在线判别分析的稀疏视觉跟踪

通过分析经典稀疏视觉跟踪算法在粒子滤波框架下的采样粒子分布与运动目标真实状态的差异,提出了一个基于在线判别分析的改进稀疏视觉跟踪算法。该跟踪算法通过在线逻辑斯蒂判别分析模型及其更新过程,自主获取运动目标的实时状态与变化,增强运动目标与背景信息之间的可判别性。同时,实现对采样粒子的预先筛选,尽量排除与运动目标差异大的粒子,以提高跟踪算法的鲁棒性,同时减少L1优化求解的次数从而提高算法的执行效率。与5个高水平跟踪算法在4段公开视频上的实验结果表明,提出的算法能够长时间鲁棒地对运动目标进行跟踪,同时相对典型稀疏跟踪算法而言,明显地降低了计算复杂度。     

判别稀疏表示鲁棒快速视觉跟踪

目的 L1跟踪对局部遮挡具有良好的鲁棒性,但存在易产生模型漂移和计算速度慢的问题。针对这两个问题,该文提出了一种基于判别稀疏表示的视觉跟踪方法。方法 考虑到背景和遮挡信息的干扰,提出了一种判别稀疏表示模型,并基于块坐标优化原理,采用学习迭代收缩阈值算法和软阈值操作设计出了表示模型的快速求解算法。结果 在8组图像序列中,该文方法与现有的4种经典跟踪方法分别在鲁棒性和稀疏表示的计算时间方面进行了比较。在鲁棒性的定性和定量比较实验中,该文方法不仅表现出了对跟踪过程中的多种干扰因素具有良好的适应能力,而且在位置误差阈值从0~50像素的变化过程中,其精度曲线均优于实验中的其他方法;在稀疏表示的计算时间方面,在采用大小为16×16和32×32的模板进行跟踪时,该文算法的时间消耗分别为0.152 s和0.257 s,其时效性明显优于实验中的其他方法。结论 与经典的跟踪方法相比,该文方法能够在克服遮挡、背景干扰和外观改变等诸多不良因素的同时,实现快速目标跟踪。由于该文方法不仅具有较优的稀疏表示计算速度,而且能够克服多种影响跟踪鲁棒性的干扰因素,因此可以将其应用于视频监控和体育竞技等实际场合。     

快速深度学习的鲁棒视觉跟踪

目的 基于深度学习的视觉跟踪算法具有跟踪精度高、适应性强的特点,但是,由于其模型参数多、调参复杂,使得算法的时间复杂度过高。为了提升算法的效率,通过构建新的网络结构、降低模型冗余,提出一种快速深度学习的算法。方法 鲁棒特征的提取是视觉跟踪成功的关键。基于深度学习理论,利用海量数据离线训练深度神经网络,分层提取描述图像的特征;针对网络训练时间复杂度高的问题,通过缩小网络规模得以大幅缓解,实现了在GPU驱动下的快速深度学习;在粒子滤波框架下,结合基于支持向量机的打分器的设计,完成对目标的在线跟踪。结果 该方法精简了特征提取网络的结构,降低了模型复杂度,与其他基于深度学习的算法相比,具有较高的时效性。系统的跟踪帧率总体保持在22帧/s左右。结论 实验结果表明,在目标发生平移、旋转和尺度变化,或存在光照、遮挡和复杂背景干扰时,本文算法能够实现比较稳定和相对快速的目标跟踪。但是,对目标的快速移动和运动模糊的鲁棒性不够高,容易受到相似物体的干扰。     

自适应在线判别外观学习的分层关联多目标跟踪

目的 复杂场景下目标频繁且长时间的遮挡、跟踪目标外观相似引起身份转换等问题给多目标跟踪带来许多挑战。针对多目标跟踪在复杂场景中因长时间遮挡引起身份转换和轨迹分段的问题,提出一种基于自适应在线判别外观学习的分层关联多目标跟踪算法。方法 利用轨迹置信度将多目标跟踪分为局部关联和全局关联两个层次。在局部关联中,置信度高的可靠轨迹利用外观、位置-大小相似度与当前帧检测点进行关联;在全局关联中,置信度低的不可靠轨迹引入运动模型和有效关联范围进一步关联分段的轨迹。在提取目标外观特征时引入增量线性可判别分析方法以解决身份转换问题,依据新增样本与目标样本均值的外观特征差异自适应地更新目标外观模型。结果 在公开数据集2D MOT2015中的PETS09-S2L1、TUD-Stadmitte、Town-Center 3个数据集中与当前10种多目标跟踪算法进行比较,该方法对各个数据集身份转换和轨迹分段都有减少,其中在Town-Center数据集中,身份转换减少了60个,轨迹分段减少了84个,跟踪准确度提高了5.2%以上。结论 本文多目标跟踪方法,能够在复杂场景中稳定有效地实现多目标跟踪,减少轨迹分段现象,其中引入的在线线性可判别外观学习对遮挡产生的身份转换具有良好的解决效果。     

