融合位置信息注意力的孪生弱目标跟踪算法

经典孪生网络弱特征目标跟踪存在鲁棒性差的问题。为此，设计了一种融合目标二维位置信息注意力机制的孪生网络算法。该算法以区域候选孪生网络（siamese region proposal network,SiamRPN）为基础，包括特征提取网络部分和相似度计量部分。在特征提取网络部分，引入了位置信息注意力模块来提取目标特征二维位置信息以提升网络对弱目标的特征提取能力。采用了轻量深度特征提取网络MobileNetV2来减少特征提取网络部分模型参数和计算量；在相似度计量部分，基于多层特征融合的相似度计量方法深入挖掘特征提取网络浅层特征的定位信息和深层特征的语义信息，加强了算法的跟踪准确性和定位精度。实验结果表明，所提出的算法在UAV123数据集上成功率相较于SiamRPN基础算法提升了12.6%，跟踪精度提升了8.4%，且跟踪速度每秒74帧，在提升成功率的同时满足了实时性的要求。     

基于孪生区域候选网络的目标跟踪模型

为了解决被跟踪目标因尺度、形状变化导致的跟踪效果变差的问题,本文提出一种基于孪生区域候选网络的目标跟踪模型,对孪生区域候选网络(SiamRPN)优化,升级特征提取基准网络,采取多层特征融合模式,引入注意力机制模块增强位置特性和通道特性,并应用检测领域提出的GA-RPN替换原有的RPN(区域候选网络).OTB2015和VOT2018数据集的实验结果显示,本文模型对OTB2015数据集成功率为0.678,准确率为0.882,与SiamRPN相比分别提高了3.7%,6.2%;对VOT2018数据集检测帧率为31FPS,平均重叠期望为0.402,与SiamRPN相比提高了4.9%,测试结果表明本文模型具备较高的跟踪精度和较强的抗干扰性,满足实时性需求.     

融合坐标信息与模板更新的孪生网络目标跟踪

应对孪生网络单目标跟踪算法在跟踪中遇到背景杂乱、相似物影响、遮挡等复杂场景的问题导致跟踪系统精度和成功率下降的问题,提出一种融合坐标注意力机制和模板更新的跟踪算法MCUSiamRPN (MobileNet coordinate attention and updating of template SiamRPN).在SiamRPN算法基础上,采用改进的MobileNetV3为特征提取网络,多层特征信息分别送入坐标注意力模块,进行特征融合,丰富语义信息;设计了一种自适应模板更新模块,结合初始模板和当前帧的模板用于估计下一帧的最佳模板更新模板信息.在OTB100和UAV123两个数据集上进行测试,结果显示:相比于基准算法Siam RPN,精度分别提升了5.3%和3.7%;成功率分别提升了3.7%和5.2%,验证了该算法的有效性.     

基于混合注意力机制的目标跟踪算法

针对全卷积孪生网络目标跟踪算法(SiamFC)在目标形变、遮挡和快速运动等复杂场景中易导致跟踪失败的问题,提出一种利用混合注意力机制增强网络识别能力的算法(SiamMA)。首先,在训练阶段提出堆叠裁剪法构建自对抗训练样本对,以模拟实际跟踪时的复杂场景,使训练的网络模型具有更强的泛化性。其次提出混合注意力机制,在网络不同分支融合使用空间注意力和通道注意力网络模块,有效抑制了特征图中的背景干扰,提升算法的鲁棒性。采用GOT-10k、UAV123等4种数据集进行算法性能评测实验,结果表明本文算法的跟踪成功率、精度等主要性能指标较SiamFC和KCF等6种经典算法均有提升,平均速度达到60 fps。     

多层特征融合和并行自注意力的孪生网络目标跟踪算法

目标跟踪是计算机视觉方向上的一项重要课题,其中尺度变化、形变和旋转是目前跟踪领域较难解决的问题。针对以上跟踪中所面临的具有挑战性的问题,基于已有的孪生网络算法提出多层特征融合和并行自注意力的孪生网络目标跟踪算法(MPSiamRPN)。首先,用修改后的ResNet50对模板图片和搜索图片进行特征提取,为处理网络过深而导致目标部分特征丢失,提出多层特征融合模块(multi-layer feature fusion module, MLFF)将ResNet后三层特征进行融合;其次,引入并行自注意力模块(parallel self-attention module, PSA),该模块由通道自注意力和空间自注意力组成,通道自注意力可以选择性地强调对跟踪有益的通道特征,空间自注意力能学习目标丰富的空间信息;最后,采用区域提议网络(regional proposal network, RPN)来完成分类和回归操作,从而确定目标的位置和形状。实验显示,提出的MPSiamRPN在OTB100、VOT2018两个测试数据集上取得了具有可竞争性的结果。     

