基于通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法

针对现实场景中跟踪目标的光照变化、尺度变化、遮挡等问题,提出了一种基于通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法。通过提取方向梯度直方图特征、灰度特征和颜色属性特征作为目标表观模型,提高了目标跟踪方法在复杂场景中的稳健性;独立训练每个通道的背景感知相关滤波器,采用通道可靠性系数衡量每个通道响应图的置信度;根据所有通道的响应图和可靠性系数,合成多通道背景感知相关滤波跟踪器的最终响应图,对目标进行精确定位;运用尺度池方法估计目标的最优位置和尺度。实验结果表明:与现有跟踪算法相比,所提算法可以有效地处理光照变化、尺度变化、遮挡等复杂因素的干扰,取得较高的跟踪精度和成功率,其整体性能优于其他算法。     

自适应特征融合和模型更新的相关滤波跟踪

针对复杂场景下单个特征的稳健性差,以及目标存在背景干扰和目标遮挡时跟踪失败的问题,提出一种基于自适应特征融合和模型更新的相关滤波跟踪算法。该算法在核相关滤波的基础上,通过对不同特征的响应图采用平均峰值-相关能量的方法进行加权求和,实现了响应图层面的自适应特征融合。根据响应图的峰值特性计算自适应权重,以其作为置信度确定模型的更新率,进而设计自适应模型更新方法。实验结果表明,该算法能够很好地适应背景干扰、目标遮挡、旋转运动等复杂场景,与近年来优秀的相关滤波跟踪算法相比,所提算法的平均距离精度比其中最优的算法提高了2.64%,平均重叠精度提高了1.54%。     

基于在线检测和尺度自适应的相关滤波跟踪

针对相关滤波跟踪在遮挡及目标尺度变化等情况下容易跟踪失败的问题,提出一种基于在线检测和尺度自适应的相关滤波跟踪算法。相关滤波跟踪器融合方向梯度直方图特征、颜色属性特征和光照不变特征进行目标定位;通过局部稀疏表示模型的重构残差进行遮挡判别,如果发生遮挡则进行在线支持向量机检测,实现目标重定位;进行由粗至精的尺度估计,通过尺度预估计和牛顿迭代法得到目标的精确尺度。采用均衡的模型更新策略,固定更新相关滤波器,保守更新稀疏表示模型和支持向量机。实验结果表明:与现有跟踪算法相比,所提算法能有效降低遮挡、目标尺度变化等复杂因素的干扰,并在50组测试序列上取得较高的距离精度和成功率,其整体性能优于其他对比算法。     

基于注意力融合的目标跟踪算法

针对基于孪生网络的目标跟踪算法存在抗干扰能力弱、鲁棒性差等问题,在SiamCAR基础上提出通道和空间注意力融合的目标跟踪算法。在特征提取子网络和分类回归子网络之间级联改进后的高效通道注意力和空间注意力模块,加强网络对互相关后响应图中重要通道特征和位置特征的关注,同时抑制不重要的特征信息。在OTB100上,所提算法在背景杂乱挑战下成功率和精度相比SiamCAR分别提高了3.1%和2.8%;在VOT2018上,所提算法的鲁棒性和期望平均重叠率相比SiamCAR分别提高了4.9%和2.2%。实验结果表明,所提算法增强了跟踪器的鲁棒性,提升了跟踪器在复杂场景下的跟踪效果。     

融合相关滤波与关键点匹配的跟踪算法

提出一种融合相关滤波与关键点匹配的跟踪算法。利用多个基于支持向量机的相关滤波器,分别对目标进行跟踪和验证,同时建立并实时更新一个目标和背景关键点数据库。在验证跟踪失败后,利用关键点匹配的方法对全局关键点进行分类,根据分类结果对目标关键点进行分析,从而得到重检测结果。实验结果表明,在运动模糊、变形、目标遮挡、消失等复杂跟踪场景下,所提算法比现有算法具有更好的准确性和稳健性。     

基于自适应特征选择的多尺度相关滤波跟踪

近年来,基于相关滤波的目标跟踪算法因其具有很好的跟踪精度和明显的速度优势,引起了研究人员的极大关注。提出一种基于自适应特征选择的多尺度相关滤波跟踪算法。首先,提取三种互补特征,通过相关滤波响应图评估各特征的跟踪性能,自适应选择最优特征进行位置跟踪;其次,预设响应图阈值作为位置相关滤波模型更新的判断条件,优化模型更新方式;最后,引入尺度相关滤波跟踪器,进一步提高了算法的尺度适应性和跟踪精度。实验部分将该算法和近年来流行的相关滤波及非相关滤波类跟踪算法进行了对比,结果表明,该算法在精度上优于其他算法,同时具有53.12frame/s的实时跟踪速度。     

