基于上下文感知与自适应响应融合的相关滤波跟踪算法

针对当前相关滤波跟踪算法在抗背景干扰、响应融合方式以及模型更新策略上的不足,提出一种基于上下文感知与自适应响应融合的相关滤波跟踪算法.通过引入上下文感知技术,提高算法在背景杂波及遮挡等跟踪场景下的鲁棒性;通过研究HOG特征和颜色直方图特征二者响应图和响应值的特点,提出一种自适应响应融合方法,提升融合响应图的可靠性;在模型更新方面,采用了高置信度模型更新策略来减轻传统模型更新策略中模型污染及跟踪漂移的问题.实验结果表明,本文算法在OTB50数据集上达到了74.7%的跟踪精度,跟踪成功率为54.8%,均优于对比的主流相关滤波跟踪算法,并且在背景杂波、光照变化、遮挡、运动模糊等复杂跟踪场景中具有较好的跟踪精度与鲁棒性.     

基于融合特征的多尺度快速相关滤波跟踪算法

针对复杂场景下目标遮挡和尺度变化所导致的跟踪效果不佳问题,提出一种基于融合特征的多尺度快速相关滤波跟踪算法。首先,对目标的3种特征降维融合构成特征矩阵;其次,采用主成分分析思想实时地提取显著特征,重构特征矩阵,在有效降维的同时训练位置相关滤波器;最后,利用融合特征矩阵训练尺度相关滤波器,从而准确预测目标位置和尺度。实验部分将改进算法与目前流行的相关滤波跟踪算法进行比较,结果表明,改进算法在目标遮挡和尺度变化场景下跟踪精度较高,平均跟踪速度达到52.5 frame/s。     

一种自适应尺度与学习速率调整的背景感知相关滤波跟踪算法

针对跟踪过程中遮挡因素以及目标尺度变化因素导致的目标跟踪漂移问题,文中提出了一种自适应尺度与学习速率调整的背景感知相关滤波跟踪算法。该算法首先通过背景感知相关滤波器获得目标的初步位置信息;其次在背景感知相关滤波器的基础框架下训练尺度相关滤波器,以有效估计目标尺度变化,从而准确调整搜索区域的大小;然后根据响应图波动情况进行遮挡判定,利用平均峰值能量指标与最大响应值判定目标遮挡情况,自适应调整模型学习速率大小;最后,设计相应的模型更新策略,来提高模型性能。在OTB100 Benchmark数据集上进行测试,实验结果表明,该算法与背景感知相关滤波器相比,其成功率提高了6.2%,精度提高了10.1%,因此该算法能有效地处理遮挡、尺度变化等问题,提高了跟踪模型的成功率与准确率,同时具有实时的跟踪速度。     

自适应尺度的上下文感知相关滤波跟踪算法

为了解决目标跟踪中常见的尺度变换、相似目标、背景嘈杂等问题,提出了自适应尺度的上下文感知相关滤波跟踪算法。针对以上问题,在相关滤波跟踪算法的基础上将目标周围的上下文信息作为硬负样本引入分类器中学习,强化分类器的判别能力;通过尺度池在线学习判别式尺度滤波器,在目标位置估计最佳目标尺寸;通过图像帧差均值来评估目标状态并自适应调整模型更新的学习率。实验结果表明提出的算法在快速运动、目标形变等场景下鲁棒性较好。     

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。     

基于位置修正机制和模型更新策略的跟踪算法

为了实现目标跟踪算法在无人机应用中的高实时性和高成功率,针对目标遮挡和目标形变量大导致的跟踪丢失问题,提出了一种基于相关滤波的改进算法,算法包含自适应位置修正机制和模型更新策略.该算法提取目标区域的方向梯度直方图特征(HOG)训练滤波器,预测下一帧的目标位置.当预测位置不满足高置信度条件时,融合颜色命名特征(CN)对位置进行修正.为了提高算法的运行效率,对融合后的特征进行主成分分析(PCA)降维处理.利用平均峰值相关能量、多峰检测及最大响应值进行模型更新.实验中将改进算法与近年来的优秀算法进行对比.结果表明,所提算法在目标被遮挡和形变量大的场景中,跟踪精度更高.     

