电视导引头相关滤波跟踪算法研究

摘要

电视导引头是目标跟踪算法在军事应用中的代表。研究实时性好，鲁棒性强，准确度高的目标跟踪算法非常重要。近年来，随着机器学习技术的发展，涌现出一大批新颖的目标跟踪算法，核相关滤波器以较高的跟踪性能以及超高的跟踪速度成为近几年目标跟踪领域最受关注的算法。对该算法进行研究与改进，并将其应用到电视导引头中是一项颇具前景的工作。
　　本文首先对核相关滤波跟踪算法的基本理论进行了详尽的推导与证明，并给出了该算法的实现流程;其次，由于原始的核相关滤波跟踪算法不能很好的适应目标的尺度变化，而基于尺度金字塔的相关滤波跟踪算法虽然具有较高的跟踪性能，却在实时性上大打折扣，本文借助对数极坐标变换，建立目标位置与尺度的级联滤波模型，提出尺度自适应的快速相关滤波跟踪算法。评测实验表明，该算法在跟踪性能上可以与基于尺度金字塔的相关滤波跟踪算法相媲美，而且在跟踪速度上能达到后者的2倍以上。
　　为对该算法在电视导引头上的应用进行探索，本文将使用线性核函数与灰度特征的相关滤波跟踪算法在DM642平台上进行了实现，并针对性的做了代码优化。实验表明，该系统可以实时的跟踪常规目标。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 目标跟踪场景的分类

1．2．2 目标跟踪算法的分类

1．2．3 目标跟踪算法的发展趋势

1．3 主要研究内容

2 核相关滤波目标跟踪算法

2．1 岭回归

2．1．1 线性岭回归

2．1．2 核岭回归

2．2 循环矩阵

2．3 相关滤波

2．3．1 线性相关滤波

2．3．2 核相关滤波

2．3．3 快速检测

2．3．4 相关滤波在二维样本上的推广

2．4 核相关滤波目标跟踪算法的实现

2．4．1 总体流程

2．4．2 密集采样

2．4．3 样本预处理

2．4．4 样本的相关滤波

2．4．5 模型更新

2．5 梯度方向直方图特征

2．5．1 PCA-HOG特征的数据结构

2．5．2 PCA-HOG特征的提取

2．5．3 PCA-HOG特征在相关滤波跟踪算法中的的应用

2．6 实验与分析

2．6．1 实验环境与评测指标

2．6．2 RAW与PCA-HOG特征的性能比较

2．7 本章小结

3 尺度自适应的快速相关滤波跟踪算法

3．1 尺度自适应

3．1．1 对数极坐标变换

3．1．2 改进的对数极坐标变换

3．1．3 LPT尺度估计法

3．1．4 尺度自适应的快速相关滤波跟踪算法

3．2 综合评测

3．2．1 参数设置

3．2．2 最小极径系数的选取

3．2．3 尺度自适应性能评测

3．2．4 OTB100库评测

3．3 综合分析

3．3．1 尺度变化目标的跟踪

3．3．2 旋转目标的跟踪

3．3．3 遮挡目标的跟踪

3．3．4 变形目标的跟踪

3．3．5 更新策略的缺陷分析

3．4 综合评价

3．5 本章小结

4．相关滤波跟踪算法的DSP实现

4．1 DSP开发平台

4．1．1 硬件平台简介

4．1．2 跟踪系统软件框架设计

4．1．3 视频输入输出程序设计

4．2 跟踪算法的DSP实现

4．2．1 跟踪算法的选择

4．2．2 跟踪算法的原理

4．2．3 二维FFT的DSP实现

4．2．4 关键模块的实现与优化

4．3 实验与分析

4．4 本章小结

5 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文