复杂红外地面环境下的稳定目标跟踪方法

针对红外目标相关滤波跟踪过程中由于背景杂波干扰、目标遮挡和目标形变等情况导致的鲁棒性差甚至跟踪目标丢失的问题,提出一种融合跟踪-学习-检测方法和相关滤波理论的红外目标跟踪算法.该算法在传统相关滤波框架基础上,融合目标的方向梯度直方图特征和亮度直方图特征,改善了目标轻微形变导致的模型漂移问题.针对背景杂波和遮挡导致的多峰值响应问题,对目标背景区域的相关响应进行惩罚,建立目标和背景响应的多模态检测机制,实现目标由粗到精的定位,并采用自适应的学习率优化跟踪模型的漂移问题;针对目标被严重遮挡或脱离视野的问题,通过全局目标再检测,实现目标的重捕.实验结果表明,在复杂红外地面环境下,该算法有效地解决了相似目标干扰和目标被严重遮挡导致的目标丢失问题.基于OTB-2015视频基准序列和红外视频序列测试,对比多个主流的相关滤波跟踪算法,该算法在跟踪精度和成功率方面较长时相关滤波跟踪算法分别提升了5.6%和4.1%;在目标遮挡指标测试中,该算法在跟踪精度和成功率方面相较长时相关滤波跟踪算法分别提升了4.6%和6.1%.     

自适应特征融合的多尺度核相关滤波目标跟踪

为了提高复杂场景中目标跟踪的稳健性,解决由光照变化、目标形变、尺度变化和遮挡等导致的目标跟踪失败问题,提出一种自适应特征融合的多尺度核相关滤波目标跟踪算法。该算法首先通过2种不同的特征分别训练2个核相关滤波器,利用这2个滤波器响应的峰值旁瓣比和相邻两帧的响应一致性获得融合权重,同时采用自适应加权的融合策略将这2个滤波器的响应结果进行融合,完成目标的位置估计;然后以此为中心进行多尺度采样,构建尺度金字塔,并通过贝叶斯估计的方法确定目标的最优尺度;最后依据目标跟踪的置信度进行跟踪模型更新,以避免模型退化。选取51组视频序列进行测试,并与近年来性能优异的目标跟踪算法进行对比。实验结果表明,所提算法能有效降低光照变化、目标形变、尺度变化和遮挡等因素影响,对测试视频序列取得了较高的跟踪精度和成功率,整体性能优于对比算法。     

基于多层卷积特征融合的目标尺度自适应鲁棒跟踪

针对复杂跟踪条件下目标的鲁棒跟踪和精确尺度估计问题,提出了一种基于多层卷积特征融合的目标尺度自适应鲁棒跟踪算法。算法首先利用VGG-Net-19深层卷积网络架构提取目标候选区域的多层卷积特征,通过相关滤波算法构建二维定位滤波器,得到多层卷积特征并进行加权融合,从而确定目标的中心位置;然后通过对目标区域进行多尺度采样,提取其HOG特征构建一维尺度相关滤波器,确定目标的最佳尺度。在复杂跟踪条件下的实验结果表明,与6种当前主流跟踪算法相比,该算法取得了最好的跟踪成功率与精度,同时在跟踪过程中较好地实现了对目标快速尺度变化的自适应跟踪,且具有较快的跟踪速率。     

基于多层卷积特征融合的目标尺度自适应稳健跟踪

针对复杂跟踪条件下目标的稳健跟踪和精确尺度估计问题,提出了一种基于多层卷积特征融合的目标尺度自适应稳健跟踪算法。算法首先利用VGG-Net-19深层卷积网络架构提取目标候选区域的多层卷积特征,通过相关滤波算法构建二维定位滤波器,得到多层卷积特征并进行加权融合,从而确定目标的中心位置;然后通过对目标区域进行多尺度采样,提取其梯度方向直方图特征构建一维尺度相关滤波器,确定目标的最佳尺度。实验结果表明,与6种当前主流跟踪算法相比,该算法取得了最好的跟踪成功率与精度,同时在跟踪过程中较好地实现了对目标快速尺度变化的自适应跟踪,且具有较快的跟踪速率。     

