目标跟踪算法分类

依据运动目标的表达和相似性度量，运动目标跟踪算法可以分为四类：基于主动轮廓的跟踪、基于特征的跟踪、基于区域的跟踪和基于模型的跟踪。跟踪算法的精度和鲁棒性很大程度上取决于对运动目标的表达和相似性度量的定义，跟踪算法的实时性取决于匹配搜索策略和滤波预测算法。

1、基于主动轮廓的跟踪

Kass等人提出的主动轮廓模型，即Snake模型，是在图像域内定义的可变形曲线，通过对其能量函数的最小化，动态轮廓逐步调整自身形状与目标轮廓相一致，该可变形曲线又称为Snake曲线。Snake技术可以处理任意形状物体的任意形变，首先将分割得到的物体边界作为跟踪的初始模板然后确定表征物体真实边界的目标函数，并通过降低目标函数值，使初始轮廓逐渐向物体的真实边界移动。

基于主动轮廓跟踪的优点是不但考虑来自图像的灰度信息，而且考虑整体轮廓的几何信息，增强了跟踪的可靠性。由于跟踪过程实际上是解的寻优过程，带来的计算量比较大，而且由于 Snake模型的盲目性，对于快速运动的物体或者形变较大的情况，跟踪效果不够理想。

2、基于特征的跟踪

基于特征匹配的跟踪方法不考虑运动目标的整体特征，只通过目标图像的一些显著特征来进行跟踪。假定运动目标可以由惟一的特征集合表达，搜索到该相应的特征集合就认为跟踪上了运动目标。除了用单一的特征来实现跟踪外，还可以采用多个特征信息融合在一起作为跟踪特征。基于特征的跟踪主要包括特征提取和特征匹配两个方面。

(1)特征提取

特征提取是指从景物的原始图像中提取图像的描绘特征，理想的图像特征应具备的特点是：

 a)特征应具有直观意义，符合人们的视觉特性;

b)特征应具备较好的分类能力，能够区分不同的图像内容;

c)特征计算应该相对简单，以便于快速识别;

d)特征应具备图像平移、旋转、尺度变化等不变性。

目标跟踪中常用的运动目标的特征主要包括颜色、纹理、边缘、块特征、光流特征、周长、面积、质心、角点等。提取对尺度伸缩、形变和亮度变化不敏感的有效特征至今仍是图像处理研究领域中一个比较活跃的方面。

(2)特征匹配

特征提取的目的是进行帧间目标特征的匹配，并以最优匹配来跟踪目标。常见的基于特征匹配的跟踪算法有基于二值化目标图像匹配的跟踪、基于边缘特征匹配或角点特征匹配的跟踪、基于目标灰度特征匹配的跟踪、基于目标颜色特征匹配的跟踪等。

基于特征的跟踪算法的优点在于对运动目标的尺度、形变和亮度等变化不敏感，即使目标的某一部分被遮挡，只要还有一部分特征可以被看到，就可以完成跟踪任务；另外，这种方法与 Kalman滤波器联合使用，也具有很好的跟踪效果。但是其对于图像模糊、噪声等比较敏感，图像特征的提取效果也依赖于各种提取算子及其参数的设置，此外，连续帧间的特征对应关系也较难确定，尤其是当每一帧图像的特征数目不一致、存在漏检、特征增加或减少等情况。

3、基于区域的跟踪

基于区域的跟踪算法基本思想是：

 a)得到包含目标的模板，该模板可通过图像分割获得或预先人为确定，模板通常为略大于目标的矩形，也可为不规则形状;

b)在序列图像中，运用相关算法跟踪目标。

这种算法的优点在于当目标未被遮挡时，跟踪精度非常高、跟踪非常稳定。但其缺点首先是费时，当搜索区域较大时情况尤其严重;其次，算法要求目标变形不大，且不能有太大遮挡，否则相关精度下降会造成目标的丢失。近年来，对基于区域的跟踪方法关注较多的是如何处理模板变化时的情况，这种变化是由运动目标姿态变化引起的，如果能正确预测目标的姿态变化，则可实现稳定跟踪。

4、基于模型的跟踪

基于模型的跟踪是通过一定的先验知识对所跟踪目标建立模型，然后通过匹配跟踪目标进行模型的实时更新。对于刚体目标来说，其运动状态变换主要是平移、旋转等，可以利用该方法实现目标跟踪。但是实际应用中跟踪的不仅仅是刚体，还有一大部分是非刚体，目标确切的几何模型不容易得到。

这种方法不易受观测视角的影响，具有较强的鲁棒性，模型匹配跟踪精度高，适合于机动目标的各种运动变化，抗干扰能力强，但由于计算分析复杂、运算速度慢，模型的更新较为复杂，实时性较差。准确建立运动模型是模型匹配能否成功的关键

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作者：EasonApp

来源：CSDN

原文：https://blog.csdn.net/app_12062011/article/details/48436959

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