基于Mean Shift算法和灰度模板匹配的运动目标主动跟踪

该文提出了一种综合Mean Shift算法和灰度模板匹配的主动跟踪算法。该算法利用灰度模板匹配与运动目标在图像的位置无关的特点,在视角和焦距发生变化后用灰度模板进行穷尽搜索,再用匹配结果更新Mean Shift搜索窗口,解决了Mean Shift算法要已知目标区域才能正确跟踪的问题。该算法能在视角和焦距发生变化的情况下能正确的跟踪运动目标并能使被跟踪的运动目标始终保持在图像的中心区域。实验表明,该算法具有较好的可行性。     

抑制背景下多重滤波目标跟踪

为解决运动目标稳定跟踪与实时性要求,提出一种背景抑制下多重滤波(BSMF)跟踪算法,对跟踪目标的中心点计算、动态模板学习和变尺度问题进行研究。首先,以目标为中心的跟踪区域的RGB图像映射为11维颜色,提取目标主要颜色的描述向量,生成抑制背景的权值矩阵;然后与跟踪区域灰度图的对应点相乘,用相关滤波方法计算抑制背景后的跟踪区域目标中心位置;最后将定位的目标区域进行金字塔滤波计算,得到尺度变化系数。该算法采用动态的匹配模板学习策略,降低各种干扰因素混入匹配模板内,在树莓派3代板嵌入式系统中,平均可达17帧/秒的跟踪速度,且比同级别复杂度跟踪算法具有更稳定的跟踪性能。     

基于SUSAN角点和HSV颜色模型的粒子滤波目标跟踪算法

针对传统粒子滤波目标跟踪算法在目标与背景颜色相似情况下目标定位偏差大、易导致丢失目标的缺陷,提出一种基于角点和颜色模型的粒子滤波目标跟踪算法。首先,提出一种改进SUSAN角点检测算法,采用圆形模板邻域内像素灰度值中值代替模板中心像素灰度值作为模板"核"来检测区域目标角点,其改进SUSAN角点算法在继承原有SUSAN算法计算简单、定位准确、具有旋转不变性等特点的同时,具有更好抗噪声性能;其次,利用HSV颜色模型光照不敏锐特性,对检测到的角点建立HSV颜色模型,并将其嵌入到粒子滤波框架中,实现对目标的跟踪。实验结果表明,当背景与目标颜色相近时,该算法能够有效避免背景对目标的干扰,取得了较好的目标跟踪性能。     

基于卡尔曼滤波的多区域关联运动目标跟踪

针对视频目标跟踪中的遮挡及跟踪漂移问题,提出一种基于卡尔曼滤波的多区域关联运动目标跟踪算法。该算法将目标划分为多个区域并构建无向图,通过卡尔曼滤波预测出各区域中心,再结合灰度直方图匹配及相邻区域的位置关系,计算出各区域观测中心,最后应用卡尔曼滤波修正观测中心实现跟踪。对两区域人体目标跟踪的实验结果表明,与各区域单独采用Mean Shift跟踪算法相比,所提算法在目标遮挡、目标与背景特征相似的情况下,依然具有较好的鲁棒性和实时性。     

基于模板匹配及区域信息融合提取的快速目标跟踪算法

提出了一种基于融合的快速目标跟踪算法。该方法将目标预测模型、目标模板匹配以及目标空间信息融合到统一框架内。该方法通过预测模型,预测下一帧中目标候选区域,从而降低模板匹配方法的搜索区域。然后在预测模型预测的搜索范围内进行目标的模板匹配,同时,提取目标的区域信息来辅助目标的模板跟踪方法。最终跟踪结果由目标模板跟踪以及目标的空间信息共同决定。本方法由于采用了目标的预测模型,从而能够减少目标的搜索范围,降低因目标的全图搜索造成的时间开销。并且由于减少了搜索区域,剔除了部分相似的匹配窗口,从而提高了跟踪时匹配的精度。本算法结合了目标模板跟踪和目标区域信息的优点,能够增强目标跟踪过程准确度。由于加入了目标的区域信息,对目标跟踪中出现的漂移现象更加鲁棒。实验结果表明,本方法在进行目标跟踪过程中对出现的漂移、遮挡等问题更加鲁棒、稳定。     