Kalman滤波与模板更新结合的SiamRPN目标跟踪

针对SiamRPN跟踪算法在目标快速运动时跟踪目标易丢失以及模板不更新影响跟踪效果问题，提出一种Kalman滤波与模板更新相结合的SiamRPN目标跟踪方法。利用训练好的SiamRPN跟踪算法对目标进行跟踪，并将上一帧目标物体的中心点位置及速度输入卡尔曼滤波器，当RPN网络得到的跟踪框响应得分较低时，利用卡尔曼滤波器重新预测目标位置，搜索得到新的跟踪框。并根据上一帧目标的速度，自适应扩大搜索区域。重新设计并训练了模板更新网络，并在其中添加了通道注意力机制，在跟踪过程中对目标模板迭代更新。实验结果表明，该算法在OTB2015的成功率和精确率分别为67.2%和89.1%，在VOT2016的EAO提升24.3%，与其他算法相比在解决目标形变和运动模糊问题具有显著优势。     

基于视觉注意力机制的人群密度估计方法

针对人群图像中尺度变化大及现有密度估计网络泛化性能差的问题,提出一种基于视觉注意力机制的人群密度估计方法。该网络模型基于VGG-16网络,由空间注意力模块(Spatial Attention Module, SAM)、全局注意力模块(Global Attention Module, GAM)及融合模块(Fusion Module, FM)等几个模块组成,通过在网络不同层级中引入注意力机制来选择性地增强网络的功能,提高多尺度级联的有效性。设计一个弱监督学习来扩展提出的密度估计网络,使人群密度估计模型可以适应不同的场景和数据集。实验结果表明,该方法对不同尺度、不同场景下的人群密度图像都有很好的适用性和准确性,算法性能也优于现有的人群密度估计算法。     

基于孪生区域建议网络的无人机目标跟踪算法

在无人机跟踪过程中,遮挡、光照变化、背景干扰等影响会导致跟踪目标丢失。基于SiamRPN算法提出一种无人机目标跟踪算法。通过在网络中加入空间条带池和全局上下文模块建立远程上下文关系,以适应不同的跟踪场景。同时利用改进交并比的计算方法提取目标特征,并回归精准的预测框。在UAV123数据集上的实验结果表明,相比SiamRPN、SiamFC、SAMF等算法,该算法的跟踪性能较优且具有较强的鲁棒性,尤其在背景干扰环境下,其精确率和成功率较SiamRPN算法分别提升了6.54%和11.63%。     

利用深度卷积特征的无人机视觉跟踪

由于无人机视觉跟踪视角范围广且环境复杂,常遇到无人机飞行震动、目标遮挡、相似目标等问题,导致无人机跟踪目标发生漂移.因此,对具有回归计算的全卷积孪生网络跟踪算法(SiamRPN)进行改进,提出一种加强深度特征相关性的无人机视觉跟踪算法(SiamDFT).首先,将全卷积神经网络后三层卷积的网络宽度提升一倍,充分利用目标的外观信息,完成对模板帧和检测帧的特征提取;其次,在检测帧和模板帧分别提出注意力信息融合模块和特征深度卷积模块,两个深度的特征相关性计算方法能够有效抑制背景信息,增强像素对之间的关联性,高效完成分类和回归任务;然后,采用深度互相关运算完成相似性计算,并引入距离交并比的计算方法完成对目标的定位.实验结果表明, SiamDFT在无人机短时跟踪场景下精确率和成功率分别达到79.8%和58.3%,在无人机长时跟踪场景下精确率和成功率分别达到73.4%和55.2%,实景测试结果充分验证了所提出算法的有效性.     

基于GhostNet与注意力机制的行人检测跟踪算法

针对复杂场景下仅依靠传统的目标检测与跟踪算法进行跟踪时准确度低且速度慢的问题,提出一种基于GhostNet与注意力机制结合的行人检测与跟踪算法.首先,将YOLOv3的主干网络替换为GhostNet,保留多尺度预测部分,利用Ghost模块减少深度网络模型参数和计算量,在Ghost模块中融入注意力机制给予重要特征更高的权值...     

基于多层特征增强的实时视觉跟踪

为了解决全卷积孪生视觉跟踪网络（SiamFC）出现相似语义信息干扰物使得跟踪目标发生漂移,导致跟踪失败的问题,设计出一种基于多层特征增强的实时视觉跟踪网络（MFESiam）,分别去增强高层和浅层的特征表示能力,从而提升算法的鲁棒性。首先,对于浅层特征,利用一个轻量并且有效的特征融合策略,通过一种数据增强技术模拟一些在复杂场景中的变化,例如遮挡、相似物干扰、快速运动等来增强浅层特征的纹理特性;其次,对于高层特征,提出一个像素感知的全局上下文注意力机制模块（PCAM）来提高目标的长时定位能力;最后,在三个具有挑战性的跟踪基准库OTB2015、GOT-10K和2018年视觉目标跟踪库（VOT2018）上进行大量实验。实验结果表明,所提算法在OTB2015和GOT-10K上的成功率指标比基准SiamFC分别高出6.3个百分点和4.1个百分点,并且以每秒45帧的速度运行达到实时跟踪。在VOT2018实时挑战上,所提算法的平均期望重叠率指标超过2018年的冠军,即高性能的候选区域孪生视觉跟踪器（SiamRPN）,验证了所提算法的有效性。     

