Mean Shift跟踪算法创新实验项目设计

视频跟踪算法是计算机视觉实践课程中比较受关注的实验项目。针对突变情况下传统Mean Shift跟踪算法无法实时准确跟踪的问题,设计了基于模板更新和线性预估的Mean Shift跟踪算法创新实验项目。在模板更新策略下,引入背景模板,通过将原目标模板和背景模板与设定的阈值进行比较来对干扰因素进行判定,当干扰因素判定目标受到遮挡时,引入线性预估方程进行目标位置预测,有效解决目标在遮挡情况下跟踪丢失的问题。通过对测试视频的跟踪效果和性能进行对比分析,验证了算法在突变情况下相较于传统算法具有更好的抗干扰能力。以算法创新设计为核心,通过开放性创新实验项目的选题、设计、答辩、反馈的闭环实验过程,有效提高了学生算法创新设计能力。

基于自适应核带宽度Mean Shift算法的单木识别研究

为提高多树种森林中单木识别的精度,利用机载激光雷达点云数据作为研究对象,提出一种基于自适应核带宽度Mean Shift算法的单木识别方法。该方法先采用直方图分析法分离树冠点云和冠层下点云,再采用基于二维增量网格投影的区域生长法,估算单木冠幅有效半径,然后以单木冠幅有效半径作为自适应核带宽度,对树冠点云进行自适应Mean Shift聚类分析,得到树冠点簇,最后采用包络盒方法根据树冠点簇和树干点云的空间关系识别单木。试验结果表明,检测树与实际树的位置、树冠形态近似一致,单木召回率达到86.1%,准确率达到91.5%,高于2个对比试验的结果。研究证明设置的自适应核带宽度能够自动调整以反映局部树冠的实际大小,在多树种森林的单木识别中表现良好。

基于Mean Shift点法向量分类的目标三维姿态估计

目标三维姿态信息在目标运动分析、目标识别和目标跟踪等领域的应用越来越广泛。现有的OPDVA算法采用基于距离的K-means算法对点法向量进行分类后确定目标坐标系MCS的正方向,求取目标三维姿态角。针对点法向量分类效果不理想的情况,提出了基于Mean Shift点法向量分类的目标三维姿态估计算法(PEMSPNC)。该算法利用不依赖初始参数设定、基于密度聚类的Mean Shift算法,对密度分布不同的不同平面点法向量分类,寻找密度最大处点法向量做为每类代表法向量确定MCS的正方向,然后计算目标姿态角,并根据目标姿态估计结果计算目标尺寸。采用矩形拟合法、OPDVA和PEMSPNC算法分别对仿真和实测目标距离像进行实验。实验结果表明:采用PEMSPNC算法得到的姿态估计结果误差最小,相比于OPDVA算法,平均误差降低了0.4434°,且对实测数据有较好的处理结果。

Face tracking algorithm based on particle filter with mean shift importance sampling

The condensation tracking algorithm uses a prior transition probability as the proposal distribution, which does not make full use of the current observation. In order to overcome this shortcoming, a new face tracking algorithm based on particle filter with mean shift importance sampling is proposed. First, the coarse location of the face target is attained by the efficient mean shift tracker, and then the result is used to construct the proposal distribution for particle propagation. Because the particles obtained with this method can cluster around the true state region, particle efficiency is improved greatly. The experimental results show that the performance of the proposed algorithm is better than that of the standard condensation tracking algorithm.

基于Mean Shift算法的目标跟踪系统设计

目标跟踪具有广泛的应用前景,但在实际应用中目标跟踪的实现面临实时性要求高、跟踪场景较复杂等情况。针对此问题,提出了一种基于Mean Shift算法的目标跟踪系统设计。该系统设计基于FPGA平台,简化了Mean Shift算法的部分流程,首先对搜索窗口内所有特征颜色进行统计,计算出指向特征点密集处的偏移均值,再以此更新搜索窗口,通过不断迭代运算,使窗口中心始终收敛于跟踪目标位置。实验结果表明,该系统逻辑结构更轻量化,且在1 920×1 080分辨率下跟踪速度在60 f/s,平均跟踪重叠率达到85%以上,实现了在较复杂背景下对某一物体进行实时跟踪显示。

改进的Mean Shift算法在前视声呐运动目标跟踪中的应用

多波束前视声呐具有成像速度快、分辨率高的优点,是进行水下目标探测、跟踪和监控的重要设备。针对多波束前视声呐运动目标的跟踪问题,提出了一种改进的MeanShift算法。该算法利用经典的MeanShift算法实现目标的帧间定位,通过基于图像序列的背景消减法实现运动目标分割,根据分割后目标的位置和大小对Mean Shift跟踪框进行更新,并重新建立跟踪模型来迭代实现目标的准确定位和跟踪。实验结果表明,改进后的算法可实现目标跟踪框随目标大小和形状的更新,对目标的定位更加准确。因此,该算法具有应用于水下目标精确跟踪和定位的潜力。

