隨著全球反恐形勢的不斷加劇和以自動駕駛為主要代錶的新交通係統的興起,選擇視頻序列中的行人作為主要視覺對象的行人檢測和跟蹤是智能安防、智能交通、自動化等係統中的一項關鍵技術。本書從行人目標的稀疏特性著手,從有效描述行人目標的特徵、增強外觀模型的區分度和對行人形態變化進行部件建模等方麵進行瞭深入研究,利用深度學習等新方法,提齣瞭用於行人檢測的深度通道特徵、多類彆判彆式字典學習方法和基於多分量可變形部件模型的行人跟蹤方法。
劉釗,男,1981年生,博士,講師,中共黨員。現就職於中國人民公安大學,任網絡空間安全與法製協同創新中心研究員。2006年畢業於比利時魯汶大學,獲生物信息學碩士學位;2017年畢業於北京理工大學,獲計算機應用技術博士學位。在國際刊物和會議發錶數篇論文,主要研究方嚮為人工智能、模式識彆和計算機視覺。
第一章行人檢測與行人跟蹤研究現狀
第二章基於深度通道特徵的行人檢測
第三章基於字典學習的行人跟蹤方法
第四章基於多分量可變部件模型的行人跟蹤
第五章結論與展望
第一節研究的目的和意義
視覺目標檢測(VisualObjectDetection),是根據目標的特徵,利用最優化、機器學習等技術,檢測齣圖像中目標所在的位置。視覺目標跟蹤(VisualObjectTracking),是在圖像序列中,根據視頻信息的空間關聯性和時間相關性等信息,逐幀估計齣目標所在的位置。目標可以是單一確定的,也可以是多個或者一類相同或者相似的目標。目標檢測和目標跟蹤得到目標參數,如目標的位置、外觀、運動規律等,是計算機視覺應用中最重要的底層信息之一,其準確性和時效性決定瞭智能視頻係統各種功能的實現。YilmazA,JavedO,ShahM�監bjecttracking:asurvey�盇CMComput�盨urv��,2006,38(4):13.
隨著全球反恐形勢的不斷加劇和以自動駕駛為主要代錶的新交通係統的興起,選擇視頻序列中的行人作為主要視覺對象的行人檢測和跟蹤(PedestrianDetectionandTracking),是智能安防、智能交通、自動化等係統中的一項關鍵技術。有效的行人檢測和跟蹤方法對推動計算機視覺、人工智能、模式識彆等領域的發展有重要意義,對於減少人力成本、避免交通事故、防範恐怖襲擊、打擊犯罪等也具有廣泛的應用前景。
第一章行人檢測與行人跟蹤研究現狀|0||0|反恐背景下的信息技術革新研究:以視頻序列中的行人檢測與跟蹤為例◆第二節國內外研究現狀和發展趨勢◆
行人檢測算法主要包含行人錶現建模和目標定位兩部分。其中錶現建模主要描述行人的視覺特徵,如顔色、紋理、部件等,以及如何度量視覺特徵之間的相似度和區分度;目標定位主要通過分類器等對行人所在的位置進行標定。SolichinA,HarjokoA,EkoA�盇surveyofpedestriandetectioninvideo�盜nternationalJournalofAdvancedComputerScienceandApplications,2014,5(10):41-47.
行人跟蹤算法主要包含目標初始化、錶現建模、運動描述和目標定位四部分。其中,目標初始化采用手工標注或自動檢測算法確定行人的初始跟蹤位置;錶現建模同樣描述行人的視覺特徵,如顔色、紋理、部件等,以及如何度量視覺特徵之間的相似度和區分度;運動描述采用某種運動估計策略如綫性迴歸、EllisL,DowsonN,MatasJ,etal�盠inearregressionandadaptiveappearancemodelsforfastsimultaneousmodellingandtracking�盜nternationalJournalofComputerVision,2011,95(2):154-179.粒子濾波IsardM,BlakeA�盋ondensation-conditionaldensitypropagationforvisualtracking�盜nternationaljournalofcomputervision,1998,29(1):5-28.等對目標的運動進行估算,推斷目標可能的位置;目標定位在目標可能的位置上,利用最優化策略等確定目標最終跟蹤位置,實現跟蹤。
影響行人目標檢測和跟蹤精度的因素有很多,主要可分為三大類:首先,是目標外觀的動態變化,一般由目標外形變化、目標或攝像機觀測角度變化、目標所在的場景變化等引起;其次,是遮擋問題,一般是目標被場景中的其他可見目標或背景局部或全部的短時間遮擋,造成目標在視頻序列中的短時間不可見,或目標在圖像中的形態不完整;最後,相似目標、復雜背景等因素容易造成漏檢、錯檢或者錯誤跟蹤。此外,目標檢測與目標跟蹤的復雜性,特彆是以行人為目標時需要考慮的影響因素更製約著目標跟蹤和檢測算法的效率。錶1—1列齣瞭影響目標跟蹤與檢測的8個主要因素。
錶1—1影響目標檢測與跟蹤算法的主要因素
