基于SURF与光流法的增强现实跟踪注册

提出一种基于SURF与光流法相结合的增强现实局部跟踪注册方法。采用光流法对移动对象区域进行跟踪,利用SURF算法仿射、尺度不变性及运算速度快的优点对该区域进行特征提取与匹配,利用相邻帧之间特征点的匹配关系求得三维注册矩阵,在保持注册精确性的同时降低了系统运算时间。实验结果表明该方法达到了实时跟踪与准确注册的效果,并且在环境变化时保持了较好的鲁棒性。     

多分辨率LK光流联合SURF的跟踪方法

针对交通监控中运动目标形变、雾霾天气、高速、光照不均、部分遮挡等复杂情况导致Lucas-Kanade（LK）算法跟踪不稳定问题,提出基于多分辨率LK光流算法联合快速鲁棒性特征（SURF）的跟踪算法。所提算法构建图像多分辨率小波金字塔,解决传统LK算法中同一像素点帧间大尺度运动易丢失问题;同时联合SURF尺度不变特征变换算法,提取特征点进行光流跟踪,并制定自适应模板实时更新策略;在减少光流计算量的同时增强运动目标抗复杂环境的能力。实验结果表明,新方法中特征点匹配准确快速,自适应性强,在交通复杂化境中跟踪稳定。     

基于加速鲁棒特征和多示例学习的目标跟踪算法

针对照明变化、形状变化、外观变化和遮挡对目标跟踪的影响,提出一种基于加速鲁棒特征（SURF）和多示例学习（MIL）的目标跟踪算法。首先,提取目标及其周围图像的SURF特征;然后,将SURF描述子引入到MIL中作为正负包中的示例;其次,将提取到的所有SURF特征采用聚类算法实现聚类,建立视觉词汇表;再次,通过计算视觉字在多示例包的重要程度,建立“词-文档”矩阵,并且求出包的潜在语义特征通过潜在语义分析（LSA）;最后,通过包的潜在语义特征训练支持向量机（SVM）,使得MIL问题可以依照有监督学习问题进行解决,进而判断是否为感兴趣目标,最终实现视觉跟踪的目的。通过实验,明确了所提算法对于目标的尺度缩放以及短时局部遮挡的情况都有一定的鲁棒性。     

基于改进的颜色和SURF特征的粒子滤波目标跟踪

针对视频中运动目标的准确跟踪问题,提出了一种改进的颜色直方图特征和SURF特征的粒子滤波跟踪算法。采用SURF算法提取特征点,利用分层迭代的KLT算法对特征点进行稳定跟踪。将SURF特征与改进的视觉显著性颜色特征进行乘性融合,作为粒子滤波的观测概率。针对跟踪过程中SURF匹配数下降和不稳定的现象,设计了SURF特征模板集的更新策略。与传统特征的跟踪进行多组对比实验,其结果证明了该方法对光照和遮挡具有很好的鲁棒性,对目标跟踪的准确率更高。     

融合灰度和SURF特征的红外目标跟踪

由于红外图像对比度低、色彩信息匮乏且灰度级动态范围小,基于红外成像的目标跟踪一直是本领域研究的难点和重点。提出了一种融合灰度核直方图和SURF(speeded up robust features)特征的红外目标跟踪算法。在首帧采用灰度核直方图和SURF特征分别描述目标模板,在以后每帧中利用均值漂移算法快速找到局部最优解。考虑到灰度直方图特征信息量少,跟踪误差逐渐累积,采用改进的SURF特征点匹配算法估算当前帧目标尺度和中心位置,及时修正累积误差,避免跟踪窗口漂移且能自适应调整跟踪窗口大小,此外更新目标模板,最终准确跟踪目标。真实场景实验结果表明,本文算法在目标外观发生较大尺度变化、周边具有相似表观物体时能稳定跟踪目标,具有很强的稳健性,且满足实时性要求。     

