基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法

为解决判别式相关滤波（DCF）跟踪算法在跟踪目标旋转或非刚性形变时的模型漂移、尺度粗糙、跟踪失败问题,提出一种基于距离加权重叠度估计与椭圆拟合优化的精确目标跟踪算法（DWOP-EFO）。首先,同时采用矩形框之间的重叠度和中心距离作为动态锚框质量评价的依据,能够缩小预测结果与目标区域之间的空间距离,缓解模型漂移问题;其次,为了进一步提高跟踪精度,采用轻量化的目标分割网络将目标从背景中分割出来,再利用椭圆拟合算法对分割轮廓进行优化并输出稳定的旋转矩形框,实现对目标尺度的精确估计;最后,通过尺度置信度优化策略对置信度高的尺度结果实现门控输出。所提算法能缓解模型漂移问题,同时有利于增强跟踪器的鲁棒性和提升跟踪精度。在两个最为流行的评测数据集VOT2018和OTB100上进行了实验,结果表明：在VOT2018数据集上,所提算法的期望平均重叠率（EAO）指标比基于重叠度最大化准确跟踪算法（ATOM）提高2.2个百分点,相较于基于可学习的判别模型跟踪器（DiMP）提高1.9个百分点;同时,所提算法在OTB100评测数据集上的成功率指标比ATOM高出1.3个百分点,特别是在非刚性形变属性上效果显著。所提算法在评测数据集上的平均运行速率均超过25 frame/s实现了实时跟踪。     

基于核相关滤波器的目标旋转跟踪算法

提出一种新的鲁棒的旋转估计算法,以核相关滤波器理论为基础,通过在目标中心等角度间隔来采样一个样本金字塔,单独训练一个一维的角度估计滤波器,从而将目标旋转角估计问题变为一个检测问题.提出的角度估计方法具有通用性,可以辅助其它没有角度估计功能的跟踪器.在实验中,单独训练一个位移跟踪滤波器和一个尺度估计滤波器,结合本文提出的角度估计滤波器形成一个由三层滤波器组成的跟踪器.和经典的算法在不同测试数据上的对比实验表明,该算法能达到较高的跟踪精度.     

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。     

基于LCT+的自适应抗遮挡目标跟踪算法

在目标跟踪过程中,目标遮挡往往会造成跟踪器的性能下降,从而导致目标丢失。针对这一问题,提出一种基于LCT+核相关滤波的自适应抗遮挡目标跟踪算法。该算法在LCT+核相关滤波算法的基础上进行改进,利用双跟踪器自适应对目标进行跟踪,即根据两个跟踪器的输出响应值大小选择最优跟踪器跟踪目标;利用支持向量机自适应重新检测目标,即根据目标丢失帧的数量自适应调整检测框范围的大小;最后采用颜色直方图匹配的方法进一步验证预测的目标。相比原算法,所提算法采取双跟踪器自适应跟踪机制和支持向量机自适应重检测机制,有效避免了目标跟丢。在OTB50和OTB100两个大型基准数据集上对算法进行验证,结果表明该算法在距离精度和成功率的评估指标上都优于一些主流算法,并且在抗遮挡方面具有较高的精度和较强的鲁棒性。     

通道加权和自适应模型更新的实时目标跟踪

针对单一特征不能有效建模目标及特征通道直接叠加影响跟踪质量的问题,基于判别式尺度空间跟踪（DSST）提出了自适应模型更新与响应加权的实时相关滤波跟踪算法。首先,融合多维特征,并对每一响应通道自适应加权;其次,在尺度估计中融入多项式拟合策略;最后,根据响应图峰值波动情况进行样本可靠性判定,并提出模型更新策略。在OTB50和OTB100上进行实验,所提算法相较基准跟踪器,成功率分别提升6.4%和6.7%。与最近的跟踪器相比,其展现了优秀的性能,每一模块都对结果产生了有效的提升,且速度高达85 fps,是基准跟踪器DSST的三倍,超过大部分实时性跟踪算法。     

