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。     

基于条件对抗网和层次特征融合的目标跟踪

为了解决目标跟踪过程中因运动模糊和低分辨率导致跟踪效果变差的问题,提出一种基于条件对抗网和层次特征融合的目标跟踪算法。使用条件对抗生成网络模型（DeblurGAN-v2）,对输入的低分辨率视频帧去模糊;使用改进型VGG-19网络提取目标候选区域的Conv2、Conv4、Conv6三层特征,将孪生网络提取到的低层结构特征、中层特征与高层语义特征进行融合,以提高特征的表征能力。在目标跟踪评估数据集OTB2015与VOT2018上的实验结果表明,与SiamFC、SiamDW等其他算法相比,该算法具有更高的准确性,能够适应目标遮挡运动模糊、外观变化及背景干扰等复杂情况。相比于SiamFC,改进算法在OTB2015数据集上成功率提升5.5个百分点,在VOT2018数据集上EAO提升16.4个百分点。     

融合注意力机制的孪生网络目标跟踪算法研究

在全卷积孪生网络跟踪算法（SiamFC）的基础上,提出一种融合注意力机制的孪生网络目标跟踪算法。在网络模板分支,通过融合注意力机制,由神经网络学习模板图像的通道相关性和空间相关性,进而增大前景贡献,抑制背景特征,提升网络对正样本特征的辨别力;同时,使用VggNet-19网络提取模板图像的浅层特征和深层特征,两种特征自适应融合。在OTB2015和VOT2018数据集上得到的实验结果表明,与SiamFC相比,所提算法能够更好地应对运动模糊、目标漂移和背景多变等问题,取得了更高的准确率和成功率。     

特征增强的孪生网络高速跟踪算法

近年来,实时的目标跟踪技术在许多复杂视觉系统中都发挥了重要的作用,跟踪算法作为其中的一个关键环节,不仅需要具备高精度还需要满足实时性。SiamFC算法在提出时由于可以较好地平衡精度与速度,受到了广泛的关注。但是SiamFC算法使用较浅的骨干网络,提取到的特征难以应对复杂多变的跟踪环境,容易导致跟踪漂移。为了同时提高算法的跟踪精度与速度,提出了一种特征增强的轻量级孪生网络高速跟踪算法。首先,使用改进后的轻量级网络ShuffleNetV2作为骨干网络提取特征,在减少模型参数量与计算量的同时大幅提升跟踪速度;其次,在孪生网络的模板分支末端嵌入通道与空间双重注意力来调整不同通道和空间位置的响应权重,突出对跟踪有益的特征;最后,采用分层特征融合策略,同时利用网络提取的深层语义特征与浅层结构特征,从多角度表征目标。在OTB100和VOT2018两个数据集上与当前一些优秀的跟踪算法进行对比实验,结果表明,所提算法在跟踪精度上有较大的优势,在困难场景下展现了较强的鲁棒性,同时算法在NVIDIA GTX1070下的速度可达110 FPS,相比SiamFC算法能够更好地兼顾跟踪精度与速度。     

基于负样本挖掘与特征融合的高速跟踪算法

随着目标跟踪技术在多种视觉任务中的广泛应用,跟踪算法的实时性变得越来越重要.全卷积孪生网络跟踪算法(SiamFC)虽然在跟踪速度方面较为理想,但在复杂的跟踪环境下很容易出现跟踪漂移.为了能在提高算法精度的同时保证实时性,提出一种基于负样本挖掘与特征融合的高速跟踪算法.首先,为了学到更深层次特征,又不过多增加额外参数运算,使用增加了剪裁层的轻量级网络ShuffleNetV2进行特征提取,提升跟踪速度;其次,在离线训练阶段引入不同种类的负样本对,加强对语义信息的学习,从而提升模型的特征判别能力;最后,为了得到更高质量的响应图,提出一种多尺度特征融合策略,充分利用浅层与深层特征,提高跟踪精度.在OTB100和VOT2018两个数据集上与其他跟踪算法进行对比实验,结果表明:所提出算法较基准算法SiamFC在各项指标上有大幅度提升,在两个数据集下分别收获8.3%和7.9%的增益;同时在NIVIDA GTX l070下的速度可达114FPS.     

基于可变形卷积的孪生网络目标跟踪算法

为解决多数基于孪生网络的跟踪算法存在骨干网络特征提取能力弱、模板不适应目标变化等问题,在SiamFC的基础上提出基于可变形卷积的孪生网络算法(DCSiam).首先,采用可变形卷积模块在不同方向上学习多层特征数据的自适应偏移量,增大卷积过程中的有效感受野;然后,通过多层可变形互相关融合得到最终响应图,以增强骨干网络的深层语义特征提取能力;最后,采用一种高置信度的模板在线更新策略,每隔固定帧计算响应图的峰值旁瓣比与最大值作为更新依据,使用加权的方式融合特征以更新模板.使用OTB2013、 OTB2015、VOT2016和VOT2017四个公共基准数据集对所提出算法进行跟踪性能评估,实验结果表明,在OTB2015数据集上, DCSiam算法整体精确率、成功率较基线分别提高9.5%和7.5%,很好地实现了复杂情况下的目标跟踪,验证了所提出算法的有效性.     

