基于特征点匹配的自适应目标跟踪算法

由于实际场景复杂多变,目标在运动过程中往往会出现形变、遮挡等问题,增加了跟踪的难度。为了解决上述问题,提出一种基于特征点匹配的自适应目标跟踪算法。算法初始化时在选定的目标区域内提取特征点,跟踪过程中通过对前后两帧的特征点进行匹配,计算出目标的位置、尺度和旋转变化,进而实现对目标的跟踪。同时通过对特征点的不断更新,可以使算法具有一定的抗遮挡能力。实验表明,该方法在实际应用中效果很好。     

一种基于角点的Mean Shift目标跟踪算法*

为了提高经典的Mean Shift算法在复杂场景中的跟踪性能,提出了一种基于角点的目标表示方法。首先,利用Harris角点检测算法提取表示目标主要特征的角点;其次,基于提取的角点,建立目标模型,将其嵌入Mean Shift算法进行跟踪。该方法仅用少量的关键点表示目标,能够自动去除目标和背景中的次要特征,有效地抑制背景成分对目标定位的影响,从而改进Mean Shift目标跟踪算法的性能。通过测试两个复杂环境下的视频,实验结果表明,相对于传统的目标跟踪算法,提出的方法取得了更好的性能。     

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。     

改进型粒子滤波与稀疏表达的自适应图像跟踪算法

针对各种复杂场景下视频序列目标跟踪算法对目标外形、部分遮挡、灰度等参数敏感的问题,提出基于改进型粒子滤波与稀疏表达的自适应图像跟踪算法。通过建立过完备基,建立样本集合以及提取特征集合得到过完备集合。使用正交匹配跟踪算法求取稀疏系数,提出稀疏度计算公式用以计算各区域的匹配值,使用各匹配值求取目标位置。实验结果显示,算法能够稳健、高效地跟踪运动目标,相对各种运动跟踪算法,算法运行速度快,鲁棒性高,能够完成多种复杂环境下的跟踪任务。     

低光照场景下基于序列增强的移动机器人人体检测与姿态识别

灾难救援、地下空间开发利用等场景均存在低光照、甚至完全黑暗的问题,导致机器人目标搜索与识别困难。为此,本文面向低光照场景提出基于红外深度相机图像序列的人体检测和姿态识别方法。首先,利用基于YOLO v4的AlphaPose算法检测人体框和关键点。然后,提出基于特征点匹配的漏检人体框恢复算法,降低人体漏检率,同时使用D-S（Dempster-Shafer）证据理论融合人体框和关键点的检测结果,从而降低人体误检率。最后,设计一种基于图像序列信息的人体姿态分层识别方法,在不同的识别层提取不同的人体躯干特征,利用连续多帧躯干向量特征组成的特征序列对人体姿态进行精准的识别并进行实验验证。实验结果表明本文算法能够在低光照条件下实现准确的人体检测与姿态识别,姿态识别准确率高达95.36%。     

基于全局颜色传递的SIFT匹配算法

研究在不同光照条件下两幅彩色图像的匹配问题,提出了一种新的基于全局颜色传递的具有尺度不变性的特征变换（SIFT）匹配算法。新算法对不同光照下同一场景或目标的两幅彩色图像进行全局颜色传递,以减小匹配时由颜色差异带来的误差;利用SIFT算法提取处理后的图像的特征信息完成初步匹配;采用随机抽验一致性（RANSAC）算法消除误匹配点。实验结果表明新算法具有良好的彩色图像匹配性能。     

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。     

基于自适应阈值的ORB特征点提取算法研究

在弱纹理场景下,针对ORB算法提取特征点过程中,固定阈值检测FAST角点可能会导致提取效果不佳进而影响匹配精度,提出了自适应阈值的ORB特征点提取算法,通过图像灰度差值和像素分布概率来计算图像对比度,根据对比度动态计算角点检测阈值。然后根据动态阈值算法实现特征点的提取,采用暴力匹配算法和快速最近邻接匹配（FLANN）两种匹配算法,在EuRoc数据集上分别对比了ORB算法、SIFT算法与该算法的特征点匹配精度和耗时。结果表明,在匹配精度上比ORB算法提升了26.6%,比SIFT算法提升了32.7%。     