概念驱动的小样本判别特征学习方法

小样本学习旨在让模型能够在仅有少量标记数据的新类中进行分类。基于度量学习的方法是小样本学习的一种有效方法,该类方法利用有标签的支持集样本构建类表示,再基于查询样本和类表示的相似性进行分类。因此,如何构建判别性更强的类表示是这类方法的关键所在。多数工作在构建类表示时,忽略了类概念相关信息的挖掘,这样容易引入样本中类别无关信息,从而降低类表示的判别性。为此本文提出一种概念驱动的小样本判别特征学习方法。该方法首先利用类别的语义信息来指导模型挖掘样本中类概念相关信息,进而构建更具判别性的类表示。其次,设计了随机掩码混合机制增加样本的多样性和识别难度,进一步提升类表示的质量。最后对处于决策边界附近的查询样本赋予更大的权重,引导模型关注难样本,从而更好地进行类表示学习。大量实验的结果表明本文提出的方法能够有效提升小样本分类任务的准确率,并且在多个数据集上优于当前先进的算法。     

特征加权融合的在线多示例学习跟踪算法

为了能更加准确鲁棒地跟踪目标,提出了特征加权融合的在线多示例学习跟踪算法（WFMIL）。WFMIL在多示例学习框架下分别训练两种特征（Hog和Haar）分类器。在跟踪过程中,通过线性运算融合成一个强分类器,同时在学习过程中对正包中的示例引入权重。实验结果统计表明WFMIL能很好地解决目标漂移问题,并且对目标遮挡、运动突变、光照变化以及运动模糊等具有较好的鲁棒性。     

在线特征选取的多示例学习目标跟踪

目的 传统的多示例学习跟踪在跟踪过程中使用了自学习过程,当目标跟踪失败时分类器很容易退化。针对这个问题,提出一种基于在线特征选取的多示例学习跟踪方法(MILOFS)。方法 首先,该文使用稀疏随机矩阵来简化视频跟踪中图像特征的构建,使用随机矩阵投影来自高维度的图像信息。然后,利用Fisher线性判别模型构建包模型的损失函数,依照示例响应值直接在示例水平构建分类器的判别模型。最后,从梯度下降角度看待在线增强模型,使用梯度增强法来构建分类器的选取模型。结果 对不同场景的图像序列进行对比实验,实验结果中在线自适应增强(OAB)、在线多实例学习跟踪(MILTrack)、加权多实例学习跟踪(WMIL)、在线特征选取多实例学习跟踪(MILOFS)的平均跟踪误差分别为36像素、23像素、24像素、13像素,本文算法在光照变化、发生遮挡,以及形变的情况下都能准确跟踪目标,且具有很高的实时性。结论 基于在线特征选取的多示例学习跟踪,跟踪过程使用梯度增强法并直接在示例水平构建包模型的判别模型,可以有效克服传统多示例学习中的分类器退化问题。     

基于双重注意力孪生网络的实时视觉跟踪

为了解决全卷积孪生网络（SiamFC）跟踪算法在跟踪目标经历剧烈的外观变化时容易发生模型漂移从而导致跟踪失败的问题，提出了一种双重注意力机制孪生网络（DASiam）去调整网络模型并且不需要在线更新。首先，主干网络使用修改后表达能力更强的并适用于目标跟踪任务的VGG网络；然后，在网络的中间层加入一个新的双重注意力机制去动态地提取特征，这种机制由通道注意机制和空间注意机制组成，分别对特征图的通道维度和空间维度进行变换得到双重注意特征图；最后，通过融合两个注意机制的特征图进一步提升模型的表征能力。在三个具有挑战性的跟踪基准库即OTB2013、OTB100和2017年视觉目标跟踪库（VOT2017）实时挑战上进行实验，实验结果表明，以40 frame/s的速度运行时，所提算法在OTB2013和OTB100上的成功率指标比基准SiamFC分别高出3.5个百分点和3个百分点，并且在VOT2017实时挑战上面超过了2017年的冠军SiamFC，验证了所提出算法的有效性。     

