本文選題：目標(biāo)跟蹤 + 相關(guān)濾波��； 參考：《華僑大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：目標(biāo)跟蹤是計算機視覺領(lǐng)域里富有挑戰(zhàn)性的基礎(chǔ)研究課題,已被應(yīng)用于視頻監(jiān)控,機器人導(dǎo)航和人機交互等領(lǐng)域。在第一幀中給定目標(biāo)物體初始狀態(tài),跟蹤算法的任務(wù)是在后續(xù)視頻中估計目標(biāo)的狀態(tài)。近來,隨著深度學(xué)習(xí)、相關(guān)濾波、似物性采樣以及經(jīng)典機器學(xué)習(xí)方法的快速發(fā)展,一系列性能優(yōu)越的跟蹤算法相繼被提出。然而,設(shè)計一個實時的、魯棒的和準(zhǔn)確的跟蹤器仍然是一個難題。主要是因為存在以下幾個關(guān)鍵問題:(1)模型復(fù)雜性和跟蹤實時性問題。因為跟蹤對實時性要求高,現(xiàn)有跟蹤器很難在探索更復(fù)雜的模型和保持它們的計算量盡可能小兩者之間找到一個平衡點。(2)模型更新引起的漂移問題。在模型更新階段會遇到在線訓(xùn)練樣本不足或者自學(xué)習(xí)引入有噪聲樣本的情況,進而引起目標(biāo)漂移。(3)遮擋或物體移出視線造成跟蹤失敗的問題。跟蹤器可能丟失目標(biāo),通常采取滑動窗進行蠻力搜索的策略尋找目標(biāo),也不能有效地重新找回目標(biāo),不同跟蹤器嘗試從多方面尋找解決方案解決上述問題,其中基于核化相關(guān)濾波器的跟蹤算法(Kernelized Correlation Filters,簡稱KCF)引起廣泛關(guān)注,因為它利用循環(huán)矩陣的屬性理論上分析產(chǎn)生許多虛擬樣本,而實際上并沒有增加模型復(fù)雜度,同時使用核方法和快速傅里葉變換加快運行時間。本文在KCF研究成果的基礎(chǔ)上提出了一些有效的改進工作,主要研究內(nèi)容概括如下:(1)不同于傳統(tǒng)KCF每次僅采用單層單個核函數(shù),本文提出一種在線協(xié)作訓(xùn)練的多層多核相關(guān)濾波器跟蹤算法(MLMKCF)。首先,本算法將KCF單層核函數(shù)結(jié)構(gòu)擴展到多層多核函數(shù)結(jié)構(gòu),利用層次結(jié)構(gòu)來豐富目標(biāo)表觀模型。其次,提出一種有效的梯度下降法來求解核函數(shù)的權(quán)重。接著,利用兩種互補的特征分別建立目標(biāo)模型,兩個模型在線協(xié)作更新并且使用多視角相關(guān)響應(yīng)值動態(tài)融合。最后,在標(biāo)注數(shù)據(jù)集(OTB-50)實驗表明,本算法具有較好的準(zhǔn)確性和魯棒性。(2)由于目標(biāo)在長時間跟蹤過中存在物體遮擋、相似物體干擾和和從視野消失等問題,KCF一旦跟蹤失敗無法重新定位目標(biāo),本文提出一種基于似物性采樣和核化相關(guān)濾波器的跟蹤算法(MKCFDP)。本算法利用似物性采樣方法替代傳統(tǒng)的滑動窗檢測方法,將跟蹤任務(wù)被分解成跟蹤和檢測兩個模塊。跟蹤模塊一方面建立多層多核相關(guān)濾波器進行位置預(yù)測;另外一方面使用尺度“金字塔”估計尺度變化。檢測模塊是訓(xùn)練一個在線支持向量機(SVM)和它的歷史更新存儲共同組成的多專家分類器組進行重定位。當(dāng)峰值旁瓣比(PSR)低于閾值時激活檢測器,根據(jù)熵最小化準(zhǔn)則選取當(dāng)前最可信的分類器,對似物性采樣方法Edgebox產(chǎn)生的粒子重新排序找出目標(biāo)。將搜索區(qū)域集中在邊緣突出的圖像區(qū)域可以選取更有可能包含目標(biāo)的候選框,優(yōu)于蠻力搜索的方法。在OTB-50上的實驗結(jié)果表明,本算法在效率、準(zhǔn)確性和魯棒性表現(xiàn)較好。
[Abstract]:Target tracking is a challenging basic research topic in the field of computer vision, which has been applied to video surveillance, robot navigation and human-computer interaction. Given the initial state of the target object in the first frame, the task of the tracking algorithm is to estimate the state of the target in the subsequent video. Recently, with the rapid development of deep learning, correlation filtering, physical property sampling and classical machine learning, a series of excellent tracking algorithms have been proposed. However, designing a real-time, robust and accurate tracker remains a challenge. This is mainly due to the following key problems: 1) model complexity and tracking real-time problems. Because of the high requirement of real-time tracking, it is difficult for the existing tracker to find a balance point between exploring more complex models and keeping their computational complexity as small as possible. In the updating stage of the model, the problem of insufficient training samples on line or the introduction of noisy samples from self-learning will lead to the problem of target drift. 3) occlusion or object moving out of line of sight, which results in the tracking failure. The tracker may lose the target, usually using the sliding window to carry out brute force search strategy to find the target, also can not effectively retrieve the target, different trackers try to find a solution from many aspects to solve the above problem. Kernelized Correlation filters (KCFs), a tracking algorithm based on Kernelized Correlation filters (KCFs), has attracted wide attention, because it makes use of the attributes of the cyclic matrix to generate many virtual samples in theory, but in practice it does not increase the complexity of the model. The kernel method and fast Fourier transform are used to speed up the running time. Based on the research results of KCF, some effective improvements are proposed in this paper. The main research contents are summarized as follows: (1) different from the traditional KCF, it only uses single layer single kernel function at a time. In this paper, a multi-layer multi-core correlation filter tracking algorithm based on online cooperative training is proposed. Firstly, the KCF single-layer kernel function structure is extended to the multi-layer multi-kernel function structure, and the hierarchical structure is used to enrich the target model. Secondly, an effective gradient descent method is proposed to calculate the weight of kernel function. Then, the two complementary features are used to establish the target model, the two models are updated online and the multi-view correlation response value is dynamically fused. Finally, OTB-50) experiments show that the proposed algorithm has good accuracy and robustness. Similar object interference and disappearing from the field of vision, KCF can not relocate the target once the tracking fails. In this paper, a tracking algorithm based on quasi-physical sampling and Kernel correlation filter is proposed. Instead of the traditional sliding window detection method, the tracking task is decomposed into two modules: tracking and detection. On the one hand, the tracking module establishes a multi-layer multi-core correlation filter to predict the location; on the other hand, the scale "pyramid" is used to estimate the scale change. The detection module is to train an online support vector machine (SVM) and its history update storage to make up of multiple expert classifier groups to relocate. When the peak sidelobe ratio (PSRs) is lower than the threshold, the most reliable classifier is selected according to the entropy minimization criterion, and the target is found out by reordering the particles produced by the similar physical property sampling method (Edgebox). Focusing the search area on the image region with prominent edges can select the more likely candidates to include the target, which is better than the brute force search method. Experimental results on OTB-50 show that the proposed algorithm performs well in efficiency, accuracy and robustness.
【學(xué)位授予單位】：華僑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

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本文編號：1871239