改进Mean Shift目标跟踪算法实现

目标跟踪技术目前具有较好的应用前景,但在嵌入式处理平台中面临着实时性要求高、跟踪场景复杂等情况,加上受成本和嵌入式处理平台算力的限制,其处理效果往往很难满足现实需求,因此目标跟踪等图像处理技术的落地实现是当前研究的热点内容。针对此问题,本文在FPGA平台实现了改进Mean Shift目标跟踪算法,该算法首先通过目标的概率密度分布梯度爬升来寻找目标,然后采用Kalman滤波的预测机制来预估下一帧搜寻计算的位置,从而减少Mean Shift的迭代次数。该算法实现充分利用FPGA能够并行和流水线处理的特点,实现了在1 920×1 080@60 Hz高清视频图像场景下的实时目标跟踪,其中Kalman滤波算法使其在较复杂场景下也能具备一定的抗遮挡干扰的能力。

An improved mean shift tracking algorithm based on double weighted color histogram

In practical application,mean shift tracking algorithm is easy to generate tracking drift when the target and the background have similar color distribution.Based on the mean shift algorithm,a kind of background weaken weight is proposed in the paper firstly.Combining with the object center weight based on the kernel function,the problem of interference of the similar color background can be solved.And then,a model updating strategy is presented to improve the tracking robustness on the influence of occlusion,illumination,deformation and so on.With the test on the sequence of Tiger,the proposed approach provides better performance than the original mean shift tracking algorithm.

Mean shift algorithm based on fusion model for head tracking

To solve the mismatch between the candidate model and the reference model caused by the time change of the tracked head, a novel mean shift algorithm based on a fusion model is provided. A fusion model is employed to describe the tracked head by sampling the models of the fore-head and the back-head under different situations. Thus the fusion head reference model is represented by the color distribution estimated from both the fore- head and the back-head. The proposed tracking system is efficient and it is easy to realize the goal of continual tracking of the head by using the fusion model. The results show that the new tracker is robust up to a 360°rotation of the head on a cluttered background and the tracking precision is improved.

应用Mean Shift和分块的抗遮挡跟踪

针对传统Mean Shift跟踪算法在目标发生遮挡时容易跟偏甚至跟丢的缺陷,提出了一种新的抗遮挡跟踪算法。首先,对跟踪窗口内的目标进行分块;然后,对外围子块分别实施Mean Shift跟踪算法并检测遮挡的发生,当遮挡发生后即对所有子块实施Mean Shift跟踪算法;最后,引入一种子块置信度机制并仅用置信度最高的子块来确定目标的最终位置,从而在目标发生遮挡时能有效剔除被遮挡子块对目标定位的影响。对不同的视频序列测试的结果显示,本算法能对发生遮挡的目标进行准确跟踪。当遮挡目标尺寸为70pixel×100pixel时,平均处理时间为38.6ms/frame。结果表明,改进算法能够满足目标跟踪系统稳定性和实时性的要求。

Mean shift在目标跟踪中的应用

首先总结了Mean shift的发展过程,并且分析了Mean shift算法的参数少,鲁棒性强,快速实现模式计算的特点,然后根据它在目标跟踪中的应用,总结了该算法核函数直方图对目标的特征描述比较弱,容易陷入局部最大值,不能适应目标多自由度变化的缺点,针对缺点提出的不同的改进方法进行了归纳,最后对未来的发展进行了预测。

快速运动目标的Mean shift跟踪算法

针对Meanshift本身的理论缺陷,提出Meanshift和卡尔曼滤波器相结合的快速目标跟踪算法。利用卡尔曼滤波器来获得每帧Meanshift算法的起始位置,然后再利用Meanshift算法得到跟踪位置。在目标出现大比例阻挡情况时,利用卡尔曼残差的计算来关闭和打开卡尔曼滤波器,此时,目标位置的线性预测替代了卡尔曼的作用。试验证明,本算法可以实现对快速运动目标的跟踪,对阻挡也有很好的鲁棒性。

基于分级mean shift的图像分割算法

实验发现传统mean shift算法进行分割时常会产生连接通道问题,使得几个分类簇之间无法完全分开.针对该问题,提出一种改进的分级mean shift图像分割算法,在初次迭代获得的聚类中心基础上采用不同的带宽矩阵进行多次聚类,从而获得不同级的聚类中心集合,并建立一个归属树结构,最终通过叶节点与根节点的归属关系进行归类从而完成图像分割.实验证明改进算法可以更好地保留图像的局部信息,同时具有较好的适用性.

基于改进的Mean Shift算法虚拟人脑图像分割

为了克服Mean Shift算法各向同性的缺点,使用结构信息构造各向异性高斯核,使其具有各向异性,从而克服细长目标的影响;将颜色空间投影到新的坐标系下,使得相近颜色可以有较大的距离,以增大虚拟人脑图像中灰质与下层数据之间的区别.虚拟人脑图像分割结果说明,该算法可以得到较好的分割结果.

