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基于双步相关滤波的目标跟踪算法

更新时间：2020-01-03 08:18:00 大小：3M 上传用户：IC老兵查看TA发布的资源 标签：滤波目标跟踪算 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

针对目标跟踪中因目标遮挡、目标出视野导致的跟踪失败问题,为提高相关滤波目标跟踪算法的鲁棒性,提出了一种基于双步相关滤波的目标跟踪算法。首先根据方向梯度直方图特征不同单元大小目标表征的特点,提出双步相关滤波目标跟踪框架,在提高目标跟踪精度的同时保证了跟踪速度;然后融合多种目标特征,来获得目标更加全面的特征表征,以提高目标跟踪的鲁棒性;最后提出基于目标跟踪置信度指标的目标模板自适应更新策略,来解决目标遮挡时目标模板被污染的问题。实验在OTB100标准目标跟踪数据集上进行验证,通过与其他跟踪算法进行比较结果表明,该算法与其中最优跟踪算法相比,目标跟踪精度提升6.0%,目标跟踪成功率提升5.5%,平均跟踪速度为27.4 fps,保证了目标跟踪的实时性。实际目标跟踪应用中,在目标严重遮挡等情况下,该算法仍然可以对目标进行稳定精确地跟踪。


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第
卷第  
期
年
2018 12  
月
47  
12  
红外与激光工程  
Vol.47 No.12  
Infrared and Laser Engineering  
Dec.2018  
基于双步相关滤波的目标跟踪算法  
葛宝义，左宪章，胡永江，张 岩  
(陆军工程大学(石家庄校区) 无人机工程系，河北 石家庄 050003)  
摘
要：  
针对目标跟踪中因目标遮挡、目标出视野导致的跟踪失败问题，为提高相关滤波目标跟踪算  
法的鲁棒性，提出了一种基于双步相关滤波的目标跟踪算法。首先根据方向梯度直方图特征不同单元  
大小目标表征的特点，提出双步相关滤波目标跟踪框架，在提高目标跟踪精度的同时保证了跟踪速  
度；然后融合多种目标特征，来获得目标更加全面的特征表征，以提高目标跟踪的鲁棒性；最后提出基  
于目标跟踪置信度指标的目标模板自适应更新策略，来解决目标遮挡时目标模板被污染的问题。实验  
在 OTB100 标准目标跟踪数据集上进行验证，通过与其他跟踪算法进行比较结果表明，该算法与其中  
最优跟踪算法相比，目标跟踪精度提升 6.0%，目标跟踪成功率提升 5.5%，平均跟踪速度为 27.4 fps，保  
证了目标跟踪的实时性。实际目标跟踪应用中，在目标严重遮挡等情况下，该算法仍然可以对目标进  
行稳定精确地跟踪。  
关键词：  
目标跟踪； 双步相关滤波； 特征融合； 置信度； 自适应  
中图分类号： 文献标志码： ：  
DOI 10.3788/IRLA201847.1226004  
TP391.4  
A
Object tracking algorithm based on two-step correlation filter  
Ge Baoyi, Zuo Xianzhang, Hu Yongjiang, Zhang Yan  
(Department of UAV Engineering, Army Engineering University of PLA Shijiazhuang Campus, Shijiazhuang 050003, China)  
Abstract: Aiming at the problem of tracking failure caused by object occlusion and out of view in object  
tracking, a two -step correlation filter for object tracking algorithm was proposed to advance the  
robustness of the object tracking via correlation filter. Firstly, according to the characteristics of different  
cell size of histogram of oriented gradient (HOG) feature, a two-step correlation filter object tracking  
framework was presented, which can improve the tracking accuracy and simultaneously ensure the  
tracking speed. Then, fusing multiple object features and obtaining more characteristic representation  
comprehensively were to promote the robustness of object tracking. Finally, an object template adaptive  
updating strategy was proposed based on the object tracking confidence index, which was to solve the  
problem that the object template was contaminated when the target was occluded. The experiment was  
validated on the OTB100 standard object tracking dataset. The results of comparison with other tracking  
