光学学报, 2019, 39 (7): 0715002, 网络出版: 2019-07-16   

基于多层深度卷积特征的抗遮挡实时跟踪算法 下载: 1184次

Real-Time and Anti-Occlusion Visual Tracking Algorithm Based on Multi-Layer Deep Convolutional Features
作者单位
1 中国科学院国家空间科学中心复杂航天系统电子信息技术重点实验室, 北京 100190
2 中国科学院大学, 北京 100049
图 & 表

图 1. 目标跟踪算法框架图

Fig. 1. Framework of the proposed visual tracking algorithm

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图 2. VGG-Net-19_OT网络结构图

Fig. 2. Network structure of VGG-Net-19_OT

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图 3. Flow chart of algorithm

Fig. 3.

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图 4. 10个跟踪算法在不同视频序列上的定性结果显示。(a) Ironman 1; (b) Ironman 2; (c) Doll; (d) MotorRolling; (e) Bolt2; (f) Skiing

Fig. 4. Qualitative results of the 10 tracking algorithms on different video sequences. (a) Ironman 1; (b) Ironman 2; (c) Doll; (d) MotorRolling; (e) Bolt2; (f) Skiing

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图 5. 10个跟踪算法在部分遮挡视频序列上的定性结果显示。(a) Jogging-1; (b) Walking2; (c) Coke; (d) Soccer

Fig. 5. Qualitative results of the 10 tracking algorithms on different occluded video sequences. (a) Jogging-1; (b) Walking2; (c) Coke; (d) Soccer

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图 6. 基于OTB-2015评估基准OPE的跟踪算法。(a)精度曲线图;(b)成功率曲线图

Fig. 6. Algorithm of OPE on OTB-2015. (a) Precision plot; (b) overlap success plot

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图 7. 基于UAV123评估基准OPE的跟踪算法。(a)精度曲线图;(b)成功率曲线图

Fig. 7. Algorithm of OPE on UAV123. (a) Precision plot; (b) overlap success plot

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图 8. OTB-2015 11种不同属性视频序列跟踪精度曲线

Fig. 8. Precision plots on 11 different attributes video sequences of OTB-2015

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图 9. OTB-2015 11种不同属性视频序列跟踪成功率曲线

Fig. 9. Success plots on 11 different attributes video sequences of OTB-2015

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表 1VGG-Net-19的各层参数

Table1. Parameters of VGG-Net-19

StructureFilterOutput size /(pixel×pixel×pixel)Memory /bitParameter
Image input224×224×3224×224×3=1505280
Conv1_1Conv1_26464224×224×64224×224×64224×224×64=3211264224×224×64=32112643×3×3×64=17283×3×64×64=36864
POOL1112×112×64112×112×64=8028160
Conv2_1Conv2_2128128112×112×128112×112×128112×112×128=1605632112×112×128=16056323×3×64×128=737283×3×128×128=147456
POOL256×56×12856×56×128=4014080
Conv3_1Conv3_2Conv3_3Conv3_425625625625656×56×25656×56×25656×56×25656×56×25656×56×256=80281656×56×256=80281656×56×256=80281656×56×256=8028163×3×128×256=2949123×3×256×256=5898243×3×256×256=5898243×3×256×256=589824
POOL328×28×25628×28×256=2007040
Conv4_1Conv4_2Conv4_3Conv4_451251251251228×28×51228×28×51228×28×51228×28×51228×28×512=40140828×28×512=40140828×28×512=40140828×28×512=4014083×3×256×512=11796483×3×512×512=23592963×3×512×512=23592963×3×512×512=2359296
POOL414×14×51214×14×512=1003520
Conv5_1Conv5_2Conv5_3Conv5_451251251251214×14×51214×14×51214×14×51214×14×51214×14×512=10035214×14×512=10035214×14×512=10035214×14×512=1003523×3×512×512=23592963×3×512×512=23592963×3×512×512=23592963×3×512×512=2359296
POOL57×7×5127×7×512=250880
FC640961×1×40961×1×4096=40967×7×512×4096=102760448
FC740961×1×40961×1×4096=40964096×4096=16777216
FC810001×1×10001×1×1000=10004096×1000=4096000

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表 2OTB-2015视频属性

Table2. Video attributes of OTB-2015

Video attributeValueVideo attributeValue
Background clutters (BC)31Motion blur (MB)29
Deformation44Occlusion49
Fast motion (FM)39Out-of-plane rotation (OPR)63
Illumination variation (IV)38Out-of-view (OV)14
In-plane rotation (IPR)51Scale variation (SV)64
Low resolution (LR)9

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表 3UAV123视频属性

Table3. Video attributes of UAV123

Video attributeValueVideo attributeValue
Scale variation (SV)109Out of view (OV)30
Aspect ratio change (ARC)68Background clutter (BC)21
Low resolution (LR)48Illumination variation (IV)31
Fast motion (FM)28Viewpoint change (VC)60
Full occlusion (FOC)33Camera motion (CM)70
Partial occlusion (POC)73Similar object (SOB)39

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表 4UAV123 12种不同属性视频序列跟踪精度与跟踪成功率

Table4. Precision values and success rates on 12 different attributes video sequences of UAV123

SequenceProposed algorithmKCFHCFTstar
Precision valueSuccess ratePrecision valueSuccess ratePrecision valueSuccess rate
Aspect ratio change (ARC)0.6190.4640.4470.2920.6100.434
Background clutter (BC)0.5850.4470.5360.4130.5840.470
Camera motion (CM)0.6770.5560.5020.3660.6820.543
Fast motion (FM)0.5440.4020.3010.2000.5160.377
Full occlusion (FOC)0.5670.3580.4200.2430.5610.381
Illumination variation (IV)0.6270.5060.4640.3340.6140.451
Low resolution (LR)0.5550.3330.4350.2510.5790.346
Out of view (OV)0.6090.5000.4060.2770.6030.467
Partial occlusion (POC)0.6320.4990.4970.3650.6280.491
Scale variation (SV)0.6440.5340.4970.3390.6460.498
Similar object (SOB)0.6910.5660.6160.4180.6930.552
Viewpoint change (VC)0.6370.4940.4500.3020.6250.440

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表 5跟踪速率

Table5. Tracking speedsframe /s

SequenceBasketballFaceOcc1Football1GirlJogging1JumpingSoccerSylvesterTrellis
Speed31.334.526.135.928.226.125.132.627.9

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表 6基于深度学习的跟踪算法的平均跟踪速率对比

Table6. Average tracking speed comparison for the deep learning-based tracking algorithmframe /s

AlgorithmProposedFCNTMDNetHCFT
Tracking speed29.63110

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崔洲涓, 安军社, 崔天舒. 基于多层深度卷积特征的抗遮挡实时跟踪算法[J]. 光学学报, 2019, 39(7): 0715002. Zhoujuan Cui, Junshe An, Tianshu Cui. Real-Time and Anti-Occlusion Visual Tracking Algorithm Based on Multi-Layer Deep Convolutional Features[J]. Acta Optica Sinica, 2019, 39(7): 0715002.

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