多机单目标跟踪Cross-Drone Transformer Network for Robust Single Object Tracking

本文介绍了一种新型的跨无人机Transformer网络(TransMDOT),应用于视觉物体跟踪任务。通过Self-Attention机制实现多无人机间信息交互和特征融合,解决目标遮挡和消失问题。TransMDOT还包括跨无人机映射机制,协助无人机重新校准跟踪状态,并提出了系统感知指数(SPFI)以评估多无人机跟踪性能。实验显示TransMDOT在单机和多机跟踪上均优于现有先进方法。

1. 摘要

无人机已被广泛用于各种应用,如空中摄影和军事安全,因为与固定摄像机相比,无人机具有高机动性和广阔的视野。多架无人机跟踪系统可以通过收集不同视角的互补视频片段来提供丰富的目标信息,特别是当目标在某些视角下被遮挡或消失时。 然而,在多架无人机视觉追踪中,处理跨无人机信息交互和多架无人机信息融合是一个挑战。最近,Transformer在为视觉追踪自动建模模板和搜索区域之间的关联性方面显示出显著的优势。为了利用其在多架无人机跟踪中的潜力,我们提出了一种新型的跨无人机Transformer网络(TransMDOT),用于视觉物体跟踪任务。Self-Attention机制被用来自动捕捉多个模板和相应搜索区域之间的相关性,以实现多机特征融合。在跟踪过程中,以跟踪状态良好的无人机的周边信息为参考,提出了跨无人机的映射机制,协助失去目标的无人机重新校准,实现了跨无人机的实时信息交互。由于现有的多架无人机评价指标只考虑空间信息而忽略了时间信息,我们进一步提出了一个系统感知指数(SPFI),结合时间和空间信息来评价多架无人机的跟踪状态。在MDOT数据集上的实验证明,TransMDOT在单架无人机性能和多架无人机系统融合性能方面都大大超过了最先进的方法。我们的代码将在https://github.com/cgjacklin/transmdot上提供。

2. 方法

### Global-Local Self-Adaptive Network for Drone-View Object Detection 在计算机视觉领域,无人视角的目标检测面临着诸挑战,例如复杂的背景干扰、尺度目标以及光照变化等问题。为了应对这些挑战,研究人员提出了种创新性的方法,其中全局-局部自适应网络(Global-Local Self-Adaptive Network, GLSAN)是一种专门针对无人视角设计的有效解决方案。 GLSAN的核心思想在于通过融合全局上下文信息和局部特征细节来提升模型的鲁棒性和准确性。具体而言,该网络架构通常由以下几个关键模块组成: #### 1. **全局上下文提取** 全局上下文模块旨在捕获图像中的高层次语义信息,这对于理解场景的整体结构至关重要。这一部分可以通过引入注意力制或空间金字塔池化层实现[^1]。例如,在某些轻量级卷积神经网络的设计中,采用SENet(Squeeze-and-Excitation Networks)作为全局上下文增强元,能够显著提高对复杂环境的理解能力。 #### 2. **局部特征细化** 局部特征细化模块专注于捕捉目标对象的具体形状和纹理特性。这一步骤对于区分相似类别尤其重要。常见的做法是在骨干网络的不同阶段应用不同大小的感受野,从而获取层次的局部特征表示[^2]。此外,还可以利用FPN(Feature Pyramid Network)进一步加强跨尺度特征交互。 #### 3. **自适应融合策略** 为了更好地平衡全局与局部信息之间的贡献比例,GLSAN采用了动态权重调整的方法来进行特征融合。这种方法允许网络根据输入数据的特点自动学习最优组合方式,而不是固定地分配权值[^3]。这种灵活性使得GLSAN能够在样化的应用场景下保持较高的性能表现。 以下是基于PyTorch框架的一个简化版GLSAN实现示例: ```python import torch.nn as nn class GLSAN(nn.Module): def __init__(self): super(GLSAN, self).__init__() # Backbone network (e.g., ResNet or MobileNet) self.backbone = ... # Global context extraction module self.global_context = SEBlock() # Squeeze-and-Excitation Block # Local feature refinement module self.local_refinement = FPN() # Feature Pyramid Network # Adaptive fusion layer self.fusion_layer = AdaptiveFusion() def forward(self, x): features = self.backbone(x) global_features = self.global_context(features) local_features = self.local_refinement(features) fused_output = self.fusion_layer(global_features, local_features) return fused_output ``` 上述代码片段展示了如何构建一个基本的GLSAN模型。需要注意的是,实际部署时可能还需要考虑更工程优化措施,比如量化感知训练或者剪枝技术,以便满足实时性要求的同时降低计算成本。
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