融合图像显著性与特征点匹配的形变目标跟踪

目的 针对目标在跟踪过程中出现剧烈形变,特别是剧烈尺度变化的而导致跟踪失败情况,提出融合图像显著性与特征点匹配的目标跟踪算法。方法 首先利用改进的BRISK（binary robust invariant scalable keypoints）特征点检测算法,对视频序列中的初始帧提取特征点,确定跟踪算法中的目标模板和目标模板特征点集合;接着对当前帧进行特征点检测,并与目标模板特征点集合利用FLANN（fast approximate nearest neighbor search library）方法进行匹配得到匹配特征点子集;然后融合匹配特征点和光流特征点确定可靠特征点集;再后基于可靠特征点集和目标模板特征点集计算单应性变换矩阵粗确定目标跟踪框,继而基于LC（local contrast）图像显著性精确定目标跟踪框;最后融合图像显著性和可靠特征点自适应确定目标跟踪框。当连续三帧目标发生剧烈形变时,更新目标模板和目标模板特征点集。结果 为了验证算法性能,在OTB2013数据集中挑选出具有形变特性的8个视频序列,共2214帧图像作为实验数据集。在重合度实验中,本文算法能够达到0.567 1的平均重合度,优于当前先进的跟踪算法;在重合度成功率实验中,本文算法也比当前先进的跟踪算法具有更好的跟踪效果。最后利用Vega Prime仿真了无人机快速抵近飞行下目标出现剧烈形变的航拍视频序列,序列中目标的最大形变量超过14,帧间最大形变量达到1.72,实验表明本文算法在该视频序列上具有更好的跟踪效果。本文算法具有较好的实时性,平均帧率48.6帧/s。结论 本文算法能够实时准确的跟踪剧烈形变的目标,特别是剧烈尺度变化的目标。     

基于自适应背景的多特征融合目标跟踪

针对基于单一特征的目标跟踪算法,在复杂情形下,很难准确跟踪目标的问题,提出一种基于自适应背景的多特征融合目标跟踪算法。该算法利用颜色和基于灰度共生矩阵纹理特征表征目标,在粒子滤波的框中,通过分析在不同特征下,粒子空间分布、权值分布,以及特征对背景的区分性,提出一种有效的融合系数计算方法; 根据在跟踪过程中目标外观的变化情况,自适应更新目标模板。在不同场景下的实验结果表明:该算法在不降低实时性的前提下,抗背景干扰能力大幅度提高; 在各种场景下,均具有良好的稳定性和鲁棒性。     

基于色斑联合推举的被遮挡运动目标跟踪

针对非刚体运动目标被遮挡的跟踪问题,提出一种以目标色斑子块相关匹配联合推举的跟踪方法。利用目标色调特征的不变性对目标色斑进行自适应分块,通过子块的运动状态联合估计目标整体的运动状态,在遮挡发生时判断被遮挡子块,并将其排除到联合推举之外。实验结果表明,该方法可实现对非刚体目标遮挡下的有效跟踪。     

自适应均值漂移算法目标跟踪检测仿真研究

研究运动物体目标跟踪精确度问题,由于存在遮挡和多光源的噪声影响检测精度,而且运动目标的跟踪是在连续的图像帧间创建位置、速度、形状等存在匹配问题。传统的目标跟踪算法由于目标的动态移动速度大,而容易导致跟踪丢失目标。为了解决上述问题,提出了一种改进的基于自适应均值移动(Cam Shift)目标跟踪新算法。主要难点技术问题是提取了多运动目标视频图像,进行了背景分离。算法是一种颜色跟踪算法,根据多次迭代的计算结果,自适应调整图像,实现对运动目标的实时跟踪。仿真结果表明,提出的改进目标跟踪算法的跟踪精度和滤波效果有了较大提高,同时具有较强的鲁棒性能。     

一种多特征自适应融合的球员跟踪算法

基于模型的跟踪方法难以处理足球视频中球员形态发生较大变化的情况。为此,提出一种改进的多特征自适应融合的球员跟踪算法。利用自适应高斯混合模型检测球场和球员区域,使用球员HUE颜色特征的Bhattacharyya距离度量法代替传统的模板匹配方法,辨别球队归属,自适应地融合目标模型的颜色、形状和时空特征信息,实现对球员的跟踪,采用三点估算预测方法解决球员完全遮挡现象。实验结果表明,该算法能较好地解决球员之间的遮挡问题,在球员形态变化较大时能实现稳定的跟踪。     

基于卡尔曼滤波与感知哈希技术的模板匹配跟踪算法

为解决传统模板匹配跟踪算法计算复杂度高且在目标形变、光照变化、遮挡等情况下容易发生跟踪漂移的问题,本文提出一种融合卡尔曼滤波、图像感知哈希与模板匹配的跟踪算法。本算法采用感知哈希技术提取目标的哈希值作为模板进行匹配,采用卡尔曼滤波预测下一帧中候选目标的搜索区域,然后,结合模板的哈希序值和目标位置变化信息设计新的匹配准则进行模板匹配,最后根据匹配结果,采用自适应模板更新策略和跟踪策略对目标进行跟踪。试验结果表明,本算法在目标形变、光照变化以及遮挡情况下具有一定的鲁棒性,且能满足实时跟踪的要求。     

