多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪

目的 为提高目标跟踪的鲁棒性,针对相关滤波跟踪中的多特征融合问题,提出了一种多特征分层融合的相关滤波鲁棒跟踪算法。方法 采用多通道相关滤波跟踪算法进行目标跟踪时,从目标和周围背景区域分别提取HOG（histogram of oriented gradient）、CN（color names）和颜色直方图3种特征。提出的分层融合算法首先采用自适应加权融合策略进行HOG和CN特征的特征响应图融合,通过计算特征响应图的平滑约束性和峰值旁瓣比两个指标得到融合权重。将该层融合结果与基于颜色直方图特征获得的特征响应图进行第2层融合时,采用固定系数融合策略进行特征响应图的融合。最后基于融合后的响应图估计目标的位置,并采用尺度估计算法估计得到目标更准确的包围盒。结果 采用OTB-2013（object tracking benchmark 2013）和VOT-2014（visual object tracking 2014）公开测试集验证所提跟踪算法的性能,在对多特征分层融合参数进行分析的基础上,与5种主流基于相关滤波的目标跟踪算法进行了对比分析。实验结果表明,本文算法的目标跟踪精度有所提高,其跟踪精度典型值比Staple算法提高了5.9%（0.840 vs 0.781）,同时由于有效地融合了3种特征,在多种场景下目标跟踪的鲁棒性优于其他算法。结论 提出的多特征分层融合跟踪算法在保证跟踪准确率的前提下,跟踪鲁棒性优于其他算法。当相关滤波跟踪算法采用了多个不同类型特征时,本文提出的分层融合策略具有一定的借鉴性。     

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。     

融入时序和速度信息的自适应更新目标跟踪

目的 针对目标跟踪算法在现实场景的遮挡、光照变化和尺度变化等问题,提出一种融入时序信息和速度信息的多特征融合自适应模型更新目标跟踪算法。方法 通过提取目标的分级深度特征和手工设计方向梯度直方图（histogram of oriented gradients,HOG）特征,以全深度特征组合和深层深度特征与手工设计特征组合的方式构造两个融合特征器,提高在复杂场景下跟踪的稳健性;对融合特征进行可信度计算,选择最可靠融合特征对当前帧目标进行跟踪;在跟踪质量不可靠时,对目标表征模型进行更新,加入时间上下文信息和当前鲁棒表征信息,通过多峰值判定和运动速度判定选择最优目标预测位置作为最终结果。结果 在OTB（object tracking benchmark）2013和OTB2015数据库上进行大量测试,与其他7个算法相比,本文算法总体效果取得最优,且在不同复杂环境下也取得了优秀的跟踪效果,在OTB13和OTB15数据库中,跟踪精度分别为89.3%和83.3%,成功率分别为87%和78.3%。结论 本文算法利用深度特征与手工设计特征进行融合,对跟踪结果进行多峰值分析和运动速度判定,跟踪结果不佳时自适应更新特征进行重跟踪。实验结果表明,本文算法可以有效处理光照变化、背景杂波和遮挡等复杂因素的干扰,有效提升了跟踪质量。     

基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪

目的 针对现实场景中跟踪目标的快速运动、旋转、尺度变化、遮挡等问题,提出了基于卷积特征的核相关自适应目标跟踪的方法。方法 利用卷积神经网络提取高、低层卷积特征并结合本文提出的核相关滤波算法计算并获得高底两层卷积特征响应图。采用Coarse-to-Fine方法对目标位置进行估计,在学习得到1维尺度核相关滤波器估计尺度的基础上实时更新高低两层核相关滤波器参数,以实现自适应的目标跟踪。结果 实验选取公开数据集中的典型视频序列进行跟踪,测试了算法在目标尺度发生变化、遮挡、旋转等复杂场景下的跟踪性能并与多种优秀的跟踪算法在平均中心误差、平均重叠率等指标上进行了定量比较,在Singer1、Car4、Jogging、Girl、Football以及MotorRolling视频图像序列上的中心误差分别为8.71、6.83、3.96、3.91、4.83、9.23,跟踪重叠率分别为0.969、1.00、0.967、0.994、0.967、0.512。实验结果表明,本文算法与原始核相关滤波算法相比,平均中心位置误差降低20%,平均重叠率提高12%。结论 采用卷积神经网络提取高低两层卷积特征,高层卷积特征用于判别目标和背景,低层卷积特征用于预测目标位置并通过Coarse-to-Fine方法对目标位置进行精确的定位,较好地解决了由于目标的旋转和尺度变化带来的跟踪误差大的问题,提高了跟踪性能并能够实时更新学习。在目标尺度发生变化、遮挡、光照条件改变、目标快速运动等复杂场景下仍表现出较强的鲁棒性和适应性。     