影響因素具體描述IlluminationVariation光照變化ScaleVariation尺度變化Deformation非剛性形變Rotation:In�睵lane同一平麵內鏇轉Rotation:Out�睵lane不同平麵內鏇轉BackgroundClusters背景與目標顔色或紋理等一緻Occlusion目標被部分或者完全遮擋Out�瞣f�瞯iew超齣視野範圍
為瞭剋服相關不利因素,目標檢測和跟蹤領域一直在不斷研究新的方法和技術。BenensonR,OmranM,HosangJ,etal�盩enyearsofpedestriandetection,whathavewelearned?�盠ectureNotesinComputerScience(includingsubseriesLectureNotesinArtificialIntelligenceandLectureNotesinBioinformatics)��2015,8926:613-627.HwangS,ParkJ,KimN,etal�盡ultispectralpedestriandetection:Benchmarkdatasetandbaseline�盤roceedingsoftheIEEEComputerSocietyConferenceonComputerVisionandPatternRecognition��2015,07-12-June:1037-1045.ArthurD�盋,SergiuN�盨emanticchannelsforfastpedestriandetection��2016IEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR),2016:2360-2368.其中,檢測算法從早期的Haar/Adaboost、HOG/SVM等基於特徵和分類器的方法發展起來,近期主要形成瞭基於可變形部件模型的行人檢測、基於神經網絡的檢測和基於特徵融閤的檢測。目標跟蹤算法從最早的基於目標灰度跟蹤,到單純利用目標特徵進行跟蹤的算法,再到特徵提取與機器學習相結閤的跟蹤算法,近期又利用稀疏編碼技術對目標錶現進行建模。所有算法的最終目標都是在有限的計算資源前提下,對目標進行準確的檢測和跟蹤。本書通過對大量目標跟蹤和檢測文獻的綜述,對目標檢測算法和跟蹤算法采用的各種技術、研究現狀進行總結,並對其發展趨勢進行分析。
一、行人檢測研究現狀
行人檢測技術是指計算機在一張圖像或視頻係列裏標示齣行人區域的位置、行人區域所占大小並給齣一定的置信度。行人檢測得到瞭廣泛而深入的研究:從早期的基於HOG/SVM的行人檢測DalalN,TriggsB�盚istogramsoforientedgradientsforhumandetection�盤roceedings-2005IEEEComputerSocietyConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,CVPR2005��2005,I:886-893.到近期的基於行人外觀恒定性和形狀對稱性(AppearanceConstancyandShapeSymmetry)CaoJ,PangY,LiX�盤edestriandetectioninspiredbyappearanceconstancyandshapesymmetry��2016IEEEConferenceonComputerVisionandPatternRecognition(CVPR),2016:1316-1324.的行人檢測算法,對行人檢測算法的研究主要集中在尋找可以提供更高區分度的外觀錶現方式和更好的分類器上。BenensonR,OmranM,HosangJ,etal�盩enyearsofpedestriandetection,whathavewelearned?�盠ectureNotesinComputerScience(includingsubseriesLectureNotesinArtificialIntelligenceandLectureNotesinBioinformatics)��2015,8926:613-627.
(一)基於HOG/SVM的行人檢測
早期比較齣名的行人檢測算法是達拉爾(Dalal)和瑞格期(Triggs)DalalN,TriggsB�盚istogramsoforientedgradientsforhumandetection�盤roceedings-2005IEEEComputerSocietyConferenceonComputerVisionandPatternRecognition,CVPR2005��2005,I:886-893.提齣的基於HistogramsofOrientedGradients(HOG)和SVM的行人檢測及相關的衍生算法。與SIFT類似,HOG也對方嚮梯度進行纍計。與SIFT描述單個興趣點不同的是,HOG將圖像分成聯通的細胞單元(cell),采集細胞單元中像素點的梯度方嚮直方圖,把直方圖組閤起來,形成關於區域的方嚮梯度信息。基於HOG/SVM的行人檢測的主要算法步驟包括:首先,提取正負行人樣本的HOG特徵,並訓練一個SVM分類器,生成初步的檢測器;其次,利用訓練齣的檢測器檢測負樣本,從中得到難例(HardExample);將難例的HOG特徵和最初的特徵一起投入SVM訓練,得到最終檢測器。圖1—1匯總瞭HOG特徵提取和基於HOG和SVM的行人檢測的過程。圖1—1HOG提取過程和基於HOG和SVM的行人檢測
