一种自适应模板更新的判别式KCF跟踪方法
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基于自适应的核相关滤波的目标跟踪算法李海彪;黄山【摘要】针对核相关滤波器(KCF)跟踪算法在目标发生尺度变化和严重遮挡的情况下跟踪失败的问题,提出了一种基于自适应的核相关滤波的目标跟踪算法.该算法运用了尺度估计策略,使跟踪框自适应,用多项式核函数来减少计算量,采用了FHog目标特征代替原来的Hog特征,获取更多的目标特征信息.实验采用OTB-2013评估基准的50组视频序列进行测试,并与其他31种跟踪算法进行对比,测试所提算法的有效性.实验结果表明:所提算法成功率为0.549,精确度为0.736,排名第一,与KCF 算法相比,分别提高了3.8%和1.0%.该算法在目标发生尺度变化、严重遮挡等复杂情况下,均具有较强的稳健性和鲁棒性.【期刊名称】《电光与控制》【年(卷),期】2019(026)004【总页数】5页(P49-53)【关键词】目标跟踪;核相关滤波;FHog特征;尺度估计;多项式核【作者】李海彪;黄山【作者单位】四川大学,电气信息学院,成都 610065;四川大学,计算机学院,成都610065【正文语种】中文【中图分类】TP391.410 引言目前主流的目标跟踪算法主要有两种:一种是基于深度学习的跟踪算法[1-4];另一种是基于相关滤波器的目标跟踪算法[5-7]。
基于深度学习的跟踪算法需要处理大量的数据,要求运算能力强,对硬件设备要求高,同时前期要处理大量的数据,移植较为麻烦,目前仍处于理论研究阶段,实际应用还有待发展。
基于相关滤波器的跟踪算法,以最小输出平方误差和相关滤波器(MOSSE)跟踪算法、核相关滤波器(KCF)跟踪算法为代表,此类算法运行速度较快,对硬件要求较低,发展比较成熟。
基于相关滤波器的目标跟踪虽然取得了巨大的进步,但由于受到目标的尺度变化、形变、严重遮挡、旋转等因素的影响,目标跟踪依然是一个难题。
例如:文献[8]提出了一种MOSSE的学习跟踪算法,该算法只需要训练一个目标外观模型,通过离散傅里叶变换将目标与所有候选区域之间的相似度计算转换到频域,提升了跟踪算法的运行速度,但在目标形状、光照发生变化时,跟踪效果较差。
KCF(Kernelized Correlation Filters)是一种在计算机视觉领域广泛使用的跟踪算法。
然而,KCF算法在处理目标尺度变化和遮挡问题时存在一定的挑战。
为了解决这些问题,我们提出了一种基于尺度自适应和遮挡重定位机制的KCF改进算法。
首先,我们引入了一个自适应尺度机制来处理目标尺度变化的问题。
在传统的KCF算法中,跟踪框的大小是固定的,这使得算法在目标尺度变化时容易失效。
为了解决这个问题,我们根据目标的运动信息和周围环境的特征,动态调整跟踪框的大小,以适应目标尺度的变化。
具体来说,我们使用一个滑动窗口来检测目标的运动信息,并根据窗口内目标的特征计算出一个自适应的尺度因子。
然后,我们将这个尺度因子应用于KCF算法中的滤波器,以调整滤波器的大小和响应范围。
其次,我们引入了一个遮挡重定位机制来处理目标遮挡的问题。
当目标被其他物体遮挡时,KCF算法可能会出现跟踪失败的情况。
为了解决这个问题,我们采用了一种基于背景减除的方法来检测遮挡。
具体来说,我们使用一个背景减除器来计算出前景图像和背景图像的差异,并根据差异的大小来判断目标是否被遮挡。
如果目标被遮挡,我们将会重新定位跟踪框的位置,以避免遮挡对跟踪结果的影响。
在实现上,我们使用OpenCV库进行算法的开发和测试。
我们首先对输入的视频帧进行预处理,包括灰度化和滤波等操作。
然后,我们根据预处理后的图像计算出目标的位置和尺度信息,并根据这些信息初始化KCF算法的滤波器和跟踪框。
在每一帧中,我们使用KCF 算法计算出目标的响应图,并根据响应图和自适应尺度因子调整跟踪框的位置和大小。
同时,我们使用背景减除器检测遮挡情况,并根据遮挡情况重新定位跟踪框的位置。
最后,我们将跟踪结果输出到控制台或保存到文件中。
实验结果表明,我们的改进算法在处理目标尺度变化和遮挡问题时具有更好的性能。
在多个标准数据集上的测试结果表明,我们的算法在大多数情况下都能够准确地跟踪目标,并且在处理目标尺度变化和遮挡问题时具有更高的鲁棒性。