自适应特征融合的相关滤波跟踪算法

为提高复杂背景下目标跟踪的鲁棒性,提出一种基于相关滤波的自适应特征融合目标跟踪算法。在HOG特征基础上,增加HSV颜色概率直方图,以此获得准确的位置预测。然后分别训练颜色名和HOG特征,并根据两个响应图的峰值自适应地分配融合系数,进而基于尺度池方法,采用多通道特征实现目标的尺度估计。模型的高置信度更新由两个响应图的平均峰值相关能量（APCE）实现。与五种主流相关滤波跟踪算法在两个基准数据集上进行对比实验,实验结果表明在快速运动、复杂背景、光照变化、尺度变化等复杂跟踪场景下,该算法表现出较好的准确性和稳健性。     

基于相关滤波融合多特征的运动目标跟踪方法

针对复杂环境下仅使用单一图像特征跟踪精度和鲁棒性差的问题,提出一种多特征融合的相关滤波目标跟踪算法。该算法首先从目标和背景区域分别提取方向梯度直方图(Histogram of oriented gradient,HOG)特征、颜色直方图特征和卷积特征,采用固定权重方法融合HOG特征和颜色直方图特征的特征响应图,然后将该层融合结果与卷积特征响应图采用自适应权重融合策略进行融合,基于融合后的响应图估计出目标位置,并采用尺度估计方法解决目标尺度变化问题,最后采用稀疏模型更新策略进行模型更新。在OTB-2013公开标准测试集中验证本文算法性能,并与主流的目标跟踪算法进行了对比分析。实验结果表明,与其中最优算法相比,本文算法的平均距离精度值和平均重叠精度值都有所提高。本文算法由于有效地利用了HOG特征、颜色直方图特征和卷积特征,在复杂场景下目标跟踪的准确性和鲁棒性都优于其他算法。     

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。     

自适应特征融合的多尺度相关滤波目标跟踪算法

针对单一特征目标跟踪算法不能较好地适应复杂场景的变化,容易受跟踪目标的尺度变化、形变、遮挡以及背景混杂等影响导致跟踪失败的问题,提出一种自适应特征融合的相关滤波目标跟踪算法.首先根据目标的HOG和CN特征,采用上下文感知相关滤波框架得到2种特征下滤波响应值,并且进行归一化处理;然后按照响应值占比分配权重并线性加权融合,将得到融合后响应值用于确定目标位置;再引入尺度相关滤波器,用于估计目标尺度变化,增强尺度应变能力;最后通过设定的预定义阈值来判断位置和尺度滤波模型的更新,提高模型的更新质量.采用OTB Benchmark数据集进行实验,分别与基于相关滤波和基于上下文感知框架等11种目标跟踪算法进行对比,结果表明,该算法在精确度和成功率上均取得较为理想效果,其中精确度为82.5%,成功率为54.2%;而且在尺度变化、形变、快速运动、遮挡等复杂场景挑战下具有较好的鲁棒性.     

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。     

尺度方向自适应的相关滤波跟踪算法

针对DSST算法对目标方向发生变化时易出现的跟踪丢失问题,提出了一种目标尺度和方向自适应稳健跟踪算法.算法首先提取目标候选区域HOG和HSV特征,通过相关滤波算法构建多特征融合的二维定位滤波器,从而精确确定目标的中心位置.然后,根据方向池用HOG特征构建一维方向相关滤波器确定目标的最佳方向.并通过构建一维尺度相关滤波器确定最佳尺度.最后,根据PSR值变化情况调整相关滤波模型更新的权重,使模型适应目标的变化特征.选取OTB2013部分数据集进行测试,实验结果表明,上述算法距离精度保持在15pixels以内,成功率较DSST算法提高了20.1％,并且展示了上述算法对跟踪目标的尺度和方向变化具有鲁棒性和有效性.     

基于深度估计和特征融合的尺度自适应目标跟踪算法

针对核相关滤波目标跟踪算法(KCF)使用单特征来描述所跟踪的目标,在复杂环境下,目标尺 度发生较大变化时,无法准确跟踪目标的问题,提出基于深度估计和特征融合的尺度自适应目标跟踪算法。首 先利用深度神经网络估计视频序列中目标的深度,建立并训练深度-尺度估计模型;在跟踪过程中,融合目标 方向梯度直方图(HOG)特征和 CN (Color Name)特征训练相关滤波器,利用深度估计网络得到目标深度值,并 利用深度-尺度估计模型得到目标的尺度值,从而在目标尺度发生变化时,能够调整目标框大小,实现尺度自 适应的目标跟踪算法。实验结果表明,与经典的 KCF 算法相比,可获得更高的精度,与尺度自适应的判别型 尺度空间跟踪(DSST)算法相比,在尺度变化较大时,跟踪速度更快;在环境复杂、目标被遮挡时,鲁棒性更好。     