基于Huber的高阶容积卡尔曼跟踪算法

为改善高阶容积卡尔曼滤波算法的滤波精度和鲁棒性, 提出了一种新的基于Huber的高阶容积卡尔曼滤波算法. 在采用统计线性回归模型近似非线性量测模型的基础上, 利用Huber M 估计算法实现状态的量测更新. 进一步结合高阶球面-径向容积准则的状态预测模块构成基于 Huber的高阶容积卡尔曼跟踪算法. 重点分析了Huber代价函数的调节因子对算法跟踪性能的影响. 通过对纯方位目标跟踪和再入飞行器跟踪两个实例验证了所提算法的跟踪性能优于传统高阶容积卡尔曼滤波算法.     

An improved long-term correlation tracking method with occlusion handling

By improving the long-term correlation tracking(LCT) algorithm, an effective object tracking method, improved LCT(ILCT), is proposed to address the issue of occlusion. If the object is judged being occluded by the designed criterion, which is based on the characteristic of response value curve, an added re-detector will perform re-detection, and the tracker is ordered to stop. Besides, a filtering and adoption strategy of re-detection results is given to choose the most reliable one for the re-initialization of the tracker. Extensive experiments are carried out under the conditions of occlusion, and the results demonstrate that ILCT outperforms some state-of-the-art methods in terms of accuracy and robustness.     

基于颜色和空间信息的多特征融合目标跟踪算法

为解决单一特征目标跟踪鲁棒性较差的问题,提出一种基于颜色和空间信息的多特征融合目标跟踪算法。采用一种自适应划分颜色区间的方法提取目标颜色特征,利用空间直方图提取目标颜色的空间分布信息。在粒子滤波框架下将自适应颜色直方图和空间直方图相结合,在特征融合中引入特征不确定性度量方法,自适应调整不同特征对跟踪结果的贡献,提高算法的鲁棒性。仿真实验结果表明,该跟踪算法平均位置最小误差值仅6.967 像素,而单一特征跟踪算法以及传统融合算法的跟踪误差达192.576 像素和199.464像素。说明本文算法在跟踪准确性上优于单一特征跟踪算法及传统融合算法,具有更好的跟踪精度和更高的鲁棒性。     

复杂天空背景下的红外弱小目标跟踪

为解决传统跟踪算法不能有效区分复杂天空云层背景边缘和红外弱小目标,从而在跟踪过程中产生“偏移”的问题。在时空上下文原理基础上分析跟踪“偏移”的原因,引入高斯曲率滤波,提出一种改进的时空上下文红外弱小目标跟踪算法。该算法首先采用高斯曲率滤波对上下文区域进行预处理,在保留上下文区域背景边缘的同时剔除高频的红外弱小目标和噪声,从而获得准确的红外弱小目标置信图,利用红外弱小目标置信图估计出红外弱小目标位置。采用四组复杂天空背景下的红外弱小目标图像序列进行实验,并与经典的模板匹配算法、基于粒子滤波的均值漂移算法和快速压缩跟踪算法三种跟踪算法作比较。实验结果表明,算法在主观视觉和客观评价指标方面均优于其他三种算法,具有更高的目标跟踪精度与较好的实时性,可以实现对复杂天空背景下红外弱小目标的有效跟踪。     

基于音视频信息融合的目标检测与跟踪算法

针对单一视觉跟踪算法易受遮挡影响的缺陷,提出一种基于音视频信息融合的目标检测与跟踪算法。整个算法框架包括视频检测与跟踪、声源定位、音视频信息融合跟踪3个模块。视频检测与跟踪模块采用YOLOv5m算法作为视觉检测的框架,使用无迹卡尔曼滤波和匈牙利算法实现多目标的跟踪与匹配;声源定位模块采用十字型麦克风阵列获取音频信息,结合各麦克风接收信号的时延计算声源方位;音视频信息融合跟踪模块构建音视频似然函数和音视频重要性采样函数,采用重要性粒子滤波作为音视频融合跟踪的算法,实现对目标的跟踪。在室内复杂环境下对算法性能进行测试,结果表明该算法跟踪准确率达到90.68%,相较于单一模态算法具有更好的性能。     