交通监控场景下的相机标定与车辆速度测量

针对交通监控场景中对车辆速度测量的需求,提出了一种相机标定方法和车辆速度测量方案。首先,通过深度学习YOLO检测算法和光流跟踪算法对图像中的车辆目标进行检测和跟踪,根据获得的轨迹集合使用级联霍夫变换计算出道路方向上的消失点,从而检测出道路上的标志线。之后根据消失点和标志线,使用试探焦距思想完成相机标定任务。最后通过计算多帧之间瞬时速度的平均值来实现车辆速度的测量。通过真实交通监控场景的实验结果表明,这种基于消失点的自动相机标定方法具有较好的稳定性和较高的标定精度,能够满足车辆速度测量和实际工程应用的需求。     

基于改进光流特征的运动目标跟踪

在城市智能视频监控中需要对运动目标进行实时跟踪,针对传统的运动目标检测中出现的跟踪目标易丢失、跟踪率低、实时性差等问题,提出一种基于改进光流特征的运动目标跟踪检测方法,对运动行人目标进行跟踪。该方法首先采用改进的Vibe运动背景建模法对视频中存在的运动行人进行检测,再将Shi-Tomasi角点检测与LK光流法进行结合,将角点检测结果融入到LK光流法中,并对检测到的角点进行运动光流特征提取,最后通过卡尔曼滤波对出现的行人进行预测跟踪,采用匈牙利最优匹配算法实现对运动目标的持续匹配以及对运动目标的跟踪。仿真结果表明,本文提出的方法能够对视频中出现的运动目标进行检测跟踪,具有较好的识别效果,且检测效率得到提高。      

基于SURF算法和OpenCV的人脸特征检测技术研究

人脸检测和人脸跟踪技术已成为计算机视觉领域研究的热点。针对SURF算法的优点,首先将SURF算法应用于人脸特征检测与跟踪,阐述了人脸跟踪系统设计方法,首先使用OpenCV技术实现了基于SURF算法的人脸特征跟踪系统。实验结果表明,基于SURF算法和OpenCV技术的人脸跟踪系统匹配识别效果和实时性较好,对人脸旋转、尺寸变化和环境光照变化具有较好鲁棒性。     

基于改进ORB特征点的LK光流算法

针对传统ORB特征点匹配准确率低和在光流算法中跟踪特性差的问题,提出了一种基于改进ORB特征点的LK光流算法。首先结合FAST特征点和rBRIEF特征描述符计算出ORB特征点;然后结合SURF算法在特征提取步骤中构建的Hessian矩阵对ORB特征点进行再提取;最后对改进ORB特征点进行特征匹配测试和LK光流跟踪测试。实验结果表明,相较于传统ORB特征点,改进ORB特征点的特征匹配准确率平均提升20.96%,LK光流跟踪成功率平均提升19.73%。本文提出的改进ORB特征点不仅拥有更好的特征匹配效果,同时具有更好的跟踪特性。     

基于人脸识别与光流追踪的移动机器人视觉导航方法

针对移动机器人视觉导航中跟踪目标丢失的问题,提出了基于人脸识别与稀疏光流算法(KLT)结合的移动机器人视觉导航方法(FR-KLT视觉导航方法)。采用OpenCV库中的Haar特征提取人脸识别算法实时检测识别目标人脸,通过Harris角点检测获取目标人体特征点,对目标人体进行精准定位;KLT光流追踪法测算目标移动趋势,并预测目标下一刻大致位置。目标人体位置变动时移动机器人对目标进行实时追踪导航。通过Pioneer-LX机器人在真实环境下试验,验证了该方法准确识别并跟踪目标的实时性和有效性。     

Object tracking using SIFT features and mean shift

A scale invariant feature transform (SIFT) based mean shift algorithm is presented for object tracking in real scenarios. SIFT features are used to correspond the region of interests across frames. Meanwhile, mean shift is applied to conduct similarity search via color histograms. The probability distributions from these two measurements are evaluated in an expectation–maximization scheme so as to achieve maximum likelihood estimation of similar regions. This mutual support mechanism can lead to consistent tracking performance if one of the two measurements becomes unstable. Experimental work demonstrates that the proposed mean shift/SIFT strategy improves the tracking performance of the classical mean shift and SIFT tracking algorithms in complicated real scenarios.     