圖1—2為HOG特徵在行人邊緣信息上的錶現:1�蔽�訓練樣本的平均梯度圖;2�蔽�區域內正SVM最大權重;3�蔽�區域內負SVM最大權重;4�蔽�測試樣本;5�蔽�計算得到的R-HOG描述子,(f,g)為正負SVM分彆加權後的R-HOG算子。
圖1—2HOG特徵描述行人邊緣信息
HOG特徵的提齣在行人目標跟蹤和檢測中具有重要作用。HOG特徵和SVM結閤的行人檢測算法提齣後,許多相應的衍生算法圍繞HOG和分類器結閤這一思路,對行人檢測進一步地提高和發展。
……
這本書我還沒來得及細讀,隻是大概翻閱瞭一下目錄和引言,但光是標題就足夠吸引我瞭。“反恐背景下的信息技術革新研究”——這個題目觸及瞭一個極其重要且敏感的領域。在當下全球安全形勢日益嚴峻的背景下,恐怖主義的威脅無處不在,而信息技術作為現代社會的核心驅動力,其在應對和打擊恐怖主義中的作用不言而喻。我非常好奇作者是如何將這兩者聯係起來的,是側重於信息技術如何被恐怖分子利用,還是信息技術如何成為反恐的利器?比如,大數據分析在情報搜集和預警方麵的應用,人工智能在人臉識彆、行為分析等方麵的突破,以及網絡安全技術在防禦網絡攻擊、切斷恐怖分子資金來源方麵的作用,這些都是我非常期待在書中找到答案的方麵。同時,我也希望能看到書中對信息技術在法律、倫理以及國際閤作等方麵帶來的挑戰進行探討,這對於理解這一復雜議題至關重要。
評分這本書的封麵設計非常樸實,沒有花哨的圖飾,隻有清晰的書名和作者信息,這讓我覺得作者一定是對內容本身有著極大的信心。我尤其關注書中關於“革新”這個詞的解讀。信息技術日新月異,反恐的手段也必須隨之進化,否則就容易陷入被動。不知道書中是否有對近年來齣現的一些前沿技術,例如區塊鏈在身份認證和資金追蹤方麵的潛力,或者量子計算在密碼破解和信息加密方麵的突破,在反恐領域的應用前景進行深入的分析。而且,反恐不僅僅是技術層麵的對抗,更涉及到戰略、策略以及人性的博弈。我很好奇作者是如何將信息技術革新置於宏觀的反恐戰略框架之下進行審視的,是否提到瞭技術發展對恐怖組織結構、運作模式以及宣傳方式産生的影響,以及如何通過信息技術革新來優化情報共享、協同作戰等反恐機製。
評分這本書的標題給我一種非常嚴肅和專業的感覺,讓我期待它能夠提供對信息技術在反恐領域應用的深刻洞察。我猜想書中會詳細介紹各種信息技術,例如人工智能、大數據分析、物聯網、5G通信等等,是如何被轉化為反恐的有力武器的。例如,AI在風險評估和早期預警中的作用,大數據分析如何幫助識彆潛在的恐怖分子及其活動模式,物聯網設備如何用於監控和追蹤,以及5G通信如何支持實時數據傳輸和協同作戰。同時,我也希望書中能夠探討信息技術在反恐領域的“雙刃劍”效應,即技術進步在為反恐提供便利的同時,也可能被恐怖分子所利用,從而帶來新的挑戰。不知道作者是否對這些潛在的風險進行瞭深入的剖析,並提齣瞭相應的應對策略。
評分這本書的名字讓我聯想到近些年新聞中經常齣現的各種與反恐相關的信息技術應用案例,比如利用社交媒體追蹤極端分子,利用無人機進行偵察,以及利用加密通信技術阻斷恐怖組織的聯絡。我希望這本書能提供一個係統性的梳理和深入的分析,不僅僅是羅列技術,更要探討這些技術在實際反恐行動中的有效性、局限性以及潛在的風險。特彆是關於數據隱私和公民自由與國傢安全之間的平衡,這是一個非常棘手的問題,也是信息技術在反恐領域應用時繞不開的倫理睏境。不知道書中是否會觸及到這些深層次的探討,或者提齣一些具有建設性的解決方案,這對於製定閤理有效的反恐政策至關重要。
評分拿到這本書,我的第一反應就是它一定會包含大量關於新興技術如何被應用於維護國傢安全的信息。我非常好奇書中是否有關於“暗網”和“深度僞造”(Deepfake)等新興技術對反恐帶來的挑戰的深入分析。這些技術往往難以追蹤,並且可能被用於傳播虛假信息、煽動仇恨,甚至策劃恐怖襲擊。不知道作者是否探討瞭如何利用先進的信息技術來對抗這些新興威脅,例如利用AI進行虛假信息檢測,或者開發更強大的網絡安全工具來追蹤和打擊暗網上的犯罪活動。此外,我也對書中關於國際閤作在信息技術反恐方麵的重要性有所期待,畢竟恐怖主義是跨國界的問題,信息技術的應用也需要跨越國界,實現數據和情報的有效共享。
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