KCF追踪⽅法流程原理读"J. F. Henriques, R. Caseiro, P. Martins, J. Batista, 'High-speed tracking with kernelized correlation filters'" 笔记KCF是⼀种鉴别式追踪⽅法,这类⽅法⼀般都是在追踪过程中训练⼀个⽬标检测器,使⽤⽬标检测器去检测下⼀帧预测位置是否是⽬标,然后再使⽤新检测结果去更新训练集进⽽更新⽬标检测器。
⽽在训练⽬标检测器时⼀般选取⽬标区域为正样本,⽬标的周围区域为负样本,当然越靠近⽬标的区域为正样本的可能性越⼤。
注意论⽂中关于向量是⾏向量还是列向量总是指⽰不清楚,所以本⽂对变量符号统⼀之后进⾏推导,⾸先所有的⼩写字母均表⽰列向量,所有的⼤写字母表⽰矩阵,其中矩阵的每⼀⾏是⼀个样本,⽂中的函数除了是对⾏向量操作,其余都是对元素操做的,四则运算符号也都是针对元素操作的。
还有所有对循环矩阵使⽤傅⾥叶变换时使⽤的⽣成向量都是循环矩阵的第⼀⾏向量,这点很重要。
KCF的主要贡献使⽤⽬标周围区域的循环矩阵采集正负样本,利⽤脊回归训练⽬标检测器,并成功的利⽤循环矩阵在傅⾥叶空间可对⾓化的性质将矩阵的运算转化为向量的Hadamad积,即元素的点乘,⼤⼤降低了运算量,提⾼了运算速度,使算法满⾜实时性要求。
将线性空间的脊回归通过核函数映射到⾮线性空间,在⾮线性空间通过求解⼀个对偶问题和某些常见的约束,同样的可以使⽤循环矩阵傅⾥叶空间对⾓化简化计算。
给出了⼀种将多通道数据融⼊该算法的途径。
⼀维脊回归脊回归设训练样本集,那么其线性回归函数,是列向量表⽰权重系数,可通过最⼩⼆乘法求解其中⽤于控制系统的结构复杂性,也就是VC维以保证分类器的泛化性能。
写成矩阵形式其中的每⼀⾏表⽰⼀个向量,是列向量,每个元素对应⼀个样本的标签,于是令导数为0,可求得因为后⾯实在傅⾥叶域内计算,牵涉到复数矩阵,所以我们将结果都统⼀写成复数域中形式其中表⽰复共轭转置矩阵。
《基于KCF跟踪算法的目标轨迹记录系统的设计与实现》一、引言随着科技的飞速发展,目标轨迹记录在许多领域,如安防监控、智能交通、无人驾驶等,都扮演着至关重要的角色。
本文将详细介绍一个基于KCF(Kernelized Correlation Filters)跟踪算法的目标轨迹记录系统的设计与实现。
该系统通过精确的跟踪算法和高效的记录系统,实现对目标的高效、准确跟踪和轨迹记录。
二、系统设计1. 需求分析系统需求主要包括实时跟踪、精确度、易用性以及良好的兼容性等。
通过对需求的详细分析,确定了系统应具备实时获取目标视频流,准确检测和跟踪目标,记录和存储目标轨迹数据等功能。
2. 整体架构本系统采用模块化设计,主要包括视频流获取模块、目标检测与跟踪模块、轨迹记录与存储模块等。
各模块之间相互独立,但又相互协作,共同完成目标轨迹的记录任务。
3. 关键技术(1)KCF跟踪算法:本系统采用KCF跟踪算法作为核心的跟踪技术。
KCF算法通过在连续的帧间建立目标模板的线性关系,实现对目标的快速和精确跟踪。
(2)轨迹记录:系统将目标的轨迹数据以数据帧的形式进行记录和存储,方便后续的数据分析和处理。
三、KCF跟踪算法的详细实现1. 算法原理KCF(Kernelized Correlation Filters)算法是一种基于相关滤波器的跟踪算法。
它通过在连续的帧间建立目标模板的线性关系,实现对目标的快速和精确跟踪。
该算法具有较高的准确性和实时性,适用于目标轨迹记录系统。
2. 算法实现步骤(1)初始化:在视频流中选取第一帧作为初始帧,提取目标模板。
(2)训练:根据初始帧的目标模板,训练出分类器模型。
(3)跟踪:在后续的视频帧中,利用训练好的分类器模型进行目标的检测和跟踪。
(4)更新:当新的目标出现时,根据新目标的位置信息对模型进行更新。
当模型在一段时间内无法准确跟踪目标时,进行模型的重新训练和更新。
四、轨迹记录与存储的实现1. 轨迹记录方式系统采用数据帧的方式对目标轨迹进行记录。
《基于KCF跟踪算法的目标轨迹记录系统的设计与实现》一、引言随着计算机视觉技术的快速发展,目标轨迹记录系统在众多领域中发挥着越来越重要的作用。
本文将介绍一种基于KCF (Kernelized Correlation Filters)跟踪算法的目标轨迹记录系统的设计与实现。
KCF算法因其高精度、高效率的跟踪性能,被广泛应用于目标跟踪任务中。
二、系统设计1. 系统架构设计本系统采用模块化设计,主要包括数据采集模块、预处理模块、KCF跟踪模块、轨迹记录模块和用户交互模块。