基于宽带多通道的光谱反射率重建方法研究

复制的多光谱数据获取要求图像数据具有设备无关、场景无关特性,能够真实客观表征物体颜色信息。针对获取系统扰动、噪声误差以及光谱重建中训练样本典型代表性与相关性要求,提出了基于正交回归的光谱重建算法,并通过子空间跟踪的训练样本选择算法,选择重建样本与训练样本集中相关性与代表性最好的样本参与光谱重建。实验通过改造后的仙娜宽带多通道成像系统进行验证,数据表明本文提出的方法,所选训练样本能较好的表征样本空间并具有较好的正交性,在宽带多光谱成像方面,重建光谱平均色度误差为3.6,其光谱精度与色度精度较其他方法具有明显提高。     

基于广义M估计的鲁棒容积卡尔曼滤波目标跟踪算法

为减小测量异常误差对非线性目标跟踪系统的影响, 提出了一种基于广义M估计的鲁棒容积卡尔曼滤波算法. 首先将非线性测量方程等价变换, 利用约束总体最小二乘准则构建广义M估计极值函数, 在不进行线性化近似的前提下将其引入到容积卡尔曼滤波求解框架中. 然后根据Mahalanobis距离构建异常误差判别量, 利用卡方分布的置信水平确定判决门限, 并建立改进的三段Huber权函数, 使其能够降低小异常误差权值, 剔除大异常误差. 理论分析表明, 该方法具有无需求导、跟踪精度高、实时性好等优点, 且无需已知异常误差的统计特性; 实验结果表明, 所提算法能够有效减小异常误差的影响, 在实际非线性物理系统中具有广阔的应用空间.     

Infrared/laser multi-sensor fusion and tracking based on the multi-scale model

The state estimation problem of targets detected by infrared/laser composite detection system with different sampling rates was studied in this paper. An effective state estimation algorithm based on data fusion is presented. Because sampling rate of infrared detection system is much higher than that of the laser detection system, the theory of multi-scale analysis is used to establish multi-scale model in this algorithm. At the fine scale, angle information provided by infrared detection system is used to estimate the target state through the unscented Kalman filter. It makes full use of the high frequency characteristic of infrared detection system to improve target state estimation accuracy. At the coarse scale, due to the sampling ratio of infrared and laser detection systems is an integer multiple, the angle information can be fused directly with the distance information of laser detection system to determine the target location. The fused information is served as observation, while the converted measurement Kalman filter (CMKF) is used to estimate the target state, which greatly reduces the complexity of filtering process and gets the optimal fusion estimation. The simulation results of tracking a target in 3-D space by infrared and laser detection systems demonstrate that the proposed algorithm in this paper is efficient and can obtain better performance than traditional algorithm.     

Sampling strong tracking nonlinear unscented Kalman filter and its application in eye tracking

The unscented Kalman filter is a developed well-known method for nonlinear motion estimation and tracking. However, the standard unscented Kalman filter has the inherent drawbacks, such as numerical instability and much more time spent on calculation in practical applications. In this paper, we present a novel sampling strong tracking nonlinear unscented Kalman filter, aiming to overcome the difficulty in nonlinear eye tracking. In the above proposed filter, the simplified unscented transform sampling strategy with n+2 sigma points leads to the computational efficiency, and suboptimal fading factor of strong tracking filtering is introduced to improve robustness and accuracy of eye tracking. Compared with the related unscented Kalman filter for eye tracking, the proposed filter has potential advantages in robustness, convergence speed, and tracking accuracy. The final experimental results show the validity of our method for eye tracking under realistic conditions.     

基于简单线性迭代聚类超像素的meanshift跟踪

为了增强目标跟踪算法在被跟踪目标发生运动位移、遮挡、形变、相似物体干扰等情况下的鲁棒性,提出利用超像素构建目标外观模型,将外观模型与候选区域进行匹配,获取候选区域当中目标超像素,并用Meanshift算法确定目标中心点的跟踪算法。仿真实验选取Benchmark库当中在运动位移、遮挡、形变、相似物体干扰方面具有代表性的视频Girl和FaceOcc1。该算法在视频Girl中的跟踪成功率和跟踪精度为0.601、0.856,比对比实验的经典算法当中跟踪效果最好的KCF算法的成功率和精度分别高0.059和0.084;在视频FaceOcc1中跟踪成功率和精度仅次于KCF。表明该跟踪算法在受到相似物体干扰和目标遮挡时具有良好的鲁棒性。