基于IMPSiamCAR孪生网络无人机目标跟踪算法

针对无人机进行目标跟踪时,目标存在尺度变化大、易受遮挡、相似物干扰等问题,在SiamCAR的基础上提出IMPSiamCAR算法。该算法使用改进的ResNet50网络提取目标特征,引入通道注意力机制使模型学习不同通道的语义信息,按特征的重要程度为通道分配不同的权重,使算法能更加关注存在跟踪目标的区域;再将融合后的目标特征送入区域回归网络进行正负样本分类、中心度计算及边界框回归;最后得到每一帧中目标的位置。在UAV123数据集与OTB100数据集上测试的实验结果表明,提出的算法与对比算法相比,有更高的跟踪精度与成功率,能较好地应对遮挡、相似物干扰、尺度变化等挑战;并且在VOT2018和UAV123数据集上进行实时性测试的结果表明,所提算法可以满足无人机实时性的要求。     

融合前景判别和圆形搜索的目标跟踪算法

针对运动目标在发生遮挡、形变、旋转和光照等变化时会导致跟踪误差大甚至丢失目标以及传统跟踪算法实时性差的问题,提出了一种融合前景判别和圆形搜索（CS）的目标跟踪算法。该算法采用了图像感知哈希技术来描述与匹配跟踪目标,跟踪过程使用了两种跟踪策略相结合的方法,能够有效地解决上述问题。首先,根据目标运动方向的不确定性和帧间目标运动的缓慢性,通过CS算法搜索当前帧局部（目标周围）最佳匹配位置;然后,采用前景判别PBAS算法搜索当前帧全局最优目标前景;最终,选取两者与目标模板相似度更高者为跟踪结果,并根据匹配阈值判断是否更新目标模板。实验结果表明,所提算法在精度、准确率和实时性上都比MeanShift算法更好,在目标非快速运动时有较好的跟踪优势。     

引入轻量级Transformer的无人机视觉跟踪

随着无人机在军事和民用领域的广泛运用,对于高精度、低功耗智能无人机跟踪系统的需求日益增加。针对目标跟踪算法在无人机跟踪场景下很难平衡跟踪精度和跟踪速度的问题,提出一种引入轻量级Transformer的孪生网络无人机目标跟踪算法SiamLT。使用Transformer对AlexNet网络进行改进,在增加最小计算量的情况下捕获全局特征信息。在目标模板与搜索区域匹配方面,联合Transformer和深度互相关运算提出一种二元相关模块,同时捕获目标模板与搜索区域之间的局部相关性和全局依赖关系。在分类回归网络中引入距离交并比,并采用多监督策略训练网络,以获取更准确的目标位置。在UAV123和UAV20L跟踪基准上的实验结果表明,SiamLT算法优于主流的目标跟踪算法,更有效地平衡了跟踪精度和跟踪速度。     

基于层叠分类器的快速相关跟踪算法

提出一种基于层叠分类器的快速相关跟踪算法。首先利用目标模板色彩分布信息对原始图像数据进行变换，锐化匹配相似度函数峰值，增强算法在复杂环境下的稳定性；然后提出了用平均灰度差和Harr型特征构造层叠分类器，分层刻画目标模板与搜索窗口在统计特征和局部特征上的相似性，并采用积分图快速计算特征，从而大幅度减少在非最优匹配点上的计算量，且特征计算与模板大小无关。大量实验结果表明，该算法大大降低了相关跟踪的时间复杂度，具有跟踪稳定、实时性强等特点。目前，以该算法为核心的实时目标跟踪系统对图像大小为320×240的视频序列内任意尺寸目标的平均处理速度达到20帧/s。     

基于阈值判断的CamShift目标跟踪算法

针对CamShift算法只利用目标的颜色信息,在跟踪过程中,易受目标相似物、遮挡以及光照等复杂背景影响导致目标搜索窗口发散,跟踪稳定性能降低,提出了一种基于阈值判断的目标跟踪方法。该方法将OTSU法和Snake模型结合,利用OTSU法以最佳阈值对图像进行分割,分离前景区域和背景区域,初步提取目标轮廓作为Snake模型的初始轮廓,经收敛得到目标的精准轮廓,利用轮廓外接最小矩形框内的像素计算目标质心,判断与CamShift算法中目标搜索窗口质心之间的欧式距离,如果未超出阈值,则直接使用CamShift算法跟踪目标,反之,则将计算出的目标质心作为CamShift算法中当前帧目标搜索窗口的质心跟踪目标。实验结果表明,该算法跟踪目标具有较好的实时性,跟踪性能稳定、可靠。     

