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。     

利用选择性模型不定时更新的视觉跟踪算法

目的 在目标跟踪中,基本粒子滤波算法和传统模型更新策略在遮挡、光照变化以及自身旋转等情况下通常存在鲁棒性较差的问题。为解决该问题,提出一种基于选择性模型不定时更新的粒子滤波视觉跟踪算法。方法 本文算法在粒子滤波框架下,定时检测目标变化,采用最速梯度下降法判断更新时机。仅当目标本身逐渐姿态改变而不受背景干扰时更新目标模型;在发生遮挡或光照改变较大时则不更新,保持当前模型继续跟踪。结果 通过对示例视频的计算机视觉跟踪,在跟踪目标中心位置误差、覆盖率、精度及成功率比较上,本文算法均能表现出较优的实验结果,这表明:本文算法能够对目标模型进行选择性更新,与对比算法比较,总体能够更加有效解决视频中遮挡、光照变化以及自身旋转等情况下的鲁棒跟踪问题。结论 由于本文算法未考虑尺度,在尺度不变的多种复杂变化条件下,本文算法均具有较好的鲁棒性。     

基于VGG网络的鲁棒目标跟踪算法

针对传统目标跟踪算法中当目标被遮挡和受光照强度变化等多种因素干扰时,相关滤波器模板更新不准确,误差逐帧累积最终导致目标跟踪失败,提出了一种基于VGG网络的鲁棒目标跟踪算法。首先通过VGG网络对第1帧输入图像中的局部上下文区域提取平均特征图来建立相关滤波器模板;然后通过VGG网络对后续帧输入图像中的局部上下文区域提取平均特征图和仿射变换平均特征图;其次与核相关滤波跟踪算法相结合,自适应确定目标位置和最终目标位置;最后自适应更新最终平均特征图和最终相关滤波器模板。实验结果表明,本文算法在目标被遮挡和受光照强度变化等多种因素干扰时,仍具有较高的目标跟踪精度和较强的鲁棒性。     

利用感知模型的长期目标跟踪

目的 传统相关滤波目标跟踪算法存在两个问题,其一,使用循环移位产生的虚假负样本训练分类器,导致分类器分类能力受到限制;其二,当目标被严重遮挡时,由遮挡引起的一些不正确的样本（预测的目标图像）用于更新分类器,随着遮挡时间的增加,分类器将包含较多噪声信息并逐渐失去判别力,使得跟踪失败。针对上述问题,提出一种基于感知模型的长期目标跟踪算法,通过引入背景感知策略解决传统相关滤波器缺乏真实负样本问题,通过引入遮挡感知策略来有效跟踪被遮挡的目标。方法 首先,所提算法通过扩大采样区域,增加所产生训练样本数量,并引入裁剪矩阵,裁取移位后的样本以获得完整有效的样本,同时克服了由循环移位产生样本导致的边界效应问题;然后,利用无遮挡情况下一定帧数目标图像各自对应的分类器构建分类池;最后,在严重遮挡情况下利用最小化能量函数从分类池中选择最佳分类器进行重检测,以实现长期目标跟踪。结果 使用公开数据集对所提算法进行性能评估,结果表明,所提算法成功率为0.990,精确度为0.988。其较背景感知相关滤波（BACF）算法分别提升2.7%和2.5%。结论 所提算法在目标被遮挡、形变、尺度变化以及复杂背景下仍能较准确跟踪目标,具备较高的精确度和鲁棒性。     

自适应尺度突变目标跟踪

目的 尺度突变是目标跟踪中一项极具挑战性的任务,短时间内目标的尺度发生突变会导致跟踪要素丢失,使得跟踪误差积累导致跟踪漂移,为了更好地解决这一问题,提出了一种先检测后跟踪的自适应尺度突变的跟踪算法（kernelized correlation filter_you only look once,KCF_YOLO）。方法 在跟踪的训练阶段使用相关滤波跟踪器实现快速跟踪,在检测阶段使用YOLO（you only look once）V3神经网络,并设计了自适应的模板更新策略,采用将检测到的物体的相似度与目标模板的颜色特征和图像指纹特征融合后的相似度进行对比的方法,判断目标是否发生遮挡,据此决定是否在当前帧更新目标模板。结果 为证明本文方法的有效性在OTB（object tracking benchmark）2015数据集中具有尺度突变代表性的11个视频序列上进行试验,试验视频序列目标尺度变化为0.19.2倍,结果表明本文方法平均跟踪精度为0.955,平均跟踪速度为36帧/s,与经典尺度自适应跟踪算法比较,精度平均提高31.74%。结论 本文使用相关滤波和神经网络在目标跟踪过程中先检测后跟踪的思想,提高了算法对目标跟踪过程中尺度突变情况的适应能力,实验结果验证了加入检测策略对后续目标尺度发生突变导致跟踪漂移的情况起到了很好的纠正作用,以及自适应模板更新策略的有效性。     