在线多类别逐点式多目标跟踪与分割

现有基于深度学习的多目标跟踪算法大多利用目标检测任务预测的边界框跟踪目标,当目标间存在遮挡时,边界框会产生重叠进而影响跟踪准确度,针对这个问题,提出了一种在线多类别逐点式多目标跟踪与分割（category-free point-wise multi-object tracking and segmentation,CPMOTS）算法。该算法摒弃了边界框的目标表征方式,利用实例分割的像素级掩码表征目标进行跟踪,网络采用并行结构同时分割与跟踪多类别目标,并保证了运行效率,这在真实场景中有很强的实用性。CPMOTS首先利用实例分割网络得到实例分割掩码,对其采样得到无序点集;然后将点集的特征输入跟踪网络得到判别性的实例级嵌入向量;最后将该嵌入向量通过直观高效的注意力模块以显式建模其通道间的依赖关系,自适应学习每个特征通道的重要程度,依照这个重要程度选择性地强化有用的特征,抑制无用的特征,实现通道特征重标定,从而提高算法的性能。在多目标跟踪与分割基准数据集KITTI MOTS的实验表明,CPMOTS跟踪的精度优于大部分其他对比方法,并达到了16 frame/s的近实时速度。     

基于像素分类的多尺度无人机航拍目标旋转跟踪算法

针对无人机（UAV）跟踪过程中垂直跟踪框在处理尺度变化、相似物体和纵横比变化时限制了跟踪精度提升的问题,提出一种基于像素分类的多尺度UAV航拍目标旋转跟踪算法。首先,设计MS-ResNet以提取目标多尺度特征;然后,在具有正交特性的多通道响应图上设计像素二分类模块,从而进一步精确细化分类和回归分支的结果;同时,为了提高像素分类精度,使用并行通道空间注意力（scSE）模块在空间域和通道域上筛选目标特征;最后,在像素分类基础上生成贴合目标实际大小的旋转跟踪框,从而避免正样本受到污染。实验结果表明：所提算法在无人机跟踪数据集UAV123上的成功率和准确率分别为60.7%和79.5%、与孪生区域建议跟踪网络（SiamRPN）相比,成功率与准确率分别提升了5个百分点、2.7个百分点,同时速度为67.5 FPS,满足实时要求。所提算法具有良好的尺度适应能力、辨别能力和鲁棒性,能有效应对UAV跟踪任务。     

基于多层特征增强的实时视觉跟踪

为了解决全卷积孪生视觉跟踪网络（SiamFC）出现相似语义信息干扰物使得跟踪目标发生漂移，导致跟踪失败的问题，设计出一种基于多层特征增强的实时视觉跟踪网络（MFESiam），分别去增强高层和浅层的特征表示能力，从而提升算法的鲁棒性。首先，对于浅层特征，利用一个轻量并且有效的特征融合策略，通过一种数据增强技术模拟一些在复杂场景中的变化，例如遮挡、相似物干扰、快速运动等来增强浅层特征的纹理特性；其次，对于高层特征，提出一个像素感知的全局上下文注意力机制模块（PCAM）来提高目标的长时定位能力；最后，在三个具有挑战性的跟踪基准库OTB2015、GOT-10K和2018年视觉目标跟踪库（VOT2018）上进行大量实验。实验结果表明，所提算法在OTB2015和GOT-10K上的成功率指标比基准SiamFC分别高出6.3个百分点和4.1个百分点，并且以每秒45帧的速度运行达到实时跟踪。在VOT2018实时挑战上，所提算法的平均期望重叠率指标超过2018年的冠军，即高性能的候选区域孪生视觉跟踪器（SiamRPN），验证了所提算法的有效性。     

基于多尺度聚焦网络的单图像城市场景3D平面重建

针对基于单图像城市场景中不规则平面3D重建的难题,本文提出了一种基于多尺度聚焦网络的场景3D平面重建算法.该算法以单幅RGB图像为输入,通过单网络、双任务的学习策略,同时输出平面的分割映射以及深度信息.为了根据上下文来自适应的更改有效感受野大小以获取多尺度信息,本文还提出了一种将条状注意力机制嵌入到空洞空间金字塔池化模块的多尺度聚焦模块,使之能够关注城市场景中的条状平面.本文网络模型在SYNTHIA城市场景数据集上进行了训练,在测试集中取得了81.5%SC和4.22%Abs Rel的表现.本文算法相对于现有算法更可靠、重建模型更完整.     

