
兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (2): 240284-.doi: 10.12382/bgxb.2024.0284
收稿日期:2024-04-15
上线日期:2025-02-28
通讯作者:
基金资助:
YANG Xuqi1,2, TAN Qifan3,*(
), SU Hang2,4, TAN Hao2
Received:2024-04-15
Online:2025-02-28
摘要:
为解决无人机制导中跟踪目标尺度变化大、外形变化大、推理速度慢、数据集缺失的问题,提出了一种面向无人机视觉制导的自适应目标跟踪方法。自适应搜索区域机制通过分析制导过程调整搜索区域解决尺度变化快的问题;自适应模板更新机制通过更新模板特征解决外形变化大的问题。此外,该方法在骨干网络引入FasterNet Block,在跟踪头引入无锚机制,减少推理的时间。最后,构建并公开了一个包含12个制导视频的测试数据集 Guidance UAV以评估算法在视觉制导中的性能。实验结果表明,该方法不仅在通用无人机跟踪数据集 UAV123 上适用,而且在 Guidance UAV 上实现了最先进的性能,同时在机载设备Jetson Xavier NX 上保持15f/s的速度。室内无人机制导打击实验证明了算法的有效性。
杨绪祺, 谭启凡, 苏航, 谭浩. 面向无人机视觉制导的自适应目标跟踪方法[J]. 兵工学报, 2025, 46(2): 240284-.
YANG Xuqi, TAN Qifan, SU Hang, TAN Hao. Guidance-Tracker:An Adaptive UAV Siamese Tracker for Visual Guidance[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(2): 240284-.
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 初始高度 | 20~100m |
| 飞行速度 | 5~40m/s |
| 图像尺寸 | 1152*720 |
| 数据数量 | 2015 |
| 有遮挡段数 | 4 |
| 无目标段数 | 2 |
| 视频帧率 | 30f/s |
表1 Guidance UAV测试数据集
Table 1 Guidance UAV dataset
| 参数 | 数值 |
|---|---|
| 初始高度 | 20~100m |
| 飞行速度 | 5~40m/s |
| 图像尺寸 | 1152*720 |
| 数据数量 | 2015 |
| 有遮挡段数 | 4 |
| 无目标段数 | 2 |
| 视频帧率 | 30f/s |
| 算法 | 来源 | Guidance UAV | UAV 123 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| IOU100 | IOU20 | EOA_A | 成功率 | 精度 | ||
| KCF[ | TPAMI2014 | 24.73 | 14.59 | 34.11 | 52.17 | 65.52 |
| SiamRPN[ | CVPR2018 | 37.17 | 27.46 | 44.91 | 64.32 | 75.98 |
| DasiamRPN[ | ECCV2018 | 33.34 | 17.22 | 43.66 | 66.11 | 77.53 |
| SiamRPN++[ | CVPR2019 | 43.26 | 35.72 | 48.87 | 69.62 | 83.14 |
| SiamFC++[ | AAAI2020 | 33.09 | 19.20 | 41.68 | 65.61 | 71.34 |
| SiamCAR[ | CVPR2020 | 38.85 | 31.53 | 45.12 | 68.04 | 78.08 |
| SiamBAN[ | CVPR2020 | 41.90 | 33.77 | 42.67 | 69.48 | 83.17 |
| TCTrack[ | CVPR2022 | 47.37 | 37.41 | 50.82 | 71.18 | 86.77 |
| Guidance | Ours | 49.24 | 40.83 | 51.24 | 67.72 | 83.34 |
表2 对比试验结果
Table 2 The results of comparative experiment
| 算法 | 来源 | Guidance UAV | UAV 123 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| IOU100 | IOU20 | EOA_A | 成功率 | 精度 | ||
| KCF[ | TPAMI2014 | 24.73 | 14.59 | 34.11 | 52.17 | 65.52 |
| SiamRPN[ | CVPR2018 | 37.17 | 27.46 | 44.91 | 64.32 | 75.98 |
| DasiamRPN[ | ECCV2018 | 33.34 | 17.22 | 43.66 | 66.11 | 77.53 |
| SiamRPN++[ | CVPR2019 | 43.26 | 35.72 | 48.87 | 69.62 | 83.14 |
| SiamFC++[ | AAAI2020 | 33.09 | 19.20 | 41.68 | 65.61 | 71.34 |
| SiamCAR[ | CVPR2020 | 38.85 | 31.53 | 45.12 | 68.04 | 78.08 |
| SiamBAN[ | CVPR2020 | 41.90 | 33.77 | 42.67 | 69.48 | 83.17 |
| TCTrack[ | CVPR2022 | 47.37 | 37.41 | 50.82 | 71.18 | 86.77 |
| Guidance | Ours | 49.24 | 40.83 | 51.24 | 67.72 | 83.34 |
| Backbone | 搜索 | 模板 | IOU100 | IOU20 | EAO_A | 推理速度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alexnet | 33.09 | 19.20 | 41.68 | 11.2 | ||
| Fastnet Block | 35.11 | 21.76 | 44.51 | 17.3 | ||
| √ | 44.81 | 35.46 | 48.63 | 16.5 | ||
| √ | 41.22 | 29.09 | 46.31 | 15.7 | ||
| √ | √ | 49.24 | 40.83 | 51.24 | 15.1 |
表3 比较两种自适应方法对跟踪性能的影响
Table 3 The influences of two adaptive methods on tracking performance
| Backbone | 搜索 | 模板 | IOU100 | IOU20 | EAO_A | 推理速度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alexnet | 33.09 | 19.20 | 41.68 | 11.2 | ||
| Fastnet Block | 35.11 | 21.76 | 44.51 | 17.3 | ||
| √ | 44.81 | 35.46 | 48.63 | 16.5 | ||
| √ | 41.22 | 29.09 | 46.31 | 15.7 | ||
| √ | √ | 49.24 | 40.83 | 51.24 | 15.1 |
| 算法 | 飞行速度/(m·s-1) | 总次数 | 成功次数 |
|---|---|---|---|
| SiamRPN | 2 | 4 | 3 |
| 3 | 4 | 2 | |
| SiamFC++ | 2 | 4 | 2 |
| 3 | 4 | 1 | |
| TCTrack | 2 | 4 | 0 |
| Ours | 2 | 4 | 4 |
| 3 | 4 | 4 | |
| 4 | 4 | 4 |
表4 不同跟踪算法在室内制导实验的结果
Table 4 Results of indoor guidance experiments using different tracking algorithms
| 算法 | 飞行速度/(m·s-1) | 总次数 | 成功次数 |
|---|---|---|---|
| SiamRPN | 2 | 4 | 3 |
| 3 | 4 | 2 | |
| SiamFC++ | 2 | 4 | 2 |
| 3 | 4 | 1 | |
| TCTrack | 2 | 4 | 0 |
| Ours | 2 | 4 | 4 |
| 3 | 4 | 4 | |
| 4 | 4 | 4 |
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doi: 10.1109/TPAMI.2014.2345390 pmid: 26353263 |
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doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2021.09.015 |
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