多相关滤波自适应融合的鲁棒目标跟踪

目的 由于目标在复杂场景中可能会发生姿态变化、物体遮挡、背景干扰等情况,目标跟踪仍然是一个具有挑战性的课题。目前判别性相关滤波方法在目标跟踪问题上获得了成功而又广泛的应用。标准的相关滤波方法基于循环偏移得到大量训练样本,并利用快速傅里叶变换加速求解滤波器,使其具有很好的实时性和鲁棒性,但边界偏移带来的消极的训练样本降低了跟踪效果。空间正则化的相关滤波跟踪方法引入空间权重函数,增强目标区域的滤波器作用,在增大了目标搜索区域的同时,也增加了计算时间,而且对于目标形变不规则,背景相似的情景也会增强背景滤波器,从而导致跟踪失败。为此,基于以上问题,提出一种自适应融合多种相关滤波器的方法。方法 利用交替方向乘子法将无约束的相关滤波问题转化为有约束问题的两个子问题,在子问题中分别采用不同的相关滤波方法进行求解。首先用标准的相关滤波方法进行目标粗定位,进而用空间正则化的相关滤波跟踪方法进行再定位,实现了目标位置和滤波模板的微调,提高了跟踪效果。结果 本文算法和目前主流的一些跟踪方法在OTB-2015数据集中100个视频上,以中心坐标误差和目标框的重叠率为评判标准进行了对比实验,本文算法能较好地处理多尺度变化、姿态变化、背景干扰等问题,在CarScale、Freeman4、Girl等视频上都表现出了最好的跟踪结果;本文算法在100个视频上的平均中心坐标误差为28.55像素,平均目标框重叠率为61%,和使用人工特征的方法相比,均高于其他算法,与使用深度特征的相关滤波方法相比,平均中心坐标误差高了6像素,但平均目标框的重叠率高了4%。结论 大量的实验结果表明,在目标发生姿态变化、尺度变化等外观变化时,本文算法均具有较好的准确性和鲁棒性。     

外观表征分析下动态更新相关滤波跟踪

目的 基于相关滤波和孪生神经网络的两类判别式目标跟踪方法研究已取得了较大进展,但后者计算量过大,完全依赖GPU（graphics processing unit）加速运算。传统相关滤波方法由于滤波模型采用固定更新间隔,难以兼顾快速变化目标和一般目标。针对这一问题,提出一种基于目标外观状态分析的动态模型更新算法,优化计算负载并提高跟踪精度,兼顾缓变目标的鲁棒跟踪和快速变化目标的精确跟踪。方法 通过帧间信息计算并提取目标区域图像的光流直方图特征,利用支持向量机进行分类从而判断目标是否处于外观变化状态,随后根据目标类别和目标区域图像的光流主分量幅值动态设置合适的相关滤波器更新间隔。通过在首帧进行前背景分离运算,进一步增强对目标外观表征的学习,提高跟踪精度。结果 在OTB100（object tracking benchmark with 100 sequences）基准数据集上与其他6种快速跟踪算法进行对比实验,本文算法的精准度和成功率分别为86.4%和64.9%,分别比第2名ECO-HC（efficient convolution operators using hand-crafted features）算法高出1.4%和0.9%。在平面内旋转、遮挡、部分超出视野和光照变化这些极具挑战性的复杂环境下,精准度分别比第2名高出3.0%、4.4%、5.2%和6.0%,成功率高出1.9%、3.1%、4.9%和4.0%。本文算法在CPU（central processing unit）上的运行速度为32.15帧/s,满足跟踪问题实时性的要求。结论 本文的自适应模型更新算法在优化计算负载的同时取得了更好的跟踪精度,适合于工程部署与应用。     