动态云台摄像机无人机检测与跟踪算法

为应对小型无人机的黑飞、滥飞对个人隐私、公共安全造成的威胁,本文采用高清云台摄像机定点巡航的方式对近地动态复杂背景中的无人机进行检测与跟踪,并提出了一种适用于动态云台摄像机的闭环无人机检测与跟踪算法,包含检测与跟踪两种模式。在检测模式下,本文设计了一种基于运动背景补偿的运动目标检测算法来提取分类候选区域,然后利用基于神经网络结构搜索得到的轻量级卷积神经网络对候选区域进行分类识别,可在不缩小高清视频图像的条件下实现无人机检测;在跟踪模式下,本文提出了一种结合卡尔曼滤波的局部搜索区域重定位策略改进了核相关滤波跟踪算法,使之在高清云台伺服追踪过程中仍能对目标进行快速稳定的跟踪;为将检测模式与跟踪模式结合在闭环框架中,本文还提出了一种基于检测概率和跟踪响应图状态的自适应检测与跟踪切换机制。实验表明,本文算法可应用于定点巡航状态的高清云台摄像机,实现近地复杂动态背景中无人机的实时准确检测、识别与快速跟踪。     

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。     

改进的SSD航拍目标检测方法

近年来,无人机技术的快速发展使得无人机地面目标检测技术成为计算机视觉领域的重要研究方向,无人机在军事侦察、交通管制等场景中具有普遍的应用价值.针对无人机场景下目标分辨率低、尺度变化大、相机快速运动、目标遮挡和光照变化等问题,提出一种基于残差网络的航拍目标检测算法.在SSD（single shot multibox detector）目标检测算法的基础上,用表征能力更强的残差网络进行基准网络的替换,用残差学习降低网络训练难度,提高目标检测精度;引入跳跃连接机制降低提取特征的冗余度,解决层数增加出现的性能退化问题.同时,针对SSD目标检测算法存在的目标重复检测和小样本漏检问题,提出一种基于特征融合的航拍目标检测算法.算法引入不同分类层的特征融合机制,把网络结构中低层视觉特征与高层语义特征有机地结合在一起.实验结果表明,算法在检测准确性和实时性方面均具有较好的表现.     

基于粒子群优化算法和Uniform LBP特征的分块跟踪

针对鲁棒分块跟踪采用穷举的搜索策略以及对光照敏感等问题,提出了一种基于粒子群优化算法和Uniform LBP特征的分块跟踪方法。利用统一的局部二值模式（Uniform Local Binary Pattern）特征对光照的不变性以及计算效率高的特点,在原鲁棒分块跟踪方法以灰度积分直方图作为特征的基础上,添加了Uniform LBP特征;利用粒子群优化算法具有精度高,收敛快的特点,将PSO算法运用到对候选目标的搜索中。实验结果表明,在不降低算法运行速度的情况下,以及光照变化较大,短时间目标完全遮挡的跟踪环境下,该算法鲁棒性显著增强。     

基于改进Yolov5s的无人机火灾图像检测算法

为了解决现有火灾检测算法模型复杂,实时性差,难以部署在无人机平台的问题,通过改进Yolov5s算法对无人机火灾图像目标检测进行分析研究。利用搭载高清摄像头的无人机设备获取的火灾图像、公开数据集、互联网航拍视频自主建立无人机火灾图像数据集;采用轻量化模型Yolov5s为基础模型,MobileNetV3作为特征提取主干网络,降低模型参数和计算量,解决实时性差和模型部署的问题;模型颈部引入注意力模块CBAM,综合了通道和空间信息,加强网络对高层次语义信息的传递;修改模型检测头部结构,增强小目标检测能力。通过消融试验对比分析各个模块对模型的影响,与常见火灾模型进行对比分析,分析本文算法的优劣。算法在自建数据上的平均精度达到78.2%,模型大小为6.7M,单帧（640×640）图像处理时间为15.2ms。实验结果表明,本文算法模型简单、实时性好,为火灾检测算法部署在无人机平台奠定技术基础。     

多特征重检测的相关滤波无人机视觉跟踪

无人机视觉跟踪是视觉跟踪未来应用的核心领域,其由于跟踪目标像幅较小、表 观不清且易受到无人机飞行姿态多变、飞行稳定性差等因素的影响而难以对目标进行鲁棒的跟 踪,特别是发生跟踪遮挡时,算法跟踪漂移后无法进行模型的更新。为提高无人机视频的跟踪 效果,提出一种多特征重检测跟踪方法。首先采用多特征融合的方式提高跟踪算法在无人机跟 踪特征的判别性。其次目标在出现遮挡时,扩大搜索区域,采用滑动窗口采样找到置信度最高 的目标区域并实现模型更新。通过一系列无人机视频实验结果表明,该算法在遇到遮挡问题时 具有较好的鲁棒性,能够提高无人机在目标跟踪过程中的准确性。     