自适应粒子滤波在人体跟踪过程中的应用

人体运动跟踪技术近年来在图像处理与计算机视觉领域引起很多关注,在当前一些重要研究和应用领域有着广泛的需求。在以往跟踪方法的基础上提出了基于决策规则的自适应粒子滤波的无标记运动目标跟踪方法。利用一个带外观模板的人体关节模型,通过学习得到运动模型及基于关节模型的相似性计算,巧妙地利用自适应粒子滤波对运动目标进行实时跟踪,使得在粒子滤波过程中,可以根据实际滤波情况在线调节粒子数。实验表明,提出的算法鲁棒性好,跟踪速度比基于传统粒子滤波的快。     

用于弹道目标跟踪的新的非线性滤波算法

针对再入阶段弹道目标的跟踪问题,提出一种新的自适应滤波算法,即强跟踪有限差分扩展卡尔曼滤波（STFDEKF）算法,用于非线性系统的目标跟踪。该方法使用Sterling内插公式进行多项式的近似,从而实现对非线性函数的近似,避免了非线性函数的求导运算;并且算法中引入强跟踪的因子来修正先验的协方差矩阵。新算法改进了跟踪精度,扩大了应用范围,增强了滤波收敛性。仿真实验将新算法与扩展卡尔曼滤波器（EKF）、有限差分扩展卡尔曼滤波器（FDEKF）进行了比较,结果表明,STFDEKF在跟踪精度和滤波可靠性上均优于EKF和FDEKF,但其计算复杂性更大。得出结论,STFDEKF是个很有效的非线性滤波算法。     

基于粒子预测的自适应图像匹配目标跟踪算法

在基于自适应图像匹配跟踪算法上研究了让其结合粒子预测及对模板图像更新的综合算法,对非线性、非高斯问题进行了位置预测,针对Hausdorff算法计算量大的问题,采取了更新结合的方法,改变并对自适应图像匹配跟踪算法的匹配跟踪性能进行分析.实验结果表明,纳入粒子预测的自适应跟踪算法既继承了相关跟踪直观实用的特点,有效的克服障碍物的遮挡问题,又具有较高匹配跟踪稳定性.     

A multivariable MRAC scheme with application to a nonlinear aircraft model

This paper revisits the multivariable model reference adaptive control (MRAC) problem, by studying adaptive state feedback control for output tracking of multi-input multi-output (MIMO) systems. With such a control scheme, the plant-model matching conditions are much less restrictive than those for state tracking, while the controller has a simpler structure than that of an output feedback design. Such a control scheme is useful when the plant-model matching conditions for state tracking cannot be satisfied. A stable adaptive control scheme is developed based on LDS decomposition of the high-frequency gain matrix, which ensures closed-loop stability and asymptotic output tracking. A simulation study of a linearized lateral-directional dynamics model of a realistic nonlinear aircraft system model is conducted to demonstrate the scheme. This linear design based MRAC scheme is subsequently applied to a nonlinear aircraft system, and the results indicate that this linearization-based adaptive scheme can provide acceptable system performance for the nonlinear systems in a neighborhood of an operating point.     

基于改进的Mean Shift鲁棒跟踪算法

Mean Shift跟踪算法在目标尺度变化大和被遮挡时存在较大的缺陷。针对这一问题,提出了一种基于多级正方形匹配的自适应带宽选择和分块抗遮挡的目标跟踪算法。该算法采用目标中心点的离散程度和增量试探法计算出可能的变化尺度,然后采用多级正方形匹配法预测目标的运动趋势,将巴氏系数最大者的尺度作为Mean Shift核函数新的带宽。同时,对前景目标进行分块,根据子块的遮挡程度自适应改变子块权重并按一定准则融合有效子块的跟踪结果。实验结果表明,该算法具有很好的鲁棒性。     

基于特征匹配滤波的自适应模板跟踪算法

针对头部目标跟踪的应用背景,在Mean Shift的框架下提出一种基于特征匹配滤波的自适应模板更新策略。该方法根据被跟踪目标在不同状态下所呈现出颜色的统计特征信息,采用颜色空间核密度估计匹配滤波的方法,对模板中局部区域像素的更新作出决策。实验结果表明,该算法有效解决了因头部旋转以及物体遮挡而导致模板不匹配的问题,实现了头部的连续跟踪,取得了很好的跟踪效果,提高了跟踪算法的整体稳定性和鲁棒性。