结合连续卷积算子的自适应加权目标跟踪算法

目的 在视觉跟踪领域中,特征的高效表达是鲁棒跟踪的关键,观察到在相关滤波跟踪中,不同卷积层表达了目标的不同方面特征,提出了一种结合连续卷积算子的自适应加权目标跟踪算法。方法 针对目标定位不准确的问题,提出连续卷积算子方法,将离散的位置估计转换成连续位置估计,使得位置定位更加准确;利用不同卷积层的特征表达,提高跟踪效果。首先利用深度卷积网络结构提取多层卷积特征,通过计算相关卷积响应大小,决定在下一帧特征融合时各层特征所占的权重,凸显优势特征,然后使用从不同层训练得到的相关滤波器与提取得到的特征进行相关运算,得到最终的响应图,响应图中最大值所在的位置便是目标所在的位置和尺度。结果 与目前较流行的3种目标跟踪算法在目标跟踪基准数据库（OTB-2013）中的50组视频序列进行测试,本文算法平均跟踪成功率达到85.4%。结论 本文算法在光照变化、尺度变化、背景杂波、目标旋转、遮挡和复杂环境下的跟踪具有较高的鲁棒性。     

采用核相关滤波的快速TLD视觉目标跟踪

目的 如何对目标进行快速鲁棒的跟踪一直是计算机视觉的重要研究方向之一,TLD（tracking-learning-detection）算法为这一问题提供了一种有效的解决方法,为了进一步提高TLD算法的跟踪性能,从两个方面对其进行了改进。方法 首先在跟踪模块采用尺度自适应的核相关滤波器（KCF）作为跟踪器,考虑到跟踪模块与检测模块相互独立,本文算法使用检测模块对跟踪模块结果的准确性进行判断,并根据判断结果对KCF滤波器模板进行有选择地更新;然后在检测模块,运用光流法对目标位置进行初步预测,依据预测结果动态调整目标检测区域后,再使用分类器对目标进行精确定位。结果 为了验证本文算法的优越性,对其进行了两组实验,实验1在OTB2013和Temple Color128这两个平台上对本文算法进行了跟踪性能的测试,其结果表明本文算法在OTB2013上的跟踪精度和成功率分别为0.761和0.559,在Temple Color128上的跟踪精度和成功率分别为0.678和0.481,且在所有测试视频上的平均跟踪速度达到了27.92帧/s;实验2将本文算法与其他3种改进算法在随机选取的8组视频上进行了跟踪测试与对比分析,实验结果表明,本文算法具有最小的中心位置误差14.01、最大的重叠率72.2%以及最快的跟踪速度26.23帧/s,展现出良好的跟踪性能。结论 本文算法使用KCF跟踪器,提高了算法对遮挡、光照变化和运动模糊等场景的适应能力,使用光流法缩小检测区域,提高了算法的跟踪速度。实验结果表明,本文算法在多数情况下均取得优于参考算法的跟踪性能,在对目标进行长时间跟踪时表现出良好的跟踪鲁棒性。     

时空上下文抗遮挡视觉跟踪

目的 传统的视觉跟踪方法只考虑了目标本身的特征信息提取,忽略了目标周围稠密的上下文信息。一旦目标本身特征信息提取存在困难,很容易导致跟踪失败。为解决上述问题,提出一种时空上下文抗遮挡视觉跟踪算法（STC-PF）。方法 首先,利用目标与局部区域的时空关系学习时空上下文模型;然后,通过上下文先验模型和学习到的时空上下文模型计算置信图;最后,对时空上下文区域进行分块遮挡判别,若遮挡概率小于设定阈值,计算置信图所得最大概率位置即为目标位置;若遮挡概率大于设定阈值,则目标发生遮挡,通过子块匹配和粒子滤波估计目标位置以及运动轨迹,实现不同程度的抗遮挡跟踪。结果 对测试数据集中的图像序列进行实验,结果表明,STC-PF方法的跟踪成功率提高至80%以上;中心误差小于原算法;同时STC-PF算法在提高抗遮挡能力的前提下,运行速度与原算法相当,高于当前流行算法。结论 STC-PF算法能够适用于光照变化、目标旋转、遮挡等复杂情况下的视觉目标跟踪,具有一定的实时性和高效性,尤其是在目标发生遮挡情况下具有很好的抗遮挡能力和较快的运行速度。     