锥套跟踪的自适应核窗口Meanshift算法

为提高软管式自主空中加油视觉导航的实时性,提出了一种基于Meanshift算法改进算法——自适应核窗口跟踪算法,用于锥套目标的跟踪,可大幅度提升算法的实时性。以加油锥套内部的黑色圆形区域为最终的跟踪目标,检测算法主要提供初始锥套的相对位置,检测准确可靠;然后将锥套的位置信息作为自适应核窗口跟踪算法的输入以更新跟踪目标,实现锥套图像目标的跟踪,处理速度快,精度满足要求。最终实验结果分别从有效性、快速性以及准确性对检测和跟踪方法进行了分析对比,在基本上不影响精度的情况下,跟踪处理时间比检测时间降低了30%左右,效果显著。提出的自适应核窗口跟踪算法快速有效,精度与全局检测精度相差无几,处理速度提升了30%,可靠性在95%以上。     

基于多特征融合与分层数据关联的空中红外多目标跟踪方法

针对星空背景下目标相似度高、数量大和误检数目较多所导致的空中红外多目标跟踪困难问题,提出基于分层数据关联的空中红外多目标在线跟踪方法。首先,根据红外场景特性来提取目标的位置特征、灰度特征和尺度特征;其次,综合这三个特征来计算目标与轨迹之间的初步关联关系以获得真实目标;再次,将所获得的真实目标按照尺度大小分类,大尺度类目标数据关联采用表观特征、运动特征、尺度特征三种特征相加的方法来计算,小尺度类目标数据关联采用表观特征与运动特征两种特征相乘的方法来计算;最后,根据匈牙利算法对两类目标分别进行目标分配、完成轨迹更新。多种复杂情况下的实验结果表明：与仅采用运动特征的在线跟踪方法相比,所提方法的跟踪准确率提升了12.6%;与采用多特征融合的方法相比,所提方法的分层数据关联不仅提高了跟踪速度,也使跟踪准确率提升了19.6%。综上,该方法不仅跟踪精度高,而且具有较好的实时性和抗干扰能力。     

基于多特征融合与分层数据关联的空中红外多目标跟踪方法

针对星空背景下目标相似度高、数量大和误检数目较多所导致的空中红外多目标跟踪困难问题，提出基于分层数据关联的空中红外多目标在线跟踪方法。首先，根据红外场景特性来提取目标的位置特征、灰度特征和尺度特征；其次，综合这三个特征来计算目标与轨迹之间的初步关联关系以获得真实目标；再次，将所获得的真实目标按照尺度大小分类，大尺度类目标数据关联采用表观特征、运动特征、尺度特征三种特征相加的方法来计算，小尺度类目标数据关联采用表观特征与运动特征两种特征相乘的方法来计算；最后，根据匈牙利算法对两类目标分别进行目标分配、完成轨迹更新。多种复杂情况下的实验结果表明：与仅采用运动特征的在线跟踪方法相比，所提方法的跟踪准确率提升了12.6%；与采用多特征融合的方法相比，所提方法的分层数据关联不仅提高了跟踪速度，也使跟踪准确率提升了19.6%。综上，该方法不仅跟踪精度高，而且具有较好的实时性和抗干扰能力。     

基于改进TLD算法的无人机自主精准降落

四旋翼无人机（Unmanned Aerial Vehicle,UAV）在航拍、测绘、环境监测、快递等航空领域的广泛应用,对四旋翼无人机的可用性和可靠性提出了更高的要求,而其实现自主精准降落的功能是必不可少的。对目标进行快速鲁棒性跟踪是实现降落的重要基础,TLD（Tracking Learning Detector）算法为这一问题提供了一种有效的解决办法,虽然许多学者对其进行了研究并对传统的TLD算法进行了改进,但算法的跟踪精度及速度仍然难以满足无人机的降落要求。提出了一种基于TLD框架的目标跟踪算法来实现无人机与特定降落目标之间的相对定位。该算法在TLD框架下,提出一种基于目标形状特征自主确定降落目标的算法,提高了降落流程的自主性;用核相关滤波器（Kernelized Correlation Filter,KCF） 实现了TLD框架中的跟踪器,提高了算法的实时性、精准度及鲁棒性;同时在降落过程中采用一种基于方向梯度直方图特征（Histogram of Gradient,HOG）和支持向量机（Support Vector Machine,SVM） 的目标识别方法,以实现目标检测自矫正,保证长时间准确跟踪目标。在七类模拟无人机进行降落的视频集下验证了该算法,与其他三种跟踪算法进行对比,并进行实际降落测试。测试结果表明,该算法的鲁棒性和精准度均优于其他算法,处理速度可达到31.47?f/s,故而在TLD框架下采用核相关滤波器作为跟踪器,对跟踪及检测结果进行有效融合并提高算法实时性的同时,增加的检测自矫正环节保证了长时间跟踪的准确度,从而有效地实现了无人机全自主精准降落。