动态的加权孪生网络跟踪算法

为提升快速在线目标跟踪与分割算法的跟踪精度,提出了一种动态的加权孪生网络跟踪算法。首先,对初始帧提取的模板特征与每帧提取的模板特征进行学习融合,提高跟踪器的泛化能力;其次,在掩膜分支产生目标掩膜的过程中用加权的方式融合特征,减少冗余特征带来的干扰,提高跟踪的精度。在数据集VOT2016和VOT2018上进行测试,所提算法的预期平均重叠率分别为0.450和0.390,精确性分别为0.649和0.618,鲁棒性分别为0.205和0.267,均高于基准算法,跟踪速度为34帧/s,达到了实时跟踪的要求。所提算法有效地提高了跟踪的准确性,能在复杂的跟踪环境下较好地完成跟踪任务。     

基于中心点搜索的无锚框全卷积孪生跟踪器

为解决孪生网络跟踪器鲁棒性差的问题, 重新设计了孪生网络跟踪器的分类与回归分支, 提出一种基于像素上直接预测方式的高鲁棒性跟踪算法—无锚框全卷积孪生跟踪器(Anchor-free fully convolutional siamese tracker, AFST). 目前高性能的跟踪算法, 如SiamRPN、SiamRPN++、CRPN都是基于预定义的锚框进行分类和目标框回归. 与之相反, 提出的AFST则是直接在每个像素上进行分类和预测目标框. 通过去掉锚框, 大大简化了分类任务和回归任务的复杂程度, 并消除了锚框和目标误匹配问题. 在训练中, 还进一步添加了同类不同实例的图像对, 从而引入了相似语义干扰物, 使得网络的训练更加充分. 在VOT2016、GOT-10k、OTB2015三个公开的基准数据集上的实验表明, 与现有的跟踪算法对比, AFST达到了先进的性能.     

尺度自适应的核相关滤波跟踪器

为了解决核相关滤波（KCF）跟踪器中目标尺度固定的问题,提出了一种尺度自适应的跟踪方法。首先利用Lucas-Kanade光流法跟踪相邻视频帧之间特征点的运动,引入前向后向跟踪方法保留可信特征点;其次将可信点用于尺度变化估计;然后将尺度估计应用到可调高斯窗上;最后运用前向后向跟踪算法来判断目标是否处于被遮挡状态,修改了模板更新策略。解决了核跟踪滤波器中目标尺度固定的限制,使得跟踪器更具鲁棒性与准确性。在目标跟踪视频集上测试算法效果。实验结果表明,所提算法在成功率图与精确度图排名上均优于原KCF、TLD、Struck算法。与原方法相比,改进后的方法能更好地适用于有尺度变化与遮挡的跟踪。     

类孪生网络目标跟踪算法综述

目前,在视觉目标跟踪任务中的主流方法是基于模版匹配的跟踪器,这些方法在目标的分类和边界框的回归上具有很强的鲁棒性,主要可以分为判别相关滤波跟踪器和孪生网络跟踪器,这两种方法都有一个类孪生网络的框架。以孪生网络跟踪器为例,该方法通过模版和搜索区域之间的相关操作确定目标的位置,取得了顶尖的性能表现。近年来,Transformer在计算机视觉领域的发展十分迅速,结合了Transformer的类孪生网络跟踪器在速度和精度方面都远超传统的跟踪方法。文章简要概括了判别相关滤波跟踪器、孪生网络跟踪器的发展,以及Transformer在目标跟踪任务中的应用。     

用于目标跟踪的孪生渐进注意引导融合网络

针对基于孪生网络的目标跟踪中大部分方法是利用主干网络的最后一层语义特征来计算相似度,而单一地利用深层特征空间往往是不够的问题,提出基于孪生网络的渐进注意引导融合跟踪方法.首先采用主干网络提取深层和浅层特征信息;然后通过特征聚合模块,以自顶向下的方法去编码融合深层语义信息以及浅层空间结构信息,并利用注意力模块减少融合产生的特征冗余;最后计算目标和搜索区域的匹配相似度,以进行目标跟踪.在加入注意力模块后,跟踪器可以选择性地整合多层特征信息,提升了跟踪器的性能.在OTB2013,OTB50,OTB2015,VOT2016以及VOT2017这5个公共基准数据库上,与SiamDW等方法进行实验的结果表明,文中方法能够有效地提升跟踪的精度及成功率.     