基于难样本挖掘的孪生网络目标跟踪

为了解决全卷积孪生网络目标跟踪算法(SiamFC)在复杂环境下容易出现跟踪漂移甚至跟踪失败的问题,提出了一种基于难样本挖掘的孪生网络目标跟踪方法。该方法在SiamFC算法的基础上,首先利用特征融合模块进行特征融合,以提高特征表征的鲁棒性,然后引入一个新的损失函数,加强网络对难样本的学习能力并缓解正负样本不平衡的问题。为验证该方法的有效性,在OTB2015和GOT10k数据集上对算法进行测试实验。实验结果表明,在OTB2015数据集上该方法比SiamFC算法在成功率上提高2.6%,精度上提高2%;在GOT10k数据集上该方法的mAO为0.429,相比SiamFC算法提高了3.7%,在光照变化、目标形变、相似背景干扰情况下具有更好的表现。     

基于特征融合与双模板嵌套更新的孪生网络跟踪算法

为提高全卷积孪生网络SiamFC在复杂场景下的识别和定位能力,提出一种基于多响应图融合与双模板嵌套更新的实时目标跟踪算法。使用深度ResNet-22替换AlexNet作为骨干网络以提升网络特征提取性能,建立强识别能力的骨干语义分支。在ResNet-22的浅层使用高分辨率特征,构造强定位能力的浅层位置分支,计算并融合两个分支响应。通过高置信度的双模板嵌套更新机制对两个分支的模板进行更新,以适应目标的外观和位置变化。在OTB2015和VOT2016数据集上的实验结果表明,与基于SiamFC、SiamDW等的目标跟踪算法相比,该算法在目标快速移动、遮挡等复杂场景下跟踪效果更稳定,并且运行速度达到34 frame/s,满足实时性要求。     

基于时空上下文信息增强的目标跟踪算法

充分利用视频中的时空上下文信息能明显提高目标跟踪性能,但目前大多数基于深度学习的目标跟踪算法仅利用当前帧的特征信息来定位目标,没有利用同一目标在视频前后帧的时空上下文特征信息,导致跟踪目标易受到邻近相似目标的干扰,从而在跟踪定位时会引入一个潜在的累计误差。为了保留时空上下文信息,在SiamMask算法的基础上引入一个短期记忆存储池来存储历史帧特征;同时,提出了外观显著性增强模块（ASBM）,一方面增强跟踪目标的显著性特征,另一方面抑制周围相似目标对目标的干扰。基于此,提出一种基于时空上下文信息增强的目标跟踪算法。在VOT2016、VOT2018、DAVIS-2016和DAVIS-2017等四个数据集上进行实验与分析,结果表明所提出的算法相较于SiamMask算法在VOT2016上的准确率和平均重叠率（EAO）分别提升了4个百分点和2个百分点;在VOT2018上的准确率、鲁棒性和EAO分别提升了3.7个百分点、2.8个百分点和1个百分点;在DAVIS-2016上的区域相似度、轮廓精度指标中的下降率均分别降低了0.2个百分点;在DAVIS-2017上的区域相似度、轮廓精度指标中的下降率分别降低了1.3和0.9个百分点。     

一种低参数的孪生卷积网络实时目标跟踪算法

针对基于深度学习的目标跟踪算法模型参数多、难以部署于嵌入式设备上的问题,提出一种改进的孪生卷积网络实时目标跟踪算法.设计一个非对称卷积模块来构建整个网络框架,通过非对称卷积模块的压缩层减少模型参数量,利用非对称层进行特征融合,以在保证精度的同时压缩模型大小.使用三元组损失函数代替逻辑损失函数进行模型训练,在输入不变的情...     

带旋转与尺度估计的全卷积孪生网络目标跟踪算法

针对目标跟踪任务中,全卷积孪生网络（SiamFC）跟踪算法存在因目标的旋转、尺度变化而造成跟踪错误或跟踪结果不准确的问题,提出一种带旋转与尺度估计的SiamFC跟踪算法。该算法由定位模块与旋转、尺度估计模块两部分组成。首先在定位模块中,利用SiamFC算法获得跟踪位置,并结合旋转与尺度信息对该位置进行调整;其次在旋转、尺度估计模块中,鉴于图像的旋转和尺度变化在对数极坐标系下变成了平移运动,将目标搜索区域从笛卡儿坐标系变换到对数极坐标系下,由此便可利用相关滤波技术估计待跟踪目标的尺度和旋转角度;最终实现了一个能同步估计目标位置、旋转角度以及尺度变化的目标跟踪模型。在对比实验中,该算法在OTB2015数据集上的成功率与准确率分别达到57.7%和81.4%;在包含目标旋转和尺度变化的POT数据集上的成功率与准确率分别达到51.8%和53.3%。与SiamFC算法相比,所提算法的成功率和准确率分别提高了13.5个百分点和13.4个百分点。实验结果表明,所提算法能有效应对目标旋转与尺度变化带来的跟踪挑战。