基于双线程LSTM在线更新的视频追踪算法

针对视频追踪中基于孪生网络的追踪算法在对有遮挡物或运动突变的物体进行追踪定位时会出现定位不准确的问题,设计了在线更新网络的视频追踪算法T ripL T.该算法采用循环神经网络进行目标位置的预测,并采用全卷积神经网络对目标进行相似度的判定.T ripL T算法可预测下一帧的目标位置,以摆脱遮挡物的影响,并且T ripL ...     

基于特征自适应选择的鲁棒跟踪算法

为了解决真实场景下视频目标的跟踪问题,提出一种基于特征自适应选择的鲁棒跟踪算法。首先,针对在线AdaBoost算法特征池特征鲁棒性差的问题,提出一种基于颜色与金字塔梯度方向直方图特征相结合的特征池构造方式;然后,针对分类器在更新过程中容易受到错误样本影响的问题,对每帧跟踪结果增加遮挡检测环节以避免漂移现象的发生。大量的对比实验表明,在真实场景下所提出的方法具有更好的效果。     

基于孪生卷积神经网络的人脸追踪

由于光照、遮挡、尺度变化等原因,在真实多变场景下完成人脸追踪面临挑战。探究了基于卷积神经网络（CNN）的人脸追踪,将基本的卷积神经网络改进为孪生神经网络,在OTB数据集上采用端到端的方式,以成对图像区域作为输入,输出两者距离,通过距离评估图像区域相似性;加入边框回归算法（bounding box regression）微调追踪结果。实验结果表明,改进后的神经网络优于传统的卷积神经网络,能达到更好的人脸追踪效果。     

船舶航向非线性系统鲁棒跟踪控制

对船舶航向非线性系统, 提出了一种基于神经网络方法的鲁棒跟踪控制器. 系统由船舶运动非线性响应模型和舵机伺服系统串联构成, 其中运动响应模型考虑了建模误差和外界干扰力等非匹配不确定性. 对建模误差和期望舵角的一阶导数项应用在线二层神经网络予以辨识和补偿, 不确定性干扰项处理应用L2增益设计. 采用Lyapunov函数递推法, 得到包括神经网络权值算法在内的跟踪控制器. 跟踪误差和神经网络权值误差的一致终值有界性保证了系统的鲁棒稳定性, 合理的控制器参数选择保证了控制精度. 仿真结果验证了控制器的有效性.     

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。     

联合特征融合和判别性外观模型的多目标跟踪

目的 针对基于检测的目标跟踪问题,提出一种联合多特征融合和判别性外观模型的多目标跟踪算法。方法 对时间滑动窗内的检测器输出响应,采用双阈值法对相邻帧目标进行初级关联,形成可靠的跟踪片,从中提取训练样本;融合多个特征对样本进行鲁棒表达,利用Adaboost算法在线训练分类器,形成目标的判别性外观模型;再利用该模型对可靠的跟踪片进行多次迭代关联,形成目标完整的轨迹。结果 4个视频数据库的目标跟踪结果表明,本文算法能较好的处理目标间遮挡、目标自身形变,以及背景干扰。对TUD-Crossing数据库的跟踪结果进行了定量分析,本文算法的FAF(跟踪视频序列时,平均每帧被错误跟踪的目标数)为0.21、MT(在整个序列中,有超过80%视频帧被跟踪成功目标数占视频序列目标总数的比例)为84.6%、ML(在整个序列中,有低于20%视频帧被跟踪成功目标数占视频序列目标总数的比例)为7.7%、Frag(视频序列目标真值所对应轨迹在跟踪中断开的次数)为9、IDS(在跟踪中,目标身份的改变次数)为4; 与其他同类型多目标跟踪算法相比,本文算法在FAF和Frag两个评估参数上表现出色。结论 融合特征能对目标进行较为全面的表达、判别性外观模型能有效地应用于跟踪片关联,本文算法能实现复杂场景下的多目标跟踪,且可以应用到一些高级算法的预处理中,如行为识别中的轨迹检索。     