增强二阶网络调制的目标跟踪

目的 表观模型对视觉目标跟踪的性能起着决定性的作用。基于网络调制的跟踪算法通过构建高效的子网络学习参考帧目标的表观信息,以用于测试帧目标的鲁棒匹配,在多个目标跟踪数据集上表现优异。但是,这类跟踪算法忽视了高阶信息对鲁棒建模物体表观的重要作用,致使在物体表观发生大尺度变化时易产生跟踪漂移。为此本文提出全局上下文信息增强的二阶池化调制子网络,以学习高阶特征提升跟踪器的性能。方法 首先,利用卷积神经网络（convolutional neural networks,CNN）提取参考帧和测试帧的特征;然后,对提取的特征采用不同方向的长短时记忆网络（long shot-term memory networks,LSTM）捕获每个像素的全局上下文信息,再经过二阶池化网络提取高阶信息;最后,通过调制机制引导测试帧学习最优交并比预测。同时,为提升跟踪器的稳定性,在线跟踪通过指数加权平均自适应更新物体表观特征。结果 实验结果表明,在OTB100（object tracking benchmark）数据集上,本文方法的成功率为67.9%,超越跟踪器ATOM （accurate tracking by overlap maximization）1.5%;在VOT （visual object tracking）2018数据集上平均期望重叠率（expected average overlap,EAO）为0.44,超越ATOM 4%。结论 本文通过构建全局上下文信息增强的二阶池化调制子网络来学习高效的表观模型,使跟踪器达到目前领先的性能。     

基于大数据分析的移动对象轨迹预测方法

对移动对象的轨迹预测将在移动目标跟踪识别中具有较好的应用价值。移动对象轨迹预测的基础是移动目标运动参量的采集和估计,移动目标的运动参量信息特征规模较大,传统的单分量时间序列分析方法难以实现准确的参量估计和轨迹预测。提出一种基于大数据多传感信息融合跟踪的移动对象轨迹预测算法。首先进行移动目标对象进行轨迹跟踪的控制对象描述和约束参量分析,对轨迹预测的大规模运动参量信息进行信息融合和自正整定性控制,通过大数据分析方法实现对移动对象运动参量的准确估计和检测,由此指导移动对象轨迹的准确预测,提高预测精度。仿真结果表明,采用该算法进行移动对象的运动参量估计和轨迹预测的精度较高,自适应性能较强,稳健性较好,相关的指标性能优于传统方法。     

A general procedure for learning mixtures of independent component analyzers

This paper presents a new procedure for learning mixtures of independent component analyzers. The procedure includes non-parametric estimation of the source densities, supervised-unsupervised learning of the model parameters, incorporation of any independent component analysis (ICA) algorithm into the learning of the ICA mixtures, and estimation of residual dependencies after training for correction of the posterior probability of every class to the testing observation vector. We demonstrate the performance of the procedure in the classification of ICA mixtures of two, three, and four classes of synthetic data, and in the classification of defective materials, consisting of 3D finite element models and lab specimens, in non-destructive testing using the impact-echo technique. The application of the proposed posterior probability correction demonstrates an improvement in the classification accuracy. Semi-supervised learning shows that unlabeled data can degrade the performance of the classifier when they do not fit the generative model. Comparative results of the proposed method and standard ICA algorithms for blind source separation in one and multiple ICA data mixtures show the suitability of the non-parametric ICA mixture-based method for data modeling.     

Target tracking problems subject to kinematic constraints

Filtering problems with kinematic constraints which may arise in target tracking problems are considered. A novel approach which treats kinematic constraints as additional fictitious or pseudomeasurements is proposed. A numerical example is provided to show the technical feasibility of the proposed idea for target tracking problems. This example shows that the proposed method can improve estimation accuracy significantly for velocity and acceleration states in the tracking problem. However, it is noted that the tracking performance may be deteriorated if the constraints do not properly represent the target characteristics and a small R_c is chosen     

一种可以用于小卫星跟踪的平滑粒子滤波器

针对小卫星的地面机动目标跟踪环境日趋复杂,跟踪精度要求日益提高的现状,引入平滑粒子滤波器。算法结合粒子滤波器和吉布斯采样器(Gibbs Sampler),通过对系统的机动性和测量与目标关联问题的平滑估计,很好地解决了在杂波环境下具有非高斯非线性特性机动目标的跟踪问题。在对杂波环境下机动目标跟踪问题的仿真研究中,对比了该算法与BMM PDA算法(BMM,靴带多模型算法)的跟踪性能,结果证明了新的平滑粒子滤波器算法以计算量为代价获得了更好的跟踪性能。     