algorithms show that the tracking accuracy is improved by 6.0% and the tracking success rate is  
increased by 5.5% in comparison with the optimal tracking algorithm, and the average tracking speed is  
收稿日 期：  
；
修 订日 期：  
2018-07-18  
2018-08-28  
(51307183)  
，男，硕士 生，主 要从 事计 算机视 觉目 标跟 踪方 面的研 究。  
基金项 目：国 家自 然科学 基金  
作者简 介：葛 宝义  
导师简 介：左 宪章  
(1994-)  
(1963-)  
Email:  
，男，教授 ，硕士 生导 师，硕 士，主要 从事 故障 诊断 与无损 检测 方面 的研 究。  
Email:  
1226004-1  
红外与激光工程  
第
期
第
卷
47  
12  
27.4 fpsꢀ which ensures the real-time performance of object tracking. In the application of actual object  
trackingꢀ the algorithm can still track the target stably and accurately in the case of severe occlusion.  
Key words: object tracking; two-step correlation filter; feature fusion; confidence; adaptive  
方法。 通过额外的一维尺度相关滤波器判别目  
DSST)  
引 言  
0
标尺度变化。 该方法简单高效，对目标尺度变化估计精  
[5]  
确。 马超等 提出分层卷积特征目标跟踪  
(Hierarchical  
目标跟踪是根据已知目标的图像位置预测确定  
方
Convolutional Features for Visual Trackingꢀ HCFT)  
目标在下一帧中的图像位置， 进而达到目标持续跟  
踪的过程。 由于目标跟踪具有光照变化、尺度变化、  
遮挡、形变、运动模糊、快速运动、旋转、超出视野、背  
景干扰、低分辨率等问题，以 及目标信息较少，对 目  
标的建模难度较大的问题导致目标跟踪困难。 相关  
滤波目标跟踪方法作为一种判别式跟踪方法， 其具  
有超高的跟踪速度和较强的跟踪鲁棒性， 因此对相  
关滤波目标跟踪算法进行研究 对 目 标 实 时 性 跟 踪 、  
提高跟踪鲁棒性具有重要意义。  
法 ， 通 过 卷 积 神 经 网 络 来 提 取 目 标 鲁 棒 性 更 高 的  
[6]  
目标特征。 刘婷等 提出自适应分块目标跟踪  
(Real-  
Time Part -Based Tracking via Adaptive Correlation  
方法，通过将目标分解为局部目标，对  
Filtersꢀ RPAC)  
局部目标分别进行相关滤波跟踪， 然后结合分块信  
息作为最终跟踪结果。 但目标分块模型较为复杂，一  
些情况下目标跟踪的鲁棒性不高。  
上述算法针对相关滤波目标跟踪算法进行了创  
新与改进，但仍存在以下问题：目标跟踪的精度和鲁  
棒性有待提高； 对目标遮挡的处理以及发生遮挡时的  
模板更新问题有待优化。 针对以上问题，文中提出一种  
基于双步相关滤波的目标跟踪算法。 首先提出双步相  
关滤波目标跟踪框架， 其次融合多种目标特征获得目  
标更加全面的特征表征， 再次提出基于目标跟踪置信  
度指标的目标模板自适应更新策略， 最后在标准数据  
集上进行了实验验证及实际系统应用验证。  
国 外 学 者 对 该 领 域 进 行 了 深 入 的 研 究 ：  
Bolme  
(Minimum Output Sum  
方 法 ，首 次 将 相 关 滤 波 应  
[1]  
等
提出最小化输出均方误差  
of Squared Error, MOSSE)  
用到目标跟踪中， 该方法跟踪速度达到  
，且  
669 fps  
[2]  
跟踪鲁棒性较好，受到广泛关注。  
等
提出  
Henriques  
(Kernelized Correlation Filtersꢀ KCF)  
跟踪方法。 用循环矩阵性质将相关滤波训练采样过  
程等价于循环移位操作， 来完成模型训练的密集采  
核相关滤波  
目标  
样，并采用核函数方法，该方法极大地提高了相关滤  
双步相关滤波目标跟踪框架  
1
[3]  
波目标跟踪的鲁棒性。  
等
提出自适应多尺度核  
(Scale Adaptive Kernel Correlation Filterꢀ  
方法。 通过构建目标尺度池估计目标尺度变  
Bibi  
相关滤波目标跟踪算法通过已知目标训练滤波  
相 关 滤 波  
SAMF)  
器模板， 在目标跟踪过程中搜索与滤波器模板相关  
度最大的目标区域，即为目标位置。 文中基于相关滤  
波跟踪算法提出一种基于双步相关滤波的目标跟踪  
化。 解决了目标尺寸的变化问题， 但尺度池设置有  
[4]  
限，对于目标尺度变化不敏感。  
等
提出尺  
Danelljan  
方法，算法框架如图 所示，具体流程如下。  
1
度空间判别跟踪  
ꢁDiscriminative Scale Space Trackingꢀ  
图
双步 相关 滤波 目标跟 踪流 程图  
1
Fig.1 Flow of two-step correlation filter for object tracking  
1226004-2  

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