各模块之间通过接口进行数据交互,保证系统的稳定性和可扩展性。
2. 核心算法选择——KCF跟踪算法KCF(Kernelized Correlation Filters)算法是一种基于相关滤波器的跟踪算法,它通过训练得到一个分类器,用于在视频帧中准确地定位目标。
KCF算法具有计算效率高、实时性好、对光照、尺度变化等具有一定的鲁棒性,因此非常适合用于目标轨迹记录系统。
3. 数据预处理数据预处理模块负责对输入的视频数据进行预处理,包括去噪、图像增强等操作,以提高KCF算法的跟踪精度。
4. 轨迹记录与存储轨迹记录模块负责记录目标的轨迹信息,包括目标的位置、速度等信息。
这些信息将存储在数据库中,以便后续分析和处理。
三、系统实现1. 数据采集与预处理实现数据采集模块通过摄像头等设备获取视频数据。
预处理模块采用OpenCV等图像处理库对视频数据进行去噪、图像增强等操作,以提高KCF算法的跟踪精度。
2. KCF跟踪算法实现KCF跟踪算法的实现是本系统的核心部分。
我们采用Python 语言和OpenCV库实现KCF算法。
首先,初始化目标的位置和大小;然后,通过训练得到一个分类器;最后,在视频帧中应用该分类器进行目标跟踪。
3. 轨迹记录与存储实现轨迹记录模块将目标的轨迹信息存储在数据库中。
我们采用SQLite等轻量级数据库进行数据存储,以便于后续分析和处理。
改进的KCF算法在车辆跟踪中的应用王林;胥中南【摘要】针对核相关滤波算法(KCF)在复杂道路场景下难以应对因车辆尺度变化,遮挡及旋转而不能继续跟踪的问题,提出了一种新的跟踪方法来更好地实现复杂道路场景下的车辆跟踪;该方法借鉴快速分类尺度空间跟踪器(fDDST),采用一维尺度相关滤波器进行尺度估计;同时融合Kalman滤波器形成预测-跟踪-校准的跟踪机制;该机制结合遮挡处理能够保证系统在目标被严重遮挡时跟踪的准确性;在模型更新方面,在目标被遮挡时,自适应的调节学习率参数,及时纠正模型偏移、特征丢失等问题;实验结果表明,在复杂道路场景下车辆旋转、遮挡及尺度变化时,均能有效地跟踪目标车辆,且具有良好的鲁棒性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2019(027)007【总页数】5页(P195-199)【关键词】复杂背景;车辆跟踪;核相关滤波;kalaman滤波;尺度空间估计;遮挡【作者】王林;胥中南【作者单位】西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710000;西安理工大学自动化与信息工程学院,西安 710000【正文语种】中文【中图分类】TP391.90 引言随着我国汽车行业的不断发展,国民生活水平的不断的提高,汽车已成为人们日常的代步工具。
随之而来的是交通事故的频发,以及带来的巨大的人身伤害和经济损失,导致交通事故已经成为全球性安全问题之一。
因此,智能交通系统(intelligent transportation system,ITS) 作为解决方案被提出并且得到了快速发展。
基于视频的车辆跟踪技术已经逐渐成为智能交通系统 ITS[1]以及智能交通管理技术的关键技术之一。
近年来,研究人员针对车辆跟踪问题提出了很多优秀的跟踪方法。
Wang[2]等人通过引入多特征融合方法,同时利用混合高斯模型体现运动目标的颜色分布,然后加入空间信息,将运动目标的多种外表所能观察到的特征进行了相应的组合,最终获得更为精确的目标分析模型。
一种自适应模板更新的CamShift跟踪算法熊昊;段锦;陈小远;代玉强;于津强【摘要】针对CamShift跟踪算法中跟踪窗口漂移和发散问题,提出加入SURF特征的改进算法.利用SURF特征尺度信息的变化约束搜索框,改善跟踪窗口在遭遇大面积背景色干扰时易发散的问题;利用SURF特征点数量、尺度和方向信息的变化选择相应的模板更新策略,使模板能更好地反映目标的特征,从而在下一帧中更准确地跟踪目标.【期刊名称】《现代计算机(专业版)》【年(卷),期】2018(000)018【总页数】5页(P45-49)【关键词】CamShift算法;SURF;尺度;模板更新【作者】熊昊;段锦;陈小远;代玉强;于津强【作者单位】长春理工大学电子信息工程学院,长春 130000;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130000;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130000;长春理工大学电子信息工程学院,长春 130000;长春理工大学电子信息工程学院,长春130000【正文语种】中文0 引言目标跟踪一直是图像处理和机器视觉中的热点和难点之一,在交通监控、公共安全、国防军事等领域中有着广泛的应用。
