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基于多模型的实时压缩跟踪算法

张建明 金晓康 吴宏林 伍悠

张建明, 金晓康, 吴宏林, 伍悠. 基于多模型的实时压缩跟踪算法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(10): 2373-2380. doi: 10.11999/JEIT171128
引用本文: 张建明, 金晓康, 吴宏林, 伍悠. 基于多模型的实时压缩跟踪算法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(10): 2373-2380. doi: 10.11999/JEIT171128
Jianming ZHANG, Xiaokang JIN, Honglin WU, You WU. Multi-model Real-time Compressive Tracking[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(10): 2373-2380. doi: 10.11999/JEIT171128
Citation: Jianming ZHANG, Xiaokang JIN, Honglin WU, You WU. Multi-model Real-time Compressive Tracking[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(10): 2373-2380. doi: 10.11999/JEIT171128

基于多模型的实时压缩跟踪算法

doi: 10.11999/JEIT171128
基金项目: 国家自然科学基金(61402053, 61772454, 61811530332),湖南省教育厅科学研究重点项目(16A008)
详细信息
    作者简介:

    张建明:男,1976年生,副教授,博士,研究方向为计算机视觉、智能交通系统

    金晓康:男,1993年生,硕士生,研究方向为计算机视觉、深度学习

    吴宏林:男,1982年生,讲师,博士,研究方向为压缩感知

    伍悠:女,1995年生,硕士生,研究方向为计算机视觉、深度学习

    通讯作者:

    张建明  jmzhang@csust.edu.cn

  • 中图分类号: TP391

Multi-model Real-time Compressive Tracking

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61402053, 61772454, 61811530332), The Scientific Research Fund of Hunan Provincial Education Department (16A008)
  • 摘要: 目标跟踪易受光照、遮挡、尺度、背景及快速运动等因素的影响,还要求较高的实时性。目标跟踪中基于压缩感知的跟踪算法实时性好,但目标外观变化较大时跟踪效果不理想。该文基于压缩感知的框架提出多模型的实时压缩跟踪算法(MMCT),采用压缩感知来降低跟踪过程产生的高维特征,保证实时性能;通过判断前两帧的分类器最大分类分数的差值来选择最合适的模型,提高了定位的准确性;提出新的模型更新策略,按照决策分类器的不同采用固定或动态的学习率,提高了分类精度。MMCT引入的多模型没有增加计算负担,表现出优异的实时性能。实验结果表明,MMCT算法能够很好地适应光照、遮挡、复杂背景及平面旋转的情况。
  • 图  1  多模型压缩跟踪算法框架(t 帧多模型选择策略)

