标和小目标。     

一种基于曲线拟合预测的红外目标的跟踪算法

给出了一种将曲线拟合和相关跟踪相结合的红外目标跟踪算法。该算法以目标质心作为匹配模板的中心，采用SSDA进行相关运算，以图像相关匹配的输出值更新所拟合的曲线，并以曲线的预测值作为下帧图像匹配搜索的初始值，使相关运算仅在很小的窗口内进行。该算法还定义了跟踪的帧内置信度和帧间置信度信号，实时智能的更新模板。实验表明，该算法能有效减少相关匹配的计算量，保证跟踪精度。     

基于多特征自适应融合的分类采样跟踪算法

针对目标跟踪中的场景易变和目标模板不稳定等问 题,提出了一种基于多特征自适应 融合的分类采样跟踪算法。算法利用密集特征信息将目标模板用多个重叠子区域划分,每 个子区域对应一个多特征采样窗口。利用多特征自适应融合构造强可区分性的目标模型,最 大程度地提高各子区域之间的互补性,以增强目标模板的区分能力。在粒子滤波(PF)框架下 , 多特征自适应融合策略提高了目标观测质量,保证跟踪的持续稳定。实验结果表明,本文所 提算法具 有良好的目标跟踪性能,并对动态场景、目标形变及遮挡情况具有较好的跟踪准确性和鲁棒 性。     

一种基于回波二维图像特征判决的雷达目标跟踪方法

针对低频段机扫航管雷达目标回波在相邻多脉冲(波位)间以及在相邻多距离单元内的扩展性,导致目标跟踪困难、出现点迹混杂和航迹错乱等问题,提出了一种基于圈间回波二维像滑动相关和模板提取/图像匹配的目标跟踪方法,解决了传统目标跟踪方法虚警率高、航迹混叠和中断问题。通过雷达实测数据的验证,该算法可以有效提升航管雷达对民航机目标检测和跟踪的性能。     

基于主分量寻踪的鲁棒视觉跟踪

传统子空间跟踪易受到模型漂移的影响而导致跟踪失败.针对此问题,本文提出一种基于主分量寻踪的鲁棒视觉跟踪方法.该方法以多个模板张成的子空间作为目标表观模型,利用主分量寻踪求解候选目标的误差分量,在粒子滤波框架下利用候选目标的误差分量估计最优状态参数.为了适应目标表观变化并克服模型漂移,本文提出一种模板更新方法.当跟踪结果与目标模板相似时,该方法利用跟踪结果更新目标模板,否则利用跟踪结果的低秩分量更新目标模板.在多个具有挑战性的图像序列上的实验结果表明:与现有跟踪方法相比,文中的跟踪方法具有较优的跟踪性能.     

Tracking by dynamic template: Dual update mechanism

Recently, Siamese trackers have received widespread attention for visual object tracking owing to their good balance between speed and performance. Those Siamese trackers heavily depend on target template while conventional practice fixes the template to initial frame. This strategy makes it unable to cope with variation of target appearance, which often leads to tracking failures and causes the gap in performance from other tracking methods. Despite the performance gain achieved by few template update methods with target templates generated by the tracked results, these tracked templates are easy to accumulate errors and cause tracking drift. In this paper, we propose two template update mechanisms to effectively adapt the target template during the tracking process which is dubbed as DTDU (Dynamic Template with Dual Update). Unlike predecessors that directly use the tracked template, we use initial template to perform similar transformation to the tracked template. Then the similar transformed template and the tracked template are combined linearly to capture the variation of target appearance. These updated templates are stored in a memory bank and retrieved to generate the final target template. In order to enhance quick update of memory bank to accommodate the target appearance, we use the retrieved template to further update the templates in memory bank for subsequent tracking. Extensive experiments on OTB-2015, VOT2016, VOT2018 and GOT-10k datasets have proved the effectiveness of these two update mechanisms and the proposed tracker achieves a real-time speed of 44 fps.     

利用结构模板对运动目标进行跟踪

该文提出了一种运动目标的两步跟踪算法。该算法首先利用形态学方法得到目标的结构模板,再利用结构模板完成对目标的跟踪。结构模板由目标图像中能够反映目标基本结构信息的稳定的边缘和交叉点构成。跟踪过程分为两步:第一步先把结构模板调整到要跟踪的目标附近;第二步作精细调整使结构模板发生形变,收敛到目标图像中的交叉点和边缘处。由于在跟踪过程中考虑了目标的整体结构信息,利用这种方法可以大大提高跟踪的稳定性。     

以一种新的距离度量作为反馈的相关跟踪方法

基于相关的模板匹配方法在图像跟踪中得到了广泛的应用,但是这种方法的主要缺点是对图像噪声非常敏感,而且由这种方法得出的相关曲面比较平坦。为了有效抑制噪声和局部遮挡对图像的影响,提出用鲁棒统计中的一个值代替相关值作为距离度量。它不是计算两幅图像的对应像素差值,而是计算两幅图像中差别不大的对应像素对的个数。实验证明这样得到的曲面相对　　收稿日期:2003 08 31;　修订日期:2003 10 28作者简介:张桂林(1944 ),男,天津人,教授,博士生导师,主要研究方向为自动识别、人体生物统计特征识别、图像处理算法与系统性能评估等。　　　　　　　要尖锐得多。当上述的距离度量应用于跟踪过程中时,模板的合理更新对跟踪非常重要。基于上述的距离度量方法,提出了一种新的模板更新策略。利用两幅图像中近似像素在整修匹配模板像素中所占的比例大小决定加权系数。这种加权策略可以自适应地根据图像序列的变化选择更新相关模板,同时在一定程度上减小模板漂移的危险。     

任意指定地面复杂场景图像目标的去均值相关跟踪算法

本文通过对相关系数作为相似性度量准则的匹配跟踪算法的改进,提出了去均值相关跟踪算法,采用网格搜索法进行粗匹配,以邻域法进行精匹配,减少了算法的计算量,满足机载成像光电吊舱系统目标跟踪的实时性要求。提出了自适应模板更新方法和修正的自适应模板更新方法,并对这两种方法进行仿真比较,实验表明,修正的自适应模板更新方法具有更高的跟踪精度和更好的跟踪稳定性。