基于空间边缘方向直方图的Mean Shift跟踪算法

传统的基于色彩直方图或空间色彩直方图的Mean Shift跟踪算法,在诸如跟踪目标出现尺度变化的复杂条件下,无法得到准确的跟踪结果。这是因为色彩直方图或空间色彩直方图无法显著区分颜色相近的目标和背景。鉴于此,提出了一种基于空间边缘方向直方图的Mean Shift跟踪算法,使用空间分布和纹理信息作为匹配信息。实验结果表明,该算法能够有效的处理遮挡、光照变化和尺度缩放等复杂情况,对目标进行准确有效的跟踪,改善了传统方法在尺度缩放等方面的局限性。

基于Mean shift的筛面物料颗粒目标运动轨迹跟踪

为了获取农业物料在风筛式清选筛面的实际运动规律,通过对多颗粒散体中的目标颗粒进行着色处理,提出采用基于颜色特征向量的Meanshift算法,实现对目标运动轨迹的跟踪。算法根据Bhattacharyya系数的大小判定跟踪目标是否被遮挡,并引入了Kalman滤波器设计。在正常跟踪过程中,利用Kalman滤波器预测每帧Mean shift算法的起始位置,然后利用Mean shift算法对目标进行精确定位,当目标被遮挡时,将其运动视为时不变系统,并通过Kalman滤波器估算目标近似位置。试验结果表明,该方法在复杂背景和光照变化条件下,实现了对快速运动目标的稳定持续跟踪,具有很好的鲁棒性,为散体颗粒运动规律的研究提供了一种图像检测方法。

一种尺度自适应的Mean Shift跟踪算法

针对传统Mean Shift中跟踪窗口尺度不能实时适应跟踪目标变化这一问题,提出一种基于图割理论的Mean Shift尺度自适应算法.根据每一帧图像的Mean Shift迭代结果,在其周围的一个小区域内,利用先验的肤色混合高斯模型构造图并建立关于标号的能量模型,使用max flow/min cut算法计算出能量函数最小值实现图割,在图割后的肤色团块中寻找最大团判定为跟踪目标,并以该团的尺度来实时调整目标跟踪窗口.实验结果表明,该方法克服了缩放10%核带宽的经典尺度适应方法的带宽趋于缩小问题,实时地反映跟踪目标真实尺度变化,避免背景中其他目标的干扰,具有较好的实用性和鲁棒性,而且可以应用到娱乐游戏控制中,丰富人机交互操作方式.

基于自适应多特征融合的mean shift目标跟踪

经典mean shift目标跟踪算法简单快速,具有较好的跟踪效果,但是它用单个特征描述目标,易受相似目标与背景的干扰,鲁棒性较差.针对此不足,推导出多特征融合mean shift目标定位公式;为了适应跟踪过程中目标与背景的变化,提出利用概率分布可分性判据动态评价特征对目标与背景的区分能力,并自适应地计算特征融合权重.在上述两个方面的基础上,对mean shift目标跟踪算法进行了改进,提出一种多特征融合mean shift目标跟踪算法.实验结果表明:提出的算法比经典mean shift目标跟踪算法具有更强的抗干扰性能和较高的跟踪精度.

一种分层Mean Shift目标跟踪算法

针对经典Mean shift(MS)目标跟踪算法的颜色特征鲁棒差、匹配迭代复杂的缺点,提出一种分层Mean shift (Hierarchical mean shift,HMS)目标跟踪算法.首先通过MS迭代将目标区域特征空间的数据点聚类于模式点,使得以简洁的方式描述前景跟踪目标,建立目标模型与目标候选模型的聚类模式点描述,进行聚类块匹配.然后,导出聚类块模式点匹配下的相似度量函数,进行像素点匹配,结合邻域一致性,计算像素平移量,分层估计序列帧中跟踪目标质心模式点的位置,并给出HMS匹配迭代跟踪算法.实验结果表明,与其他两种MS跟踪算法相比,HMS既能提高序列帧跟踪目标表达与匹配的鲁棒性,又无需匹配所有数据点,算法简洁且有效可行.

跟踪窗口自适应的Mean Shift跟踪

传统的Mean Shift跟踪算法在目标发生形变时会因跟踪窗不能动态改变尺寸而导致目标跟偏甚至跟丢,因此本文提出了一种新的跟踪窗口大小和方向自适应的改进算法。首先,采用跟踪窗口内协方差矩阵主分量分析法来计算跟踪目标的方向和尺寸大小;然后,联合相似性度量和卡尔曼滤波器来更新跟踪窗口的大小和方向倾角,使之适应目标的变化。实验显示,本算法可对不断旋转和缩放的运动目标进行准确实时跟踪,当目标尺寸在35 pixel×17 pixel到176 pixel×80 pixel之间变化时,平均处理时间为17.45 ms/frame,表明改进的算法能够满足非刚体目标跟踪系统的要求。