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%.     

基于特征鉴别性分析的变尺度核相关滤波跟踪算法

针对核相关滤波跟踪算法对场景依赖及无法适应目标尺寸变化问题,提出了一种特征鉴别性选择分析的变尺度核相关滤波跟踪算法。在核相关滤波跟踪框架内,提取目标的颜色、纹理、梯度特征,建立样本集合,以最小均方损失函数设定各特征样本权重,鉴别性地选择出最优和次优的两种特征进行自适应融合。在此基础上,利用高斯金字塔构建一维尺度相关响应滤波器,对目标的尺度变化进行估计;通过主旁瓣均值比对融合后的跟踪结果进行评判,实现模板的差异化更新。理论分析和实验表明:所提算法在遮挡及光照变化场景具有较高的跟踪精度并对目标的尺度变化具有一定的估计能力。     

融合稀疏重构图像显著性的相关滤波跟踪

针对相关滤波跟踪中目标在剧烈形变时会发生滤波模板漂移,以及在复杂场景中目标跟踪鲁棒性较差的问题,提出一种融合稀疏重构图像显著性的相关滤波跟踪算法。在跟踪过程中,通过超像素分割提取背景模板来稀疏重构目标颜色相关,构建目标颜色模型得到跟踪检测分数,将该检测分数与相关滤波检测分数进行融合,根据融合响应,利用峰值旁瓣比调整模板更新速度来解决遮挡下的更新策略问题,同时利用中心先验图对存在误差的稀疏重构图进行修正,使得该目标跟踪框架能适应形变、光照等复杂变化。实验表明,该算法在准确性和鲁棒性方面要优于其他算法。     

响应置信度的多特征融合核相关滤波跟踪算法

摘要：针对传统核相关滤波（KCF）在跟踪彩色视频序列不能有效利用颜色特征,并且处理目标遮挡和形变能力低等问题,提出一种响应置信度的多特征融合核相关滤波跟踪算法。该算法首先提取目标图像的方向直方图特征和颜色直方图特征,通过计算高响应值点在响应图上层的占比,来判断目标的跟踪情况,进而调整学习率的大小;然后用两种特征的平均峰相关能量(APCE)和最大响应峰值的乘积来加权融合目标位置。实验对比表明,提出的跟踪算法在精度和成功率上相对于KCF算法分别提升了12.8%和22.6%, 在目标发生遮挡、快速移动、旋转等复杂情况下仍然具有较强的鲁棒性。     

尺度感知的分块协同式相关滤波跟踪算法

基于分块的相关滤波跟踪算法在处理目标尺度变化和遮挡问题时,对局部子块跟踪状态的评估及局部子块与尺度变化的关系刻画不够准确.针对此问题,文中提出尺度感知的分块协同式相关滤波跟踪算法.首先提出结合时序平滑约束的局部子块遮挡判别方法,改进现有算法的评分策略.设计子块协同运动策略,使被遮挡或形变的子块跟随未被遮挡的子块趋向正确的位置.同时发现跟踪过程中子块聚散变化的分布位置与目标尺度之间的比例关系,实现对目标尺度变化的感知和大小估计.实验表明,文中算法性能较优.     

