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。     

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。     

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。     

自适应卷积特征选择的实时跟踪算法

目的 针对深度卷积特征相关滤波跟踪算法因特征维度多造成的跟踪速度慢及其在目标发生形变、遮挡等情况时存在跟踪失败的问题,提出了一种自适应卷积特征选择的实时跟踪算法。方法 该算法先分析结合深度卷积特征的相关滤波跟踪算法定位目标的特性,然后提出使用目标区域和搜索区域的特征均值比来评估卷积操作,选取满足均值比大于阈值的特征通道数最多的卷积层,减少卷积特征的层数及维度,并提取该卷积层的有效卷积特征来训练相关滤波分类器,最后采用稀疏的模型更新策略提高跟踪速度。结果 在OTB-100标准数据集上进行算法测试,本文算法的平均距离精度值达86.4%,平均跟踪速度达29.9帧/s,比分层卷积相关滤波跟踪算法平均距离精度值提高了2.7个百分点,速度快将近3倍。实验结果表明,本文自适应特征选择的方式在保证跟踪精度的同时有效地提升了跟踪的速度,且优于当前使用主成分分析降维的方式;与现有前沿跟踪算法对比,本文算法的整体性能优于实验中对比的9种算法。结论 该算法采用自适应卷积通道和卷积层选择的方式有效地减少了卷积层数和特征维度,降低了模型的复杂度,提升了跟踪速度,利用稀疏模型更新策略进一步提升了跟踪的速度,减少了模型漂移现象,当目标发生快速运动、遇到遮挡、光照变化等复杂场景时,仍可实时跟踪到目标,具有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。     

联合模板先验概率和稀疏表示的目标跟踪

目的 虽然基于稀疏表示的目标跟踪方法表现出了良好的跟踪效果,但仍然无法彻底解决噪声、旋转、遮挡、运动模糊、光照和姿态变化等复杂背景下的目标跟踪问题。针对遮挡、旋转、姿态变化和运动模糊问题,提出一种在粒子滤波框架内,基于稀疏表示和先验概率相结合的目标跟踪方法。方法 通过先验概率衡量目标模板的重要性,并将其引入到正则化模型中,作为模板更新的主要依据,从而获得一种新的候选目标稀疏表示模型。结果 在多个测试视频序列上,与多种流行算法相比,该算法可以达到更好的跟踪性能。在5个经典测试视频下的平均中心误差为6.77像素,平均跟踪成功率为97%,均优于其他算法。结论 实验结果表明,在各种含有遮挡、旋转、姿态变化和运动模糊的视频中,该算法可以稳定可靠地跟踪目标,适用于视频监控复杂场景下的目标跟踪。     

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。     

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。     

融合图像感知哈希技术的运动目标跟踪

目的 为解决运动目标跟踪时因遮挡、尺度变换等产生的目标丢失以及传统匹配跟踪算法计算复杂度高等问题,提出一种融合图像感知哈希技术的运动目标跟踪算法.方法 本文算法利用感知哈希技术提取目标摘要进行模板图像识别匹配,采用匹配跟踪策略和搜索跟踪策略相配合来准确跟踪目标,并构建模板评价函数和模板更新准则实现目标模板的自适应更新,保证其在目标发生遮挡和尺度变换情况下的适应性.结果 该算法与基于NCC(normalized cross correlation)的模板匹配跟踪算法、Mean-shift跟踪算法以及压缩跟踪算法相比,在目标尺度变换和物体遮挡时,跟踪的连续性和稳定性更好,且具有较低的计算复杂度,能分别降低跟踪系统约6.2%、 6.3%、 9.3%的计算时间.结论 本文算法能有效实现视频场景中目标发生遮挡及尺度变换情况下的跟踪,跟踪的连续性和稳定性良好,且算法具有较低的计算复杂度,有利于实时性跟踪系统的构建.     

结合背景信息的自适应加权压缩跟踪算法

目的 为了提高目标跟踪的准确度,提出结合背景信息的自适应加权压缩跟踪算法。方法 针对目标边缘背景信息的干扰问题,提出对目标框架分块提取特征,根据区域分配权值,弱化特征提取过程中背景信息的干扰;利用正负样本特征概率分布的Bhattacharyya距离,自适应地选取区分度较大的特征进行分类器训练,提高分类器的鲁棒性;针对目标遮挡导致分类器分类不准确问题,提出设置目标遮挡检测机制,结合目标和局部背景信息对目标实现遮挡环境下的跟踪。结果 与目前较流行的5种算法在6个具有挑战性的序列中进行比较,本文提出的算法平均跟踪率达到90%,平均每帧耗时0.088 6 s。结论 本文算法在背景干扰,光线变换,目标旋转、形变、遮挡和复杂背景环境下的跟踪具有较高鲁棒性。     

运动状态与尺度估计的核相关目标跟踪方法

视觉跟踪在视频智能监控和机器人等领域有着广泛应用。基于相关滤波分类器,提出了具有运动状态估计和目标尺度估计的视觉目标跟踪方法。该方法将粒子滤波与核相关滤波方法相结合,首先估算运动目标的位置,然后执行尺度相关滤波器来估算目标的尺度,以使算法对尺度变化的运动目标具有更强的适应能力。该方法在传统的KCF跟踪算法的基础上引入了一种基于概率的运动状态估计方法,可以获得更加稳定的目标信息,并减少背景干扰信息的引入,从而在复杂场景下具有更强的抗干扰性。使用benchmark数据集对所提方法进行了测试实验,并和其他已有的若干视觉跟踪方法进行了对比实验,结果验证了所提算法的高效性,且所提方法在目标尺度变化、光照变化、姿态变化、部分遮挡、旋转及快速运动等复杂情况下均有较强的适应性。     