基于注意力机制的无监督单目标跟踪算法

为提升目标跟踪精度,设计一种基于注意力机制的无监督单目标跟踪算法。该算法使用DCFNet网络作为基本网络,通过前向跟踪和后向验证实现无监督跟踪。为结合上下文信息,引入特征融合方法,且将DCFNet网络每一层所提取的特征通过双线性池化调整分辨率以便进行特征融合;为关注不同特征通道上的关系,引入通道注意力机制SENet模块;设计一个反向逐帧验证方法,在反向验证中间帧的基础上再预测第一帧,进而减少判别位置的误差。在公共数据集OTB-2015上的测试结果显示,本算法AUC分数达60.6%,速度达61FPS。与无监督单目标跟踪UDT算法相比,所设计算法取得了更优的目标跟踪性能。     

基于自适应残差的运动图像去模糊

针对当前运动图像去模糊网络忽略了运动模糊图像的非均匀性,不能有效地恢复图像的高频细节及去除伪影等问题,在对抗网络基础上提出一种基于自适应残差的运动图像去模糊方法.在生成网络中构造由形变卷积模块和通道注意力模块组成的自适应残差模块.其中,形变卷积模块学习运动模糊图像特征的形变量,可以根据图像的形变信息动态调整卷积核的形状和大小,提高网络适应图像形变的能力.通道注意力模块对所提取的形变特征进行通道调整,获取更多的图像高频特征,增强恢复后图像的纹理细节.在公开的GOPRO数据集上进行实验,实验结果表明,该算法的峰值信噪比(PSNR)有较大的提升,能够重建出纹理细节丰富的高质量图像.     

一种基于注意力机制的小目标检测深度学习模型

小目标检测用来识别图像中小像素尺寸目标.传统目标识别算法泛化性差,而通用的深度卷积神经网络算法容易丢失小目标的特征,对小目标识别的效果不甚理想.针对以上问题,提出了一种基于注意力机制的小目标检测深度学习模型AM-R-CNN,该模型在ResNet101主干网络和候选区域生成网络中使用了通道域注意力和空间域注意力,通道域注...     

基于改进注意力机制的交通标志检测算法

针对交通标志在某些场景中存在分辨率过低、被覆盖等环境因素影响导致在目标检测任务中出现漏检、误检的情况,提出一种基于改进注意力机制的交通标志检测算法。首先,针对交通标志因破损、光照等环境影响造成图像分辨率低从而导致网络提取图像特征信息有限的问题,在主干网络中添加注意力模块以增强目标区域的关键特征;其次,特征图中相邻通道间的局部特征由于感受野重叠而存在一定的相关性,用大小为k的一维卷积代替通道注意力模块中的全连接层,以达到聚合不同通道信息和减少额外参数量的作用;最后,在路径聚合网络（PANet）的中、小尺度特征层引入感受野模块来增大特征图的感受野以融合目标区域的上下文信息,从而提升网络对交通标志的检测能力。在中国交通标志检测数据集（CCTSDB）上的实验结果表明,所提出的YOLOv4（You Only Look Once v4）改进算法在引进极少的参数量与原算法检测速度相差不大的情况下,平均精确率均值（mAP）达96.88%,mAP提升了1.48%;而与轻量级网络YOLOv5s相比,在单张检测速度慢10 ms的情况下,所提算法mAP比YOLOv5s高3.40个百分点,检测速度达到40?frame/s,说明该算法完全满足目标检测实时性的要求。     

基于双注意力擦除和注意力信息聚合的弱监督目标检测

现有的弱监督检测方法主要采用多示例检测网络,但在这些方法中应用分类特征提取网络易使目标尤其是非刚性目标的检测结果收敛到目标最显著局部区域。提出一种基于双注意力擦除和注意力信息聚合的端到端的弱监督检测框架DAENet。双注意力擦除模块的目的在于擦除生成的最显著性局部前景区域和部分背景区域,以此来扩展目标显著性区域,使网络能够尽可能地关注目标整体,从而更好地捕获目标整体区域。此外,为准确定位不同目标区域并精确生成注意力擦除掩码,提出注意力信息聚合模块,该模块可提取通道的全局特征和局部特征,并引入空间依赖性进一步提高检测精度。通过将双注意力擦除和注意力信息聚合进行协同工作,从而更好地提高弱监督检测性能。在PASCAL VOC 2007和VOC 2012数据集上的实验结果表明,DAENet框架在两个数据集上的检测精度分别达到50.5%和47.4%,相比基准模型,在部分非刚性目标上的检测精度提高了约5%～20%。