随着计算机技术的发展,目标跟踪不仅仅满足于简单的跟踪,还希望在复杂环境中目标发生旋转、缩放和遮挡等情况时依旧能在视频流中获取目标质心的位置、尺度信息和运动轨迹。
MeanShift算法,又称均值漂移算法,是由Fukunaga提出的一种无参密度梯度上升算法,通过迭代运算寻找概率密度函数的极值点[1]。
Comaniciu提出以色彩直方图为模型,用巴氏系数来度量概率密度的相似性,通过Mean⁃Shift迭代计算极值点即目标位置[2]。
CamShift(Continu⁃ously Adaptive MeanShift)方法[3]是 Bradski将MeanShift算法扩展到连续图像序列,能自动调整窗口尺寸,并将上一帧的结果作为下一帧的目标模板进行迭代。
Vol. 27 No. 12Dec. 2020第27卷第12期2020年12月电光与控制Electronics Optics & Control 引用格式:黄鑫城,丁勇,卢盼成,等.基于Radon 变换的自适应模型更新KCF 跟踪算法[J].电光与控制,2020,27( 12) : 15-21. HUANG X C, DING Y, LUP C, et al. A KCF tracking algorithm with adaptive model update based on Radon transfbrm[ J]. Electronics Optics & Control, 2020, 27(12) :15-21.基于Radon 变换的自适应模型更新KCF 跟踪算法黄鑫城,丁勇,卢盼成,汪常建(南京航空航天大学自动化学院,南京210016)摘要:针对目标尺度变化、遮挡及形变等复杂情况下,传统核相关滤波器(KCF )效果不理想的问题,提出了一种基于Radon 变换的自适应模型更新KCF 滤波跟踪算法。
利用运动信息,通过光流法和帧间差分法预测出目标可能所在 的区域,显著缩小了搜索范围,提高了算法速度;利用Radon 变换具有对噪声不敏感及矩平移伸缩不变性,通过矩特征匹配度峰值确定最优尺度,在减少计算量的同时提高算法精度;根据模型更新策略中学习率与响应图峰值的非线性关系,构造抛物型学习率曲线,实现对模型的自适应更新,即使在目标暂时丢失或出现虚假目标时也保证了算法的跟 踪精度。
实验结果表明,提出的算法具有较好的实时性和较高的成功率与精度。
关键词:目标跟踪;KCF ; Radon 变换;运动信息;模型更新中图分类号:TP391.41 文献标志码:A doi :10.3969/j. issn. 1671 -637X.2020.12.004A KCF Tracking Algorithm with Adaptive ModelUpdate Based on Radon TransformHUANG Xincheng, DING Yong, LU Pancheng, WANG Changjian(College o£ Automation Engineering, Nanjing University o£ Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)Abstract : To solve the problem of poor performance of the traditional Kernel Correlation Filter ( KCF )under complex situations such as target scale variation, occlusion and deformation, a KCF tracking algorithm w 让h adaptive model update based on Radon transform is proposed. By using the motion