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基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法

孙彦景 王赛楠 石韫开 云霄 施文娟

孙彦景, 王赛楠, 石韫开, 云霄, 施文娟. 基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2135-2142. doi: 10.11999/JEIT171143
引用本文: 孙彦景, 王赛楠, 石韫开, 云霄, 施文娟. 基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2135-2142. doi: 10.11999/JEIT171143
Yanjing SUN, Sainan WANG, Yunkai SHI, Xiao YUN, Wenjuan SHI. Visual Tracking Algorithm Based on Global Context and Feature Dimensionality Reduction[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2135-2142. doi: 10.11999/JEIT171143
Citation: Yanjing SUN, Sainan WANG, Yunkai SHI, Xiao YUN, Wenjuan SHI. Visual Tracking Algorithm Based on Global Context and Feature Dimensionality Reduction[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2135-2142. doi: 10.11999/JEIT171143

基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法

doi: 10.11999/JEIT171143
基金项目: 江苏省自然科学基金青年基金(BK20150204),国家重点研发计划(2016YFC0801403),国家自然科学基金(51504214, 51504255, 51734009, 61771417),江苏省重点研发计划(BE2015040)
详细信息
    作者简介:

    孙彦景:男,1977 年生,教授,博士生导师,研究方向为无线传感器网络、视频目标跟踪、人工智能、信息物理系统

    王赛楠:女,1992 年生,硕士生,研究方向为视频目标跟踪

    石韫开:男,1994 年生,硕士生,研究方向为人工智能

    云霄:女,1986 年生,讲师,研究方向为视频目标跟踪和人工智能

    施文娟:女,1981 年生,博士生,研究方向为视频质量评价

    通讯作者:

    孙彦景  yjsun@cumt.edu.cn

  • 中图分类号: TP391.4

Visual Tracking Algorithm Based on Global Context and Feature Dimensionality Reduction

Funds: The Natural Science Foundation of Jiangsu Province (BK20150204), The State Key Research Development Program (2016YFC0801403), The National Natural Science Foundation of China (51504214, 51504255, 51734009, 61771417), The Research Development Programme of Jiangsu Province (BE2015040)
  • 摘要: 相关滤波算法容易受到形变、运动模糊、相似背景等因素的干扰,导致跟踪任务失败。为了克服以上问题,该文提出一种基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法。该算法首先提取紧邻目标的图像区域作为负样本供分类器学习,以抑制相似背景的干扰;然后提出一种基于主成分分析的更新策略,构建降维矩阵压缩HOG特征的维度,在更新分类器的同时减少其冗余度;最后加入颜色特征表征运动目标,并根据特征对系统状态的响应强度进行自适应融合。在标准数据集上将该文提出的算法与Staple, KCF等其他算法进行了仿真对比,结果表明该文算法具有更强的鲁棒性,在形变因素的影响下,所提出的算法与Staple和KCF算法相比距离精度分别提升8.3%和13.1%。
  • 图  1  总体的精度曲线和成功率曲线图

    图  2  各属性的精度曲线和成功率曲线图

    图  3  跟踪效果对比图

    表  1  基于全局背景与特征降维的视觉跟踪算法

     输入:图像 ${I_1}$, ${I_1}$, ···, ${I_T\,}$,目标的初始位置 ${x_1}$。
     输出:每帧图像中目标的位置 ${x_t}$。
     (1)For t=1, 2, ···,T–1 do;
     (2)根据输入图像 ${I_t}$和目标位置 ${x_t}$进行全局背景提取,利用HOG特征表征目标以及背景,获得基于HOG特征的训练样本;同时采集图像块
    并提取颜色特征;
     (3)构建降维矩阵压缩HOG特征,并利用式(11)对分类器模型进行参数更新;
     (4)利用颜色特征表征的样本训练更新直方图分类器;
     (5)根据输入图像 ${I_{t + 1}}$采集检测样本,并分别提取HOG和颜色特征;然后根据式(10)构建降维矩阵,以压缩32维HOG特征至17维,得到降
    维后的检测样本;
     (6)将HOG和颜色特征表征的检测样本送入相应的分类器,由式(12)计算得到基于HOG特征的响应图 ${f_t}$;利用直方图滤波器进行检测,获
    得基于颜色特征的响应图 ${f_h}$;
     (7)根据式(13)计算特征权重 ${\gamma _i}$;然后利用式(14)将 ${f_t}$和 ${f_h}$自适应融合,得到最终响应图 $f$;最后查找响应图 $f$的峰值来确定目标位置 ${x_{t{\rm{ + }}1}}$。
     (8)End for
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    表  2  视频序列及其描述

    序列 帧数 场景特征
    Skiing 81 形变、快速运动、复杂背景
    Football 81 运动模糊、背景干扰、形变
    Freeman 297 背景干扰、形变
    Singer 351 背景干扰、光照变化、尺度变化
    Jumping 313 运动模糊、快速运动
    Deer 71 快速运动、运动模糊
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-12-04
  • 修回日期:  2018-05-02
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

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