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。     

遮挡判定下多层次重定位跟踪算法

目的 目标遮挡一直是限制跟踪算法精确度和稳定性的问题之一,针对该问题,提出一种抗遮挡的多层次重定位目标跟踪算法。方法 通过平均峰值相关能量动态分配特征权重,将梯度特征与颜色直方图特征动态地结合起来进行目标跟踪。利用多峰值检测和峰值波动情况进行目标状态判定,若目标状态不理想,则停止模板更新,避免逐帧更新导致目标漂移,继续跟踪目标;若判定目标遮挡,则提取对应特征点,使用最邻近距离比进行特征匹配和筛选,丢弃负样本的最邻近样本作为二次筛选,利用广义霍夫变换进行第3次筛选并重定位目标,对目标继续跟踪。结果 在标准数据集OTB（object tracking benchmark）100和LaSOT（large-scale single object tracking）上的实验结果显示,本文算法的精确率分别为0.885和0.301,相较于Staple算法分别提升了13.5%和30.3%。结论 在目标发生遮挡的场景中,本文方法能够重定位目标并且继续跟踪,优化后的模板更新策略提高了算法速度。目标状态的判定有效估计了目标遮挡问题,可以及时采取应对策略,提高算法在复杂环境下的稳定性。     

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。     

核相关滤波跟踪算法的尺度自适应改进

针对基于检测的核相关滤波跟踪（CSK）算法难以适应目标尺度变化的问题,提出多尺度核相关滤波分类器以实现尺度自适应目标跟踪。首先,采用多尺度图像构建样本集,训练多尺度核相关滤波分类器,通过分类器对目标的尺度估计实现目标的最佳尺度检测;然后,在最佳尺度下采集样本在线学习更新分类器,实现尺度自适应的目标跟踪。对比实验与分析表明,本文算法在目标跟踪过程中能够正确适应目标的尺度变化,相比CSK算法,偏心距误差减少至其1/5~1/3,能满足复杂场景长时间跟踪的需求。     

一种基于SVM的核相关跟踪算法

基于相关滤波器的跟踪方法在准确度和鲁棒性上取得了突出优势,但仍需要提高整体的跟踪性能.针对传统单目标的核相关滤波器跟踪算法在目标尺度变化和产生遮挡的跟踪中存在的问题,提出了一种结合支持向量机(SVM)检测器的多尺度相关滤波器算法.通过在核矩阵中引入尺度因子来提高相关滤波器处理尺度变换的性能,训练了一个在线SVM检测器,当目标发生遮挡时,能够重新获取目标,同时自适应调整模型学习率.通过与其他5种优秀跟踪算法进行实验比较,结果表明:方法能够广泛应用于目标跟踪领域,对目标进行准确地估计并有效处理目标的遮挡问题.     

基于置信度的加权特征融合相关滤波跟踪

目前机器视觉应用广泛，视频目标跟踪的过程中会遇到各种挑战。为解决单一特征鲁棒性差，模型和尺度更新机制不健全的问题，提出了一种将自适应加权特征融合方法与置信度模型及尺度更新机制相结合的相关滤波目标跟踪算法。算法将互补的梯度和颜色特征进行融合，通过计算各特征滤波响应来决定下一帧在融合特征中各自所占的权重，凸显优势特征，使目标与背景更具区分度。同时引入置信度更新机制，防止模型更新引入遮挡物、相似干扰，提高正确率。最后提出一种新的尺度更新策略，简化冗余代码，使跟踪更精确的同时降低时间代价。实验结果证明，该算法在精度和正确率上都比几种现有相关滤波算法更优，应对相似目标干扰和遮挡情况具有更高鲁棒性。对相关滤波算法进行了改进，加入了特征融合和更新机制，使算法提高了跟踪效果，具有一定的应用价值。     

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.     

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。     

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...     

融合TLD框架的DSST实时目标跟踪改进算法

In view of the image blurring caused by fast target movement, it is difficult for the DSST algorithm to distinguish between the target and the background information. The filter is cyclically shifted during the training phase to collect dense samples, which easily results in boundary effect and leads to the tracking drift problem. Therefore, this paper proposes an improved DSST real-time target trac- king algorithm (TLD-DSST) that incorporates the TLD framework. The algorithm improves the position filter of the DSST algorithm, adds the weight coefficient matrix through the spatial regularization me- thod to reduce the response of the non-target area, and performs rough positioning of the target under fast motion. At the same time, a naive Bayesian classifier is introduced to improve the TLD detector, in order to improve the detector's ability to distinguish between the target and the background information. Moreover, the optimal similarity matching is performed on the position of the DSST target response and the target area obtained by the TLD detector, so as to get the precise positioning result. The TLD detector positive and negative sample online update mechanism is used to continuously optimize the robustness of the algorithm. Experimental results show that the TLD-DSST algorithm has high accuracy and success rate for target tracking in complex scenarios such as fast motion.