双特征模型核相关滤波目标跟踪算法

目的 基于深度学习的目标跟踪算法,利用卷积深层作为特征,虽然精度高但无法做到实时跟踪;基于相关滤波的跟踪算法,利用HOG（histogram of oriented gridients）、CN（color name）和颜色直方图作为特征,速度快但精度较差。为兼顾目标跟踪算法的实时性与准确性,提出了一种基于双模型核相关滤波算法。方法 提出了自适应的双特征模型选择机制,主特征模型采用浅层纹理特征HOG,辅助特征模型采用包含深层语意信息的CNN（convolutional neural networks）特征,二者协同作用,产生更加稳定的相关滤波器。为了提高算法的速度,采用主成分分析（PCA）技术对高维的CNN特征进行降维,并通过尺度优化、最优解求解方式优化等方法提高跟踪算法的准确性。结果 在公开数据集OTB-2013上,本文算法与目前先进且速度能达到实时的SiamFC（fully-convolutional Siamese networks）、MEEM（multiple experts using entropy minimization）、SAMF（scale adaptive multiple features）、DSST（discriminative scale space tracking）等跟踪算法进行比较,一次成功率（OPE）结果显示,本文算法在距离精准度指标中综合排名第一,与KCF（kernel correlation filter）算法相比,本文算法的距离精准度提高了25.2%,重叠成功率提高了25.6%,平均速度达到38帧/s。结论 本文提出的双模型自适应机制,针对主特征模型的置信响应自适应调用最优模型策略,并且实时更新模型,在综合考虑跟踪准确性和跟踪实时性的情况下,本文提出的目标跟踪算法的性能优于目前的跟踪算法。     

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...     

基于KCF和SIFT特征的抗遮挡目标跟踪算法

为了解决KCF目标跟踪中由于目标遮挡和目标尺度的变化造成跟踪目标丢失的问题,对核相关滤波器(KCF)目标跟踪的框架进行了研究,提出了一种基于KCF和SIFT特征的抗遮挡目标跟踪算法,引入了一种目标跟踪丢失后重新搜索定位目标的策略。利用尺度金字塔估计出目标的尺度,实现跟踪框自适应目标尺度大小,通过核相关滤波器(KCF)跟踪算法对目标进行跟踪。跟踪过程中对目标遮挡情况进行判断,当目标遮挡时,对当前帧跟踪框内的目标提取SIFT特征,生成模板特征。提取下一帧视频图像的SIFT特征并与模板特征进行匹配,框出与模板特征相匹配的目标,对目标继续进行跟踪。通过TB数据库标准视频序列和实际环境拍摄的视频序列进行测试。实验结果表明,跟踪框能适应目标的大小,在目标发生遮挡的情况下,能够重新找到目标并进行准确跟踪。     

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。     

联合判别式核相关滤波视觉跟随算法

目标跟踪算法是计算机视觉领域的热门技术之一,拥有广阔的发展前景。核相关滤波视觉跟踪算法由于循环矩阵构造正负训练样本,避免求逆的大量运算,显著提高计算速度而受到广泛关注。但是,核相关滤波算法存在一定局限性,无法应对现实环境存在的遮挡、目标尺度变化、背景模糊等复杂多变的干扰因素。因此提出一种改进型核相关滤波算法。该算法不仅融合多种颜色特征提高图像处理的准确度,而且通过构建自适应尺度变化策略来应对目标尺度变化的挑战。为了进一步区分目标和背景信息,提出联合判别式背景感知与干扰判别的策略,以充分利用目标上下文信息。相比于传统核相关滤波算法,改进算法的精度更高,鲁棒性更强。通过在视频数据集OTB-50上的实验可得,改进后的核相关滤波算法性能获得较大提升。     

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。     

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。     

前景判别的局部模型匹配目标跟踪

目的 在复杂背景下,传统模型匹配的跟踪方法只考虑了目标自身特征,没有充分考虑与其所处图像的关系,尤其是目标发生遮挡时,易发生跟踪漂移,甚至丢失目标。针对上述问题,提出一种前景判别的局部模型匹配(FDLM)跟踪算法。方法 首先选取图像帧序列前m帧进行跟踪训练,将每帧图像分割成若干超像素块。然后,将所有的超像素块组建向量簇,利用判别外观模型建立包含超像素块的目标模型。最后,将建立的目标模型作为匹配模板,采用期望最大化(EM)估计图像的前景信息,通过前景判别进行局部模型匹配,确定跟踪目标。结果 本文算法在前景判别和模型匹配等方面能准确有效地适应视频场景中目标状态的复杂变化,较好地解决各种不确定因素干扰下的跟踪漂移问题,和一些优秀的跟踪算法相比,可以达到相同甚至更高的跟踪精度,在Girl、Lemming、Liquor、Shop、Woman、Bolt、CarDark、David以及Basketball视频序列下的平均中心误差分别为9.76、28.65、19.41、5.22、8.26、7.69、8.13、11.36、7.66,跟踪重叠率分别为0.69、0.61、0.77、0.74、0.80、0.79、0.79、0.75、0.69。结论 实验结果表明,本文算法能够自适应地实时更新噪声模型参数并较准确估计图像的前景信息,排除背景信息干扰,在部分遮挡、目标形变、光照变化、复杂背景等条件下具有跟踪准确、适应性强的特点。