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。     

基于改进Mean Shift和SURF的目标跟踪

传统颜色直方图的Mean Shift（MS）算法只考虑了目标颜色的统计信息,不包含目标的空间信息,当目标颜色与背景颜色相近或目标对象发生光照变化时,容易导致不准确跟踪或跟踪丢失。针对该问题,提出了一种融合改进MS和SURF的跟踪算法。改进的MS算法根据目标对象的最新外接矩形尺寸,确定对象的分块方法,根据各块的Bhattacharyya系数值,确定各块的权重系数,获得初步的跟踪结果;采用SURF特征匹配和校正的方法对其初步跟踪结果进行调整;采用线性加权的方法融合改进的MS和SURF跟踪结果,得出最终的跟踪结果。实验表明,提出的融合改进MS和SURF的跟踪算法,比传统的MS算法和固定分块的MS算法都具有更好的跟踪性能。     

一种基于核相关滤波的视觉跟踪算法

视觉跟踪是计算机视觉的一个重要方向,而核相关滤波(KCF)跟踪是视觉跟踪领域中的一种比较新颖的方法,它不同于传统基于目标特征的方法,不仅具有较高的跟踪精度,而且具有较快的跟踪速度,在实际应用中效果显著。但当物体快速运动或存在较大尺度变化等时,该方法无法准确地跟踪目标。文中提出的基于核相关滤波器的改进算法有效地解决了上述问题,其通过随机更新多模板匹配,确定了核相关滤波的学习因子,从而实现了学习因子自适应更新模型。实验结果表明,该算法根据不同的场景能快速地调整学习因子,从而提高跟踪的成功度。通过自适应学习因子和多模板匹配,该算法对部分遮挡、光照和目标尺度变化具有较强的适应性。     

多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪

目的 为提高目标跟踪的鲁棒性,针对相关滤波跟踪中的多特征融合问题,提出了一种多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪算法。方法 采用多通道相关滤波跟踪算法进行目标跟踪时,从目标和周围背景区域分别提取HOG（histogram of oriented gradient）、CN（color names）和颜色直方图3种特征。提出的分层融合算法首先采用自适应加权融合策略进行HOG和CN特征的特征响应图融合,通过计算特征响应图的平滑约束性和峰值旁瓣比两个指标得到融合权重。将该层融合结果与基于颜色直方图特征获得的特征响应图进行第2层融合时,采用固定系数融合策略进行特征响应图的融合。最后基于融合后的响应图估计目标的位置,并采用尺度估计算法估计得到目标更准确的包围盒。结果 采用OTB-2013（object tracking benchmark 2013）和VOT-2014（visual object tracking 2014）公开测试集验证所提跟踪算法的性能,在对多特征分层融合参数进行分析的基础上,与5种主流基于相关滤波的目标跟踪算法进行了对比分析。实验结果表明,本文算法的目标跟踪精度有所提高,其跟踪精度典型值比Staple算法提高了5.9%（0.840 vs 0.781）,同时由于有效地融合了3种特征,在多种场景下目标跟踪的鲁棒性优于其他算法。结论 提出的多特征分层融合跟踪算法在保证跟踪准确率的前提下,跟踪鲁棒性优于其他算法。当相关滤波跟踪算法采用了多个不同类型特征时,本文提出的分层融合策略具有一定的借鉴性。     

面向多源数据融合的稀疏表示目标跟踪

传统的基于稀疏表示的目标跟踪方法主要利用目标的灰度特征构建稀疏表示模型。由于灰度特征对光照变化敏感，这会影响目标跟踪在复杂场景下的鲁棒性。基于多源数据融合的目标跟踪可以明显提升目标跟踪鲁棒性，但如何有效融合不同维度，不同类型的多源目标特征成为基于多源数据融合的目标跟踪所要解决的关键问题。提出了一个基于目标状态以及灰度特征的稀疏表示目标跟踪方法。所提出的方法可通过基于核函数表示的稀疏表示模型，在探究目标状态以及灰度特征相关性的基础上，将两种不同维度的特征进行有效融合，提升目标跟踪在复杂场景下的鲁棒性。     

