視頻目標(biāo)跟蹤算法研究

摘 要 視頻目標(biāo)跟蹤一直是計算機領(lǐng)域的熱點問題，近些年，深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的發(fā)展使得目標(biāo)跟蹤算法的正確率獲得很大提升，但是目標(biāo)發(fā)生變化如被遮擋等情景時，易導(dǎo)致跟蹤錯誤，為了進(jìn)一步提高目標(biāo)跟蹤算法的準(zhǔn)確性，文中將在目標(biāo)跟蹤中引入新的算法，并對該流程做了系統(tǒng)概述。

關(guān)鍵詞 計算機領(lǐng)域;深度學(xué)習(xí);目標(biāo)跟蹤

本文主要通過基于目標(biāo)檢測的跟蹤算法，將視頻中的每一幀的目標(biāo)檢測出來，并將結(jié)果關(guān)聯(lián)成軌跡，從而確定每個行人目標(biāo)各自的運動軌跡。

基于目標(biāo)檢測的跟蹤分為兩大部分：行人檢測和行人跟蹤，行人檢測利用目標(biāo)檢測算法對視頻序列中的目標(biāo)進(jìn)行自動檢測、確定其位置。行人跟蹤則主要根據(jù)檢測的結(jié)果跟蹤和識別目標(biāo)，精準(zhǔn)地估計目標(biāo)的位置、尺寸和運動軌跡等。但是由于視頻場景存在復(fù)雜的非線性變化，有很大的不確定性 ，例如目標(biāo)遮擋等情況，因此，還引入了行人再識別[1]。

1Yolov3行人檢測算法

目標(biāo)檢測是將圖像中的目標(biāo)與其余區(qū)域分離開，判斷是否存在目標(biāo)，如果存在目標(biāo)則確定目標(biāo)的位置[2]。

Yolov3算法并沒有使用darknet-53的全部層數(shù)，Yolov3網(wǎng)絡(luò)是個全卷積的網(wǎng)絡(luò)，利用大量殘差的跳層相連，而且為了減小池化帶來的梯度負(fù)面效果，直接放棄了池化，用步長為2的卷積進(jìn)行降采樣。同時為了增強算法對小目標(biāo)檢測的精確度，Yolov3融合了FPN算法，在多個尺度的特征圖上做檢測。

采用darknet-53網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Yolov3目標(biāo)檢測算法相對于采用ResNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的Faster rcnn目標(biāo)檢測算法，不僅在分類精度上差不多，計算速度還比Faster rcnn強多了。

2利用DeepSort跟蹤算法的確定行人軌跡

DeepSort跟蹤的思路是現(xiàn)在主要流行的跟蹤思路：基于目標(biāo)檢測的跟蹤。以Yolov3目標(biāo)檢測結(jié)果為DeepSort的輸入：bounding box、confidence、feature 。卷積主要用于篩選出一部分的檢測框;bounding box與feature用于后面與跟蹤器的match計算;首先是預(yù)測模塊，會對跟蹤器使用卡爾曼濾波器進(jìn)行預(yù)測。在這里使用的是卡爾曼濾波器的勻速運動和線性觀測模型（意味著只有四個量且在初始化時會使用檢測器進(jìn)行恒值初始化）。其次是更新模塊，包括匹配，追蹤器更新與特征集更新。在更新模塊的部分，根本的方法還是使用IOU來進(jìn)行匈牙利算法的匹配。圖1是DeepSort對路人進(jìn)行跟蹤的結(jié)果，每一個框的上的數(shù)字都是用來標(biāo)記行人的唯一ID號。

3行人再識別糾正DeepSort算法的行人軌跡

但是利用DeepSort進(jìn)行行人跟蹤會存在如圖1所示的問題：圖中1號人物目標(biāo)和2號人物目標(biāo)相互疊加在一起時，行人檢測無法準(zhǔn)確地確定每個人的位置，所以會導(dǎo)致行人追蹤在二者相互疊加錯開時可能會發(fā)生ID改變（即ID-Switch）。

行人相互疊加遮擋一直是行人檢測和行人追蹤中的一個難題，依據(jù)現(xiàn)有的資料無法從算法上將其解決，所以只能從工程上尋找突破口，繼而打算在行人跟蹤模塊引入行人再識別。

行人再識別的實現(xiàn)思路是先抽取特征在進(jìn)行比對，首先檢索經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)抽取圖片特征，然后底庫中里的所有圖片全部抽取圖片特征，接著將檢索圖與底庫圖中的特征計算距離（例如歐氏距離），最后根據(jù)計算的距離進(jìn)行排序，排序越靠前表示相似率越高。從而改正跟蹤中的一些錯誤。

4結(jié)果展示

行人追蹤能通過行人再識別在一定程度上可以使準(zhǔn)確率提高。行人再識別-跟蹤改正結(jié)果如圖2所示

5結(jié)束語

雖然目標(biāo)跟蹤的方法種類不少，但每一類方法或算法都有其不足，距離實用性還有不少的難題。主要集中于以下幾點：

（1）運動目標(biāo)頻繁變動的干擾

（2）遮擋與陰影問題。

所以，要依據(jù)實際的情況，選擇合適的目標(biāo)跟蹤算法。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳星，李郴.C語言組卷系統(tǒng)中重復(fù)問題研究[J].電腦知識與技術(shù)，2016（1）：214-216.

[2] 任立平. 智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)在民航機場的應(yīng)用研究[J]. 自動化應(yīng)用，2010，47（3）：377-389.

作者簡介

王克（1995-），男，江蘇省徐州市人;學(xué)歷：碩士，現(xiàn)就職單位：沈陽理工大學(xué)，研究方向：大數(shù)據(jù)與智能信息處理技術(shù)。