基于自适应组合核的鲁棒视频目标跟踪算法

为了解决核化相关滤波器（KCF）在复杂场景下鲁棒性差的问题,提出了基于自适应组合核（SACK）的目标跟踪算法。跟踪任务分为位置跟踪和尺度跟踪两个独立部分。首先,以线性核和高斯核的自适应组合作为核跟踪滤波器,构造了SACK权重的风险目标函数。该函数根据核的响应值自适应调整线性核和高斯核权重,不仅考虑了不同核响应输出的经验风险泛函最小,而且考虑了极大响应值的风险泛函,同时具有局部核和全局核的优点。然后,根据该滤波器的输出响应得到目标精确位置,设计了基于目标极大响应值的自适应更新率,针对位置跟踪滤波器进行自适应更新。最后,利用尺度跟踪器对目标尺度进行估计。实验结果表明,所提算法的成功率和距离精度在OTB-50数据库表现最优,比KCF算法分别高6.8个百分点和4.1个百分点,比双向尺度估计跟踪（BSET）算法分别高2个百分点和3.2个百分点。该算法对形变和遮挡等复杂场景具有很强的适应能力。     

结合重检测机制的多卷积层特征响应跟踪算法

针对基于深度特征的目标跟踪算法在目标快速运动、长时间遮挡容易导致跟踪漂移的问题,提出了一种结合重检测机制的多卷积层特征响应跟踪算法。首先基于图像分块的混合高斯模型检测出目标区域,其次多卷积层根据加权梯度的类激活映射提取目标深度特征图,并训练出相互独立的相关滤波器,然后融合底层空间特征和高层语义特征的卷积层滤波器得到目标响应位置,再由重检测机制约束项平滑输出响应值,从而构建出强跟踪器,最后自适应地更新模型参数和权重系数,避免模型中参数过拟合,达到实时跟踪效果。实验结果表明,该算法在目标严重形变、快速运动、长时期遮挡等复杂情景下,跟踪结果具有很高的精确度和成功率。     

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。     

基于相关滤波的颜色及尺度自适应运动目标跟踪算法

针对相关滤波目标跟踪算法难以适应目标形变、遮挡等复杂场景变化的问题,提出一种颜色及尺度自适应的目标跟踪算法,将颜色空间和尺度自适应运用到跟踪框架中,对视频序列的颜色空间进行分析,然后选取最优跟踪算法通过尺度自适应的方式对目标进行跟踪。选取公开测试集中13段挑战性视频序列与多个前沿运动目标跟踪算法进行对比实验,结果表明:相对于次优的尺度空间跟踪(DSST)算法,平均跟踪精度提高8. 48%,平均重叠精度提高14. 46%,平均中心位置误差减少13. 31像素。在目标发生尺度变化和遮挡等情况下,该算法仍然能够高效地准确跟踪。     

自适应尺度特征融合与模型更新的跟踪算法

在核相关滤波器跟踪算法中,为了减少背景相似物等杂波对跟踪器的干扰,以及解决不同跟踪结果置信度下的模型更新问题,提出了自适应尺度特征融合与模型更新的跟踪算法。通过多特征融合和尺度变化策略改进了多特征的尺度核相关滤波器,使用多峰检测对响应图的整体振荡程度进行判断,再对峰值进行跟踪结果置信度评估;在遮挡、形变等跟踪结果置信度低的情况下及时停止模型更新,在高置信度模型更新时,引入初始模型进行对齐操作,减少模型的更新误差,抑制模型漂移。比较核相关滤波器算法,本算法准确度较高,且在目标尺度变化、遮挡和形变时稳定性更好。在OTB-50数据集上的实验结果表明,该算法在精度和成功率上都比核相关滤波器算法表现更优。     

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。     

基于相关滤波器的长时舰船目标跟踪方法

在海上复杂环境下对目标进行跟踪时,会出现目标遮挡、尺度变化等问题。针对这些问题,引入长时间相关滤波算法,将跟踪任务分解为对目标平移和尺度的估计,其中目标平移通过时空上下文进行估计,而目标尺度通过搜寻外观金字塔进行估计。另外,使用在线随机蕨分类器对跟踪失败的目标再检测,从而实现长时间跟踪。将该算法首次应用于海上舰船跟踪中,通过与其他几种长时间跟踪算法进行仿真实验对比,结果表明:该算法跟踪精度和成功率均有较大提高。在目标发生遮挡和尺度变化等情况下,该方法均具有较高的精确度。