自适应渐消有偏扩展卡尔曼滤波在目标跟踪中的应用

针对机动目标跟踪过程观测矩阵病态导致扩展卡尔曼滤波算法跟踪效果不佳的问题,提出一种自适应渐消有偏扩展卡尔曼滤波算法。该算法以扩展卡尔曼滤波为基本框架,并借鉴Gauss-Markov模型的思想以解决观测矩阵病态问题。算法根据状态估计均方误差最小条件求得有偏因子,以降低病态观测矩阵对滤波估计的影响;根据滤波发散判据提出一种新的渐消因子估计方法,以实时调整预测协方差矩阵,从而改善滤波增益并有效提高目标跟踪精度。仿真结果表明,改进算法比传统扩展卡尔曼滤波对目标跟踪的精度有较大提高,同时稳定性更好。     

压缩传感目标跟踪在多实例中的应用

研究了一种基于压缩传感的实时目标跟踪算法。该算法结合多特征和压缩传感目标跟踪,增加随机测量矩阵提取多个特征用于检测,在跟踪时采用基于boosting的框架,利用多实例的正负样本包特性,提高置信区间估计,实现了实时的目标跟踪。实验结果及分析表明,本文方法在目标运动、姿态变化以及被部分遮挡的情况下,可在原压缩传感目标跟踪算法的基础上提高跟踪的可靠性;与传统的单一特征目标跟踪算法相比,由本方法提取的两种不同类型的特征具有互补性,使得跟踪的鲁棒性较好,能达到稳定、实时的跟踪效果。     

基于转换量测容积卡尔曼滤波器带多普勒量测的目标跟踪算法

针对带多普勒量测的目标跟踪问题,提出一种基于转换量测容积卡尔曼滤波器的序贯滤波目标跟踪算法.对具有量测误差相关性的距离和多普勒量测进行解相关处理,构造出新的解相关量测方程,进而基于贝叶斯方法提出带多普勒量测的序贯处理算法的统一理论框架,实现对位置量测和多普勒量测的序贯滤波.在该理论框架下,提出基于转换量测容积卡尔曼滤波器的序贯滤波目标跟踪算法.该算法先采用转换量测容积卡尔曼滤波器和位置量测对目标状态进行估计,再利用经典容积卡尔曼滤波器对新构造的伪多普勒量测进行量测更新以实现目标跟踪.通过对所提算法的性能分析验证该算法的一致性和收敛性.仿真结果表明,该算法与其他跟踪算法相比,具有更高的跟踪精度.     

基于多子块联合估计的相关滤波跟踪

针对遮挡情况下相关滤波算法跟踪精度下降的问题,提出了一种基于多子块联合估计的核相关滤波跟踪方法。首先依据初始帧跟踪框的几何特征对目标自适应分块,并采用KCF方法对各子块独立跟踪得到联合置信图;然后以上帧目标的位置及尺度作为先验信息对搜索区域采样,同时将样本框中置信图的权值密度作为观测值,利用粒子滤波算法实现候选目标的最优估计;最后对置信度较低的子块反向投影至上帧图像进行遮挡检测,防止模板错误更新。定性和定量实验结果表明,该方法与原始KCF算法相比跟踪精度提升约10%,具有良好的抗遮挡性,并对目标尺度变化具有一定的估计能力。     

基于可观测度评价的雷达系统误差估计

系统误差估计是雷达组网融合跟踪系统的重要环节,而可观测度又是决定误差估计效果的关键因素.通常情况下,可观测度难以定量描述,直接衡量系统的估计性能也就不易实现.提出了一种间接的方法评价系统的可观测度,并根据评价的结果判定估计的精度.对于可观测度较低的情况,改进了基于EKF的系统误差估计算法,提高了估计的精度.仿真实验表明,方法不仅能够有效评价系统的可观测度,并且在低可观测度条件下,改进算法的误差估计精度明显优于原有算法.