基于稀疏表示的视觉跟踪新方法研究
批准号:
61272372
项目类别:
面上项目
资助金额:
20.0 万元
负责人:
卢湖川
依托单位:
学科分类:
模式识别与数据挖掘
结题年份:
2013
批准年份:
2012
项目状态:
已结题
项目参与者:
王波、李石峰、王栋、贾旭、钟伟、肖子扬、孙晶
中文摘要
视觉跟踪的目标是要确定目标的位置、尺度、姿态、速度等状态信息。但是由于光照、遮挡、旋转、变形、突然运动、复杂背景等因素的干扰,视觉跟踪是一个非常具有挑战性而且非常重要的基础问题。另一方面,稀疏表示的研究近来非常活跃,而且在不断完善的过程中,我们拟针对跟踪这个富有挑战性的问题,围绕稀疏表示理论,设计出能够处理目标旋转、姿态、光照、遮挡、以及复杂背景等鲁棒的跟踪算法。本课题的具体目标是探讨如何将稀疏表示理论与目标跟踪问题的先验知识(时间上的连续性,特征的冗余性,背景和前景的区分性等)相结合,克服稀疏表示理论时间和空间复杂度都较高的难点,拟从有效的视觉特征(Mid-level)描述及选择,基于稀疏表示的判决模型和生成模型的构建与融合,子空间信息的利用与合理的更新机制的设计,2范数约束下的稀疏表示,汇聚算法与局部稀疏表观模型等几个方面深入。
英文摘要
The goal of visual tracking is to determine the states of the target (e.g., position, scale, pose and velocity). Visual tracking is a very important basic problem yet it is also quite challenging due to the interferences of illumination change, occlusion, rotation, deformation, fast movement, complex background, etc.. The research of sparse representation is active recently and of great improvement. We plan to solve the challenging problem of visual tracking with sparse representation and aim to design a robust tracking algorithm that can simultaneously deal with the problem of rotation, pose, illumination change, occlusion, complex background, etc... The goal of our project is to explore the method to combine the sparse representation with the prior knowledge of visual tracking (e.g., the temporal continuity, the redundancy of features, the discrimination between the foreground and the background) so that it can overcome the high temporal and spatial complexity problem of sparse representation. We plan to do deep researches in terms of the following aspects: first, the description and selection of effective visual feature (especially for Mid-level feature); second, the construction and fusion of discriminative and generative models based on sparse representation; third, the exploitation of sub-space information and the design of reasonable update scheme; fourth, the study of sparse representation restrained by l-2 norm; fifth, the design of pooling method and local sparse appearance model.
在本项目中,我们针对跟踪这个富有挑战性的问题,围绕稀疏表示理论,现已设计出多种能够处理目标旋转,姿态,光照,遮挡,以及复杂背景等问题鲁棒的跟踪算法。通过在大量挑战性图像测试序列上进行测试,我们验证了这几种算法的有效性,它们的跟踪表现在当前一流的跟踪方法中名列前茅,并且都已发表于领先的国际会议。.第一种算法我们总结为基于结构化局部稀疏表示外观模型的自适应跟踪方法:首先在生成模型的框架下引入局部外观模型,提出了简单而有效的基于结构化局部稀疏表示的外观模型。通过对目标上的局部图像块进行稀疏编码,然后将得到的编码系数进行平均化和对齐汇聚操作,来充分利用目标的空间结构和局部信息。这样可以找到目标上那些表现稳定、外观变化小的局部模式,利用它们来实现跟踪器对目标的鲁棒跟踪。此外,算法中还提出了基于稀疏编码和增量子空间学习方法的更新策略,使得跟踪器可以自适应地捕捉目标的外观变化,并减小错误定位和遮挡带来的误更新。.第二种算法我们总结为基于稀疏表示的联合模型跟踪方法:包括一种基于稀疏表示的判决性分类器和一种基于稀疏表示的生成模型。在判决性分类器模块中,本文提出一种鲁棒而且有效的计算置信值的方法,这种方法给前景分配的权重比较大,给背景分配的权重比较小。在基于稀疏表示的生成模型中,本文提出一种新颖的基于直方图的描述方式,这种描述方式考虑到每个图像块的位置信息,同时考虑了遮挡对于最终结果的影响。本文合理的将两种模型融合,得到一种联合的外观模型用于对目标进行跟踪。此外,本文提出的更新机制考虑到最新的观测外观模型,又考虑到原始的目标模板,因此使得目标跟踪器能够有效的应对目标的外观变化并且避免漂移问题。.第三种算法我们总结为最小软阈值均方回归算法,基于稀疏表示模型的跟踪算法存在两个关键问题:如何鲁棒地求解表示系数以及如何在噪声观测下定义一个观测样本与模板子空间之间的鲁棒的距离。我们将观测噪声假设为高斯分布和拉普拉斯分布的加性组合(称为“高斯-拉普拉斯”分布),并从最大联合似然估计的角度提出了一种最小软阈值均方回归算法。随后,提出了一种有效的迭代算法来求解最小软阈值均方回归问题,该迭代算法可以获得全局最优解。另外,我们证明了从求解回归系数的角度来看,提出的最小软阈值均方回归与Huber 鲁棒回归是等价的。除此之外,为了设计一个鲁棒的跟踪器,我们从理论上推导了一种最小软阈值均方距离,并据此设计了一个
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DOI:
10.1109/tip.2012.2216276
发表时间:
2013-05
期刊:
IEEE Transactions on Image Processing
影响因子:
10.6
作者:
[]
通讯作者:
DOI:
10.1109/tcsvt.2013.2291355
发表时间:
2014-08
期刊:
IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology
影响因子:
8.4
作者:
[Ziyang Xiao;Huchuan Lu;D. Wang]
通讯作者:
Ziyang Xiao;Huchuan Lu;D. Wang
DOI:
10.1109/tcsvt.2013.2276145
发表时间:
2014-02
期刊:
IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology
影响因子:
8.4
作者:
[F. Yang;Huchuan Lu;Ming-Hsuan Yang]
通讯作者:
F. Yang;Huchuan Lu;Ming-Hsuan Yang
Spectral Segmentation via Midlevel Cues Integrating Geodesic and Intensity
通过集成测地线和强度的中层线索进行光谱分割
DOI:
10.1109/tcyb.2013.2243432
发表时间:
2013-12-01
期刊:
IEEE TRANSACTIONS ON CYBERNETICS
影响因子:
11.8
作者:
[Lu, Huchuan, Zhang, Ruixuan, Li, Xuelong]
通讯作者:
Li, Xuelong
DOI:
10.1109/lsp.2013.2260737
发表时间:
2013-04
期刊:
IEEE Signal Processing Letters
影响因子:
3.9
作者:
[Chuan Yang;L. Zhang;Huchuan Lu]
通讯作者:
Chuan Yang;L. Zhang;Huchuan Lu
共 8 条
面向公共安全的航拍视频智能分析技术
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批准号:U1903215
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项目类别:联合基金项目
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资助金额:228万元
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批准年份:2019
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负责人:卢湖川
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依托单位:
基于稀疏表示的在线视觉跟踪
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批准号:61472060
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项目类别:面上项目
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资助金额:80.0万元
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批准年份:2014
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负责人:卢湖川
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依托单位:
静态图像中人体轮廓的精确分割技术研究
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批准号:61071209
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项目类别:面上项目
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资助金额:31.0万元
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批准年份:2010
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负责人:卢湖川
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依托单位:
国内基金
海外基金