收稿日期:20160827;修回日期:20161008
作者简介:童源(1992),女,硕士研究生,主要研究方向为目标跟踪与识别(lolana_a@hotmail.com);费树岷(1961),男,博导,主要研究方向
为非线性控制系统分析与综合、模式识别等;沈捷(1976),男,副教授,主要研究方向为嵌入式应用系统开发与设计、模式识别等.
基于 TLD框架的快速目标跟踪方法
童 源
1
,费树岷
1
,沈 捷
2
(1.东南大学 自动化学院,南京 210096;2.南京工业大学 电气工程与控制科学学院,南京 211816)
摘 要:现实中目标在被长期跟踪时容易发生形变、遮挡、光照干扰以及其他问题,现有跟踪算法虽能解决该系
列问题但算法计算量巨大,导致跟踪系统实时性能较差,很难应用于实际场合。因此,准确快速跟踪目标成为近
年来非常有挑战的热点课题。以国外学者 Kalal等人提出的 TLD(trackinglearningdetection)框架为基础,提出了
三点改进方法:a)根据目标所占整幅图像的面积大小动态调整被处理图像的分辨率,从总体上减少样本数量;b)
在目标邻近区域扫描生成样本,缩小检测器的检测范围;c)更换检测部分中分类器模板匹配方法,实现快速匹
配,提高算法运行速度。针对于不同的场景,实验表明上述问题在改进后的算法中得到了较大的改善,算法的计
算量有效降低,系统运行速度得到了提高;并且对于实时摄像头监控,改进后算法在保证目标跟踪准确率的同时
拥有较好的实时性。
关键词:目标跟踪;跟踪学习检测;动态调整;模板匹配;实时性
中图分类号:TP391.4 文献标志码:A 文章编号:10013695(2018)01031704
doi:10.3969/j.issn.10013695.2018.01.068
FastobjecttrackingmethodbasedonTLDalgorithm
TongYuan
1
,FeiShumin
1
,ShenJie
2
(1.SchoolofAutomation,SoutheastUniversity,Nanjing210096,China;2.CollegeofElectricalEngineering& ControlScience, Nanjing
TechUniversity
,Nanjing211816,China)
Abstract:Torealizethelongtermtracking,thereareanumberofproblemssuchasscaleandilluminationchanges,partialoc
clusionswhichneedtobeaddressed.Someexistingtrackingalgorithmscanhandletheseproblemsbutstillhavebadperfor
manceontherealtimeofsystembecauseoflargeamountofcalculationwhichmakethefastobjecttrackingresearchbecome
morepopularandchallengingrecently.ThispaperproposedanimprovedTLD(trackinglearningdetection)fastobjecttracking
algorithm,whichwasobtainedbymakingseveralimprovementsbasedontheoriginalTLDalgorithmproposedbyforeignschol
arsZdenekKalaletc.Theimprovedalgorithmexploredamethodofadjustingimageresolutiondynamicallyaccordingtothearea
ratiobetweenobjectandwholepictureframewhichcouldreducethenumberofsamplesoverallandtriedtogeneratesamples
fromtheneighboringregionofobjecttonarrowdetectionrange.Italsoreplacedthemethodoftemplatematchinginthedetec
tionpart
,usingfasttemplatematchingalgorithmtoimprovetheefficiencyofalgorithm.Theexperimentalresultsshowthatthe
improvedTLDalgorithmproposedcanhandletheseproblemsabove
,asaresultthecomputationalcomplexityofalgorithmisre
ducedandtheoperationspeedofsystemisalsoimproved.Thisalgorithmensurestheaccuracyofobjecttrackingandhasagood
performanceontherealtimeinvideosurveillance.
Keywords:objecttracking;trackinglearningdetection(TLD);dynamicadjustment;templatematching;realtime
!
引言
当前基于视觉的目标跟踪技术被广泛应用于民用领域和
军事领域
[1]
,如交通控制、汽车导航以及无人机目标追踪等。
同时目标跟踪在实际应用中也面临诸多挑战,如目标的形态变
化、快速移动、遮挡消失,尤其是在跟踪实时性方面,由于跟踪
算法计算量庞大,目标往往得不到及时有效的跟踪。
目前目标跟踪算法主要分为三类:
a)基于区域的目标跟踪
[2,3]
,通过一定的几何形状块的匹
配实现跟踪。该类算法在目标未被遮挡时跟踪精度较高、稳定
性较好,但对于目标的形变以及遮挡消失方面,其不能较好适
应,且当搜索区域较大时,算法耗时较长。
b)基于特征的目标跟踪
[4,5]
,将目标总体标准化为某一特
征向量实现匹配跟踪,该类算法对于目标的尺度变化和部分遮
挡敏感度较低,但在图像模糊和噪声方面敏感度较高。
c)基于轮廓的目标跟踪
[6,7]
,在图像域内定义可变形曲
线,通过对其能量函数的最小化,动态轮廓逐步调整自身形状
与目标轮廓相一致实现跟踪。该类算法将图像灰度信息与整
体轮廓信息相结合,增强了目标跟踪的可靠性,但计算较为复
杂,算法实时性得不到保证。
以上三类算法都必须要在特定条件下才达到较好的跟踪
性能,对于实际中存在的目标长时间跟踪,目标完全遮挡或消
失以及算法的实时性等问题依然不能解决。
Kalal等人
[8]
提出了 TLD算法,该算法引入了半监督学习
机制。在跟踪器与检测器协同合作的同时,学习器对两者性能
进行评估并优化,实现了对于未知目标的长期跟踪。而其缺点
第 35卷第 1期
2018年 1月
计 算 机 应 用 研 究
ApplicationResearchofComputers
Vol35No1
Jan.2018