关于长时目标跟踪算法(long-term tracker)评估指标:追踪精度Pr、召回率Re以及F-Score的理解以及简易C++评估代码实现

本文介绍了长时目标跟踪与短时跟踪的区别,并重点解析了长时跟踪评估指标——追踪精度Pr、召回率Re和F-Score。作者提供了基于传统方法的长时跟踪评估指标的C++简易实现代码,适用于需要丢失再检测能力的跟踪算法评价。

本人初入目标跟踪及图像相关内容,纯小白一只,以下内容如有错误还请指教!

简介

如题,由于目前在做基于传统方法的长时跟踪,仅仅使用ALR(Average Overlap Ratio)或OLR(Overlap Ratio)以及VOT toolkit中的跟踪失败次数进行统计和评估已经不满足需求。

short-term与long-term的区别

如果有同样在做这些的应该知道,长时跟踪相对于短时跟踪最大的区别并不是跟踪时间的长短,其在跟踪序列上最大的区别体现为是否会出现目标被完全遮挡或完全脱离图像,数帧后返回;在tracker上最大的区别体现为是否具有在某些条件下再检测功能(并不一定必须要目标检测严格定义上的检测模块,只需具备一定功能即可,这里tracker分为4类,分别是ST0、ST1、LT0、LT1,不详细说了,有想了解的看一下VOT2018的结果,论文里有讲)

具体的三个评估指标的公式解读与个人理解

这篇文章主要是为了说一下对于长时跟踪的评估指标,因为需要有丢失再检测能力,所以用Overlap显然不能满足要求了,这无法表现出和short-term的区别,所以在“Lukezic, A., Zajc, L.C., Voj´ır, T., Matas, J., Kristan, M.: Now you see me: evaluating performance in long-term visual tracking. CoRR abs/1804.07056 (2018),”这篇文章中定义了3个新的长时跟踪检测指标,分别就是Pr、Re、F-Score。
下面大致说一下我对这个的理解,因为涉及到LaTeX的公式渲染问题,放图片了。
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

评估指标的简易C++实现

evaluation.hpp节选

//用于评估跟踪算法的类,内包含Roi,Pr,Re,F-score的计算
//同时我认为分类阈值$\tau_{\theta}$不应书写在该评估类,在tracker需要用到分类阈值和分类网络计算的结果对比来决定是否二次查找
class Evaluation {
   
   
private:
	double OLRofPr;//追踪精度Pr计算尚未完成时的累加OLR
	double OLRofRe;//回归率Re计算尚未完成时的累加OLR
	unsigned int frameOfPr;//追踪精度Pr计算尚未完成时符合条件的累计帧数,论文中的Np
	unsigned int frameOfRe;//回归率Re计算尚未完成时符合条件的累计帧数,论文中的Ng

public:
	explicit Evaluation(void);//初始化类
	bool initEval(void);//初始化类
	float countOLR(int trackXmin, int trackYmin, int trackXmax, int trackYmax,
		int giveXmin, int giveYmin, int giveXmax, int giveYmax) const;//计算给定区域和跟踪结果的区域重叠率OverlapRate
<think>好的,我需要详细解释LCT目标跟踪算法的原理和实现机制。首先,用户提到了LCT+的相关论文,引用了自适应相关滤波器和短期记忆的概念。我得先回顾一下传统相关滤波跟踪算法,比如MOSSE和KCF,这些方法主要依赖短期特征,可能在目标遮挡或快速运动失效。 LCT算法的核心在于结合短期记忆。期组件负责处理目标的整体运动和外观变化,可能使用更复杂的模型来保持对目标的持续跟踪。而短期组件可能专注于处理突然的变化,比如快速运动或遮挡,通过在线学习来适应这些变化。自适应相关滤波器在这里的作用可能是动态调整滤波器的参数,以适应目标的变化,同减少漂移。 接下来,多模型融合机制部分。LCT可能将期和短期模型的响应图进行加权融合,以提高鲁棒性。比如,在目标未被遮挡期模型的权重较高;而在遮挡发生,短期模型可能更可靠。此外,重检测机制在跟踪失败启动,可能使用全局搜索或关键点匹配来重新定位目标。 实现机制方面,用户提到了Matlab和VLFeat库,这可能涉及到特征提取,比如HOG或颜色特征。OpenCV用于图像处理,而OTB数据集用于评估代码结构可能包括初始化阶段训练期和短期模型,然后在每一帧中提取特征,计算响应图,进行融合,并判断是否需要重检测。 用户的问题还要求生成相关问题,我需要考虑读者可能想深入了解的部分,比如与KCF的区别、如何解决遮挡问题、性能评估指标等。同,需要确保引用正确,比如论文和实现资源的位置。 最后,要检查是否符合格式要求:数学公式用$...$,独立公式用$$...$$,结构清晰,使用中文,并且引用标识正确。确保没有使用Markdown,语言自然,分步骤解释清楚。</think>### LCT目标跟踪算法原理详解 LCT(Long-term Correlation Tracking)是一种结合期记忆机制与相关滤波理论的目标跟踪算法。其核心是通过**多层级特征建模**和**自适应更新策略**解决目标遮挡、形变等挑战[^1]。 #### 一、核心机制分解 1. **双模型结构** - **期组件**:建模目标整体运动轨迹 $$ R_{long} = \sum_{t=1}^{T} \alpha_t \cdot \phi(x_t) \otimes \omega_t $$ 其中$\phi(x_t)$为深度特征,$\alpha_t$为间衰减因子 - **短期组件**:捕捉局部细节变化 $$ R_{short} = \beta \cdot \mathcal{F}^{-1}(\hat{k}_{xz} \odot \hat{y}^*) $$ 使用核相关滤波(kernelized correlation filter)实现快速定位[^2] 2. **自适应融合模块** 动态加权融合两个模型的响应图: $$ R_{final} = \gamma \cdot R_{long} + (1-\gamma) \cdot R_{short} $$ 权重$\gamma$根据目标可见性估计值自动调整 #### 二、关键技术实现 1. **在线检测器** - 采用随机蕨分类器(random fern classifier) - 每帧更新正负样本集:$S_{update} = \{ (p_i,y_i) | y_i \in \{0,1\} \}$ - 解决完全遮挡后的重定位问题 2. **尺度估计机制** 通过多分辨率搜索确定目标大小: ```matlab % 代码片段(来自LCT-tracker) for scale = 1:-0.1:0.6 patch = get_scale_subwindow(img, pos, scale); response = fft2(patch) .* hanning_window; max_response = max(response(:)); if max_response > best_score best_scale = scale; end end ``` 3. **模型更新策略** - 期模型:固定间隔更新(每5帧) - 短期模型:连续自适应更新 - 使用动量更新法:$w_t = \eta w_{t-1} + (1-\eta)w_{new}$ #### 三、算法流程图解 ``` 初始化目标区域 ↓ 提取HOG+CN特征 ↓ 训练初始相关滤波器 ↓ 循环执行─────────────────────┐ ├→ 提取候选区域特征 │ ├→ 计算期/短期响应图 │ ├→ 自适应融合定位目标 │ ├→ 判断遮挡条件 → 触发重检测 │ └→ 选择性更新模型参数 ←──────┘ ```
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