时空特征融合网络的多目标跟踪与分割

目的 多目标跟踪与分割是计算机视觉领域一个重要的研究方向。现有方法多是借鉴多目标跟踪领域先检测然后进行跟踪与分割的思路,这类方法对重要特征信息的关注不足,难以处理目标遮挡等问题。为了解决上述问题,本文提出一种基于时空特征融合的多目标跟踪与分割模型,利用空间三坐标注意力模块和时间压缩自注意力模块选择出显著特征,以此达到优异的多目标跟踪与分割性能。方法 本文网络由2D编码器和3D解码器构成,首先将多幅连续帧图像输入到2D编码层,提取出不同分辨率的图像特征,然后从低分辨率的特征开始通过空间三坐标注意力模块得到重要的空间特征,通过时间压缩自注意力模块获得含有关键帧信息的时间特征,再将两者与原始特征融合,然后与较高分辨率的特征共同输入3D卷积层,反复聚合不同层次的特征,以此得到融合多次的既有关键时间信息又有重要空间信息的特征,最后得到跟踪和分割结果。结果 实验在YouTube-VIS(YouTube video instance segmentation)和KITTI MOTS(multi-object tracking and segmentation)两个数据集上进行定量评估。在YouTub...     

基于特征补偿的单目标跟踪算法

为适应长期跟踪的需求,提出一种基于特征补偿的单目标跟踪方法。通过分析现有算法的优缺点,使用低层特征的相关滤波模型完成简单场景的任务,以保证速度;使用高层语义特征的卷积神经网络模型完成复杂场景的任务,以提升精度和鲁棒性;引入一个简单的分类器,作为切换特征的标志,有选择的对模型的模版进行更新,降低累计误差。结合实例验证了算法的有效性,在保证较快速度的同时,精度和鲁棒性均有较高的提升。     

结合相位一致性的度量学习跟踪

目的 目标跟踪在实际应用中通常会遇到一些复杂的情况,如光照变化、目标变形等问题,为提高跟踪的准确性和稳定性,提出了一种基于相位一致性特征的度量学习跟踪方法。方法 首先对目标区域提取相位一致性特征,其次结合集成学习和支持向量机的优点,利用度量学习的思想进行区域的相似性判别,以此来确定目标所在位置。跟踪的同时在线更新目标模型和度量矩阵从而实现自适应性。结果 算法的有效性在有外观、光照变化及遮挡等具有挑战性的视频序列上得到了验证,并与当前几种主流方法进行了跟踪成功率和跟踪误差的定量比较,实验结果显示本文算法在4组视频上的跟踪误差平均为15个像素,跟踪成功率最低的也达到了80%,优于其他算法,具有更好的跟踪准确性和稳定性。结论 本文设计并实现了一种基于度量学习的跟踪新方法,利用较少的训练样本即可学习到有判别力的度量矩阵。该跟踪方法对目标特征的维数没有限制,在高维特征空间的判别中更有优势,具有较好的通用性,在有外观、光照变化及遮挡等复杂情况下,均能获取较为准确和稳定的跟踪效果。     

融合判别式深度特征学习的图像识别算法

目的 卷积神经网络在图像识别算法中得到了广泛应用。针对传统卷积神经网络学习到的特征缺少更有效的鉴别能力而导致图像识别性能不佳等问题,提出一种融合线性判别式思想的损失函数LDloss（linear discriminant loss）并用于图像识别中的深度特征提取,以提高特征的鉴别能力,进而改善图像识别性能。方法 首先利用卷积神经网络搭建特征提取所需的深度网络,然后在考虑样本分类误差最小化的基础上,对于图像多分类问题,引入LDA（linear discriminant analysis）思想构建新的损失函数参与卷积神经网络的训练,来最小化类内特征距离和最大化类间特征距离,以提高特征的鉴别能力,从而进一步提高图像识别性能,分析表明,本文算法可以获得更有助于样本分类的特征。其中,学习过程中采用均值分批迭代更新的策略实现样本均值平稳更新。结果 该算法在MNIST数据集和CK+数据库上分别取得了99.53%和94.73%的平均识别率,与现有算法相比较有一定的提升。同时,与传统的损失函数Softmax loss和Hinge loss对比,采用LDloss的深度网络在MNIST数据集上分别提升了0.2%和0.3%,在CK+数据库上分别提升了9.21%和24.28%。结论 本文提出一种新的融合判别式深度特征学习算法,该算法能有效地提高深度网络的可鉴别能力,从而提高图像识别精度,并且在测试阶段,与Softmax loss相比也不需要额外的计算量。