    图  2  选取不同阈值的跟踪准确率与成功率

    图  3  不同算法的跟踪成功率

    图  4  不同算法的跟踪准确率

    图  5  不同跟踪算法显示的结果

    表  1  基于多模型的实时压缩跟踪算法

    输入:第t帧的图像
    输出:第t帧的目标位置
    (1) if $H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} ) > \theta $ && flag=0
    (2) 利用 ${H_f}$及参数 $\{ \mu _f^1,\sigma _f^1,\mu _f^0,\sigma _f^0\} $进行定位 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_f}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$,初始 化学习率 ${\lambda _f}$;
    (3) 采集正、负样本,利用 ${\lambda _o}$更新 ${H_f}$分类器, ${\lambda _f}$更新 ${H_o}$分类器;
    (4)  设置flag=1,转入第(16)步处理第 $t + 1$帧;
    (5) end if
    (6) if $H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} ) > \theta $ && flag=0
    (7) 利用 ${H_b}$及参数 $\{ \mu _b^1,\sigma _b^1,\mu _b^0,\sigma _b^0\} $进行定位 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_b}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$,初始 化学习率 ${\lambda _{b}}$;
    (8) 采集正、负样本,利用 ${\lambda _o}$更新 ${H_b}$分类器, ${\lambda _{b}}$更新 ${H_o}$分类器;
    (9)  设置flag=1,转入第(16)步处理第(t+1)帧;
    (10) end if
    (11) if$\left| {H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} )} \right| \le \theta $ && flag=0
    (12)  将 ${H_o}$参数保存至 ${H_f}$及 ${H_b}$;
    (13)  在第 $t$帧确定目标的位置为 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_o}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$,使用学习率 ${\lambda _o}$按照式(4)更新 ${H_o}$分类器;
    (14)  转入第(1)步处理第 $t + 1$帧;
    (15) end if
    (16) if $H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} ) > \theta $ && flag=1
    (17)  利用 ${H_f}$及 $\{ \mu _f^1,\sigma _f^1,\mu _f^0,\sigma _f^0\} $定位 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_f}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$;
    (18)  采集正、负样本,利用 ${\lambda _o}$更新 ${H_f}$分类器;
    (19)  按照式(10)更新学习率 ${\lambda _f}$,使用学习率 ${\lambda _f}$更新 ${H_o}$分类器;
    (20)  转入第(16)步处理第 $t + 1$帧;
    (21) end if
    (22) if $H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} ) > \theta $ && flag=1
    (23)  利用 ${H_b}$及 ${\rm{\{ }}\mu _b^1,\sigma _b^1,\mu _b^0,\sigma _b^0{\rm{\} }}$定位 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_b}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$;
    (24)  采集正、负样本,利用 ${\lambda _o}$更新 ${H_b}$分类器;
    (25)  按照式(10)更新学习率 $\lambda_b $,使用学习率 ${\lambda _{b}}$更新 ${H_o}$分类器;
    (26)  转入第(16)步处理第 $t + 1$帧;
    (27) end if
    (28) if $\left| {H_*^{t - 1}(\overset{\frown}{{{v}}} ) - H_*^{t - 2}(\overset{\frown}{{{v}}} )} \right| \le \theta $ && flag=1
    (29) 将 ${H_o}$参数保存至 ${H_f}$及 ${H_b}$;
    (30)  确定目标位置为 $L_t^{} = {\rm{Loc}}({H_o}(\overset{\frown}{{{v}}} ))$,利用学习率 ${\lambda _o}$按照式 (4)更新 ${H_o}$分类器;
    (31)  设置学习率 ${\lambda _f} = 0$和 ${\lambda _{b}} = {\lambda _o}$,将flag设置为0,转到第(1)步 处理第 $t + 1$帧;
    (32) end if
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    表  2  跟踪成功率

    图像序列 TLD[8] LOT[5] OAB[7] CT[9] MDCT[10] MMCT
    Fish 0.49 0.25 0.44 0.21 0.48 0.45
    Sylvester 0.63 0.52 0.57 0.60 0.49 0.57
    Faceocc1 0.55 0.40 0.17 0.68 0.70 0.66
    Boy 0.57 0.41 0.75 0.30 0.28 0.24
    Basketball 0.07 0.45 0.05 0.13 0.11 0.28
    Football 0.56 0.54 0.41 0.09 0.27 0.64
    平均成功率 0.48 0.43 0.40 0.34 0.39 0.47
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    表  3  中心偏差率及平均帧率

    图像序列 TLD LOT OAB CT MDCT MMCT
    Fish 13.20 29.30 22.50 41.85 26.41 24.69
    Sylvester 10.39 13.10 13.40 12.12 18.64 14.00
    Faceocc1 30.63 34.20 89.34 21.81 21.16 23.92
    Boy 7.91 72.34 3.70 20.21 60.66 66.65
    Basketball 127.97 69.28 141.02 91.79 145.18 45.77
    Football 13.40 9.21 22.63 227.90 23.59 7.4
    平均偏差率 33.92 37.91 48.77 69.30 49.27 30.41
    平均帧率 15.92 0.48 5.26 74.70 72.85 74.60
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-11-30
  • 修回日期:  2018-07-16
  • 网络出版日期:  2018-07-25
  • 刊出日期:  2018-10-01

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