特征融合自适应目标跟踪

经典视觉单目标跟踪方法通常以单特征描述被跟踪的目标。但在实际场景中,目 标因受外界因素如光照或自身变化如形变的影响而发生变化。为了更好地描述目标,首先引入 HOG 特征和 CN 特征,利用传统的特征提取方法,训练得到各自的相关滤波器;然后与各自特 征相关滤波得到各自的响应图;最后采用实际响应与期望响应的差值法求得各自响应图的权重, 将其与各响应图自适应融合得到目标的最终位置,并自适应更新各自的模型。实验选取公共数 据集 OTB2013 的 34 个彩色视频帧序列对不同算法进行定性和定量地分析和论证。相比效果最 好的 DSST 算法,平均中心误差减少了 7.8 像素,成功率提高了 1.2%,精度提高了 2.3%。实验 结果表明该算法具有较好的跟踪鲁棒性和准确性。     

多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法

针对图像目标跟踪问题,为提高跟踪精度,提出了一种多特征融合的自适应相关滤波跟踪算法。算法首先选取HOG和CN两种互补特征,分别训练两个相关滤波跟踪器跟踪图像目标,然后利用提出的响应图置信度计算公式计算两个跟踪器的响应图权重并进行自适应融合做出决策。滤波器更新阶段,算法结合两个特征的响应图置信度与两帧之间的变化率动态调整滤波器学习速率。仿真实验采用跟踪基准数据库（OTB-2013）中的36组彩色视频序列进行实验,对比了流行的相关滤波跟踪算法,结果表明,该算法在平均跟踪精度上优于其他算法,具有一定的应用价值。     

一种抗遮挡的自适应尺度目标跟踪算法

在处理尺度变化和目标遮挡方面,利用相关滤波器的不同特征进行目标跟踪仍然存在问题。提出了一种基于随机蕨丛检测器的多尺度核相关滤波器算法。该算法将跟踪任务分解为目标尺度估计和位移估计,同时将CN颜色特征和HOG特征进行响应融合,进一步提高了整体跟踪性能。此外,文中训练了一个在线随机蕨分类器,在目标丢失后其能重新获取目标。与KCF,DSST,TLD,MIL,CT共5种算法相比,所提算法不仅能够准确地估计目标状态,而且可以有效处理目标的遮挡问题。     

快速尺度估计的增强型多核相关滤波算法

针对核相关滤波（KCF）跟踪算法在复杂环境下其定位性能和稳定性差的问题,提出了一种快速尺度估计的增强型多核相关滤波跟踪算法。该算法针对核相关滤波算法无法适应跟踪过程中目标尺度变化,将快速判别式尺度估计移植至核相关滤波跟踪框架,解决了跟踪过程的目标尺度问题。对于单个特征的单核相关滤波器在复杂环境中跟踪适应性差的问题,提出了一种多特征互补的多核相关滤波器。该滤波器利用KCF多通道特性以及不同特征可以描述不同信息,采用多个相同内核的线性组合,每个内核对应一个特征,并结合快速尺度估计,在保证算法实时性的同时进一步提高跟踪性能。通过在OTB2013目标跟踪数据集上进行实验,该算法与近年来性能优异的算法进行对比,结果表明,与传统的使用HOG特征的KCF算法相比精度上提高了10.9%,成功率提高了16.2%;与使用CN特征的CN2算法相比,精度上提高了20.6%,成功率提高了19.6%。实验结果表明,所提算法在目标尺度变化以及复杂环境下的跟踪效果均优于其余相关滤波算法,证明了该算法的有效性以及鲁棒性。     

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。     

尺度自适应的多特征融合相关滤波目标跟踪算法

目标跟踪一直以来都是计算机视觉领域中的关键问题,核相关滤波算法(KCF)可避免在时域中进行目标跟踪,通过傅里叶变换将时域的计算转换到频域中进行,可大量简化计算,不但提高了跟踪速度,而且在跟踪精度上也有很大的提升.针对复杂条件下的目标跟踪问题,在确保算法实时性的前提下,在KCF的基础上对其特征、尺度以及模型更新机制进行3处改进:提出一种多特征融合算法,针对每种特征在不同环境下的优势,将其进行融合;提出一种分类树形尺度自适应的算法,通过树形搜索方式对目标尺度的大小进行判断,找到最佳响应位置;提出一种自适应模型更新策略的算法.实验结果表明,在公开数据集OTB-2013中算法整体的跟踪精确度达到87.4%,成功率也达到67.1%,可很好地实现复杂条件的目标跟踪,综合性能在已公开发表的跟踪算法中排名第2.尤其是在尺度变化、目标遮挡和图像模糊情况下,所提出算法的跟踪精确度和成功率排名第1.