information, theoptical flow method and the inter-frame difference method are adopted to predict the possible region of the target, which significantly reduces the search range and improves the speed of the algorithm. The Radon transform is insensitive to noise and invariant to moment translation and scale change. The optimal scale isdetermined by using the peak value of the matching degree of the moment features, which improves the accuracy of the algorithm while reducing the calculation amount. According to the nonlinear relationshipbetween the learning rate and the peak value of the response graph in the model updating strategy, aparabolic learning rate curve is constructed to adaptively update the model. The tracking accuracy of thealgorithm is guaranteed even when the target is temporarily lost or is false. The experimental results show that the proposed algorithm has good real-time performance, high success rate and high tracking accuracy ・Key words : target tracking ; KCF ; Radon transform ; motion information ; model update0引言目标跟踪作为计算机视觉领域的重要研究内容,在视频监控、智能交通、人机交互和无人机视觉导航等领域得到了广泛应用“勺。
基于自适应模板的实时跟踪算法
徐瑞鑫;刘伟宁
【期刊名称】《光学精密工程》
【年(卷),期】2002(010)004
【摘要】相关匹配算法通过计算模板图像和待匹配图像的互相关值来确定匹配的程度,是一种经典的匹配算法,具有很高的准确性和适应性,并且对图像灰度值的线性变换具有"免疫性",因此在目标跟踪中得到了广泛应用.但是相关匹配算法计算耗时过于庞大,难以达到实要求,并且当目标在模板中所占比例很小时,很难确定模板的准确位置,使得此算法在实时目标跟踪中的应用有很大困难.本文提出了一种基于自适应模板的实时跟踪算法.实时采集的图像首先进行阈值分割,然后用形态学滤波的方法去掉噪声,模板的尺寸通过轮廓分割方法确定.匹配程度的算法选择的是归一化自相关匹配算法,并采用金字塔搜索算法进行加速.实验结果显示,此算法有效地克服了相关匹配算法的缺点,具有较好的匹配精度和实时性.
【总页数】5页(P365-369)
【作者】徐瑞鑫;刘伟宁
【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130022
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.基于互信息和自适应模板更新的目标跟踪算法 [J], 李琼;王军宁
2.自适应模板更新的粒子滤波实时跟踪算法 [J], 赖作镁;陈怀新;吴必富
3.基于多特征的双模板自适应更新跟踪算法 [J], 刘振涛;王朝英;刘卫群
4.复杂背景下基于自适应模板更新的目标跟踪算法研究 [J], 韩锐;邓惠俊;徐静
5.基于自适应模板更新的改进孪生卷积网络目标跟踪算法 [J], 柳赟;孙淑艳
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