基于嵌入式GPU的pyramid LK光流法高速计算方法研究

在嵌入式计算平台上实现双向约束LK金字塔高精度光流的实时计算,是该算法能否用于自动驾驶等场景的重要影响因素。为了实现该目的,提出了基于网格划分的特征提取方法及新的双向约束方法;然后设计了动态窗口的金字塔模型,解决了光流计算过程中的负载不均衡问题;最后通过降低计算位宽,使得整体性能获得进一步提升。实验结果表明：在Jetson TX2上,针对真实场景所用的720P视频,所提出方法的性能比OpenCV的GPU版本提升了4.1倍,达到30 fps以上;将采用该方法的SLAM系统成功应用于车载场景并在真实环境中测试,使得系统的性能达到了28 fps。新方法有效地提升了位姿和点云的精度,较好地满足了车载场景的实时处理需求。     

A new robust video watermarking algorithm based on SURF features and block classification

In this paper, we propose a robust block classification based semi-blind video watermarking algorithm using visual cryptography and SURF (Speed-Up Robust Features) features to enhance the robustness, stability, imperceptibility and real-time performance. A method of selecting the best frames in each shot and the best regions or blocks within best frames is proposed to avoid employing frame–by-frame method for generating owner’s share in order to enhance robustness as well as reducing time complexity. In our method, Owner’s share is generated using the classification of selected robust blocks within the chosen frames along with corresponding watermark information. In extraction process, the SURF features are employed to match the feature points of selected frames with all frames to detect selected frames. Moreover, we resynchronize the embedded regions from distorted video to original sequence using SURF feature points matching. Afterwards, based on these matched feature points, rotation and scaling parameters are estimated next, selected blocks are retrieved using side information being stored eventually, watermark information is reconstructed successfully. Selecting Best frames, best regions, and employing surf features make our method to be highly robust against various kinds of attacks including image processing attacks, geometrical attacks and temporal attacks. Experimental results confirm the superiority of our scheme in case of being applicable in the real world, enhancing robustness and exploiting idea imperceptibility, over previous related methods.     

基于深度卷积特征光流的形变医学图像配准算法

光流法是一种基于光流场模型的重要而有效的形变配准算法。针对现有光流法所用特征质量不高使得配准结果不够准确的问题，将深度卷积神经网络特征和光流法相结合，提出了基于深度卷积特征光流（DCFOF）的形变医学图像配准算法。首先利用深度卷积神经网络稠密地提取图像中每个像素所在图像块的深度卷积特征，然后基于固定图像和浮动图像间的深度卷积特征差异求解光流场。通过提取图像的更为精确和鲁棒的深度学习特征，使求得的光流场更接近真实形变场，提升了配准精度。实验结果表明，所提算法能够更有效地解决形变医学图像配准问题，其配准精度优于Demons算法、尺度不变特征变换(SIFT) Flow算法以及医学图像专业配准软件Elastix。     

一种结合深度学习的运动重检测视觉SLAM算法

在现实场景中,传统视觉同步定位与建图（SLAM）算法存在静态环境假设的限制。由于运动物体的影响,传统的视觉里程计存在大量误匹配,从而影响整个SLAM算法的运行精度,导致系统无法在现实场景中稳定运行。基于深度学习和多视图几何,提出一种面向室内动态环境的视觉SLAM算法。采用目标检测网络对动态物体进行预检测确定潜在运动对象,根据预检测结果,利用多视图几何完成运动物体重检测,确认实际产生运动的物体并将场景中的对象划分为动态和静态两种状态。基于跟踪线程和局部建图线程,提出一种语义数据关联方法和关键帧选取策略,以减少运动物体对算法精度的影响,提高系统的稳定性。在TUM公开数据集上的实验结果表明,在动态场景下,相较于ORB-SLAM2算法,该算法平均均方根误差降低了40%,与同样具有运动剔除的DynaSLAM算法相比,算法实时性提高10倍以上,且运行速度与精度均明显提高。