src/kcf.h

   1 #ifndef KCF_HEADER_6565467831231
   2 #define KCF_HEADER_6565467831231
   3
   4 #include <opencv2/opencv.hpp>
   5 #include <vector>
   6 #include <memory>
   7 #include "fhog.hpp"
   8
   9 #ifdef CUFFT
  10 #include "complexmat.cuh"
  11 #include "cuda_functions.cuh"
  12 #include "cuda_error_check.hpp"
  13 #include <cuda_runtime.h>
  14 #else
  15 #include "complexmat.hpp"
  16 #endif
  17
  18 #include "cnfeat.hpp"
  19 #include "fft.h"
  20 #include "pragmas.h"
  21
  22 class Kcf_Tracker_Private;
  23 struct ThreadCtx;
  24
  25 struct BBox_c
  26 {
  27     double cx, cy, w, h;
  28
  29     inline cv::Point2d center() const { return cv::Point2d(cx, cy); }
  30
  31     inline void scale(double factor)
  32     {
  33         cx *= factor;
  34         cy *= factor;
  35         w  *= factor;
  36         h  *= factor;
  37     }
  38
  39     inline cv::Rect get_rect()
  40     {
  41         return cv::Rect(int(cx-w/2.), int(cy-h/2.), int(w), int(h));
  42     }
  43
  44 };
  45
  46 class KCF_Tracker
  47 {
  48     friend ThreadCtx;
  49 public:
  50     bool m_debug     {false};
  51     const bool m_use_scale {true};
  52     const bool m_use_color {true};
  53     const bool m_use_subpixel_localization {true};
  54     const bool m_use_subgrid_scale {true};
  55     const bool m_use_cnfeat {true};
  56     const bool m_use_linearkernel {false};
  57     const int p_cell_size = 4;            //4 for hog (= bin_size)
  58
  59     /*
  60     padding             ... extra area surrounding the target           (1.5)
  61     kernel_sigma        ... gaussian kernel bandwidth                   (0.5)
  62     lambda              ... regularization                              (1e-4)
  63     interp_factor       ... linear interpolation factor for adaptation  (0.02)
  64     output_sigma_factor ... spatial bandwidth (proportional to target)  (0.1)
  65     cell_size           ... hog cell size                               (4)
  66     */
  67     KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size);
  68     KCF_Tracker();
  69     ~KCF_Tracker();
  70
  71     // Init/re-init methods
  72     void init(cv::Mat & img, const cv::Rect & bbox, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
  73     void setTrackerPose(BBox_c & bbox, cv::Mat & img, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
  74     void updateTrackerPosition(BBox_c & bbox);
  75
  76     // frame-to-frame object tracking
  77     void track(cv::Mat & img);
  78     BBox_c getBBox();
  79     double getFilterResponse() const; // Measure of tracking accuracy
  80
  81 private:
  82     Fft &fft;
  83
  84     // Initial pose of tracked object in internal image coordinates
  85     // (scaled by p_downscale_factor if p_resize_image)
  86     BBox_c p_init_pose;
  87
  88     // Information to calculate current pose of the tracked object
  89     cv::Point2d p_current_center;
  90     double p_current_scale = 1.;
  91
  92     double max_response = -1.;
  93
  94     bool p_resize_image = false;
  95
  96     const double p_downscale_factor = 0.5;
  97     const double p_floating_error = 0.0001;
  98
  99     const double p_padding = 1.5;
 100     const double p_output_sigma_factor = 0.1;
 101     double p_output_sigma;
 102     const double p_kernel_sigma = 0.5;    //def = 0.5
 103     const double p_lambda = 1e-4;         //regularization in learning step
 104     const double p_interp_factor = 0.02;  //def = 0.02, linear interpolation factor for adaptation
 105     cv::Size p_windows_size;              // size of the patch to find the tracked object in
 106     cv::Size fit_size;                    // size to which rescale the patch for better FFT performance
 107
 108     const uint p_num_scales = m_use_scale ? 7 : 1;
 109     const double p_scale_step = 1.02;
 110     double p_min_max_scale[2];
 111     std::vector<double> p_scales;
 112
 113     const uint p_num_angles = 1;
 114     const int p_angle_step = 10;
 115     std::vector<double> p_angles = {0};
 116
 117     const int p_num_of_feats = 31 + (m_use_color ? 3 : 0) + (m_use_cnfeat ? 10 : 0);
 118     cv::Size feature_size;
 119
 120     Kcf_Tracker_Private &d;
 121
 122     //model
 123     ComplexMat p_yf;
 124     ComplexMat p_model_alphaf;
 125     ComplexMat p_model_alphaf_num;
 126     ComplexMat p_model_alphaf_den;
 127     ComplexMat p_model_xf;
 128     ComplexMat p_xf;
 129
 130     class GaussianCorrelation {
 131       public:
 132         GaussianCorrelation(uint num_scales, cv::Size size)
 133             : xf_sqr_norm(num_scales)
 134             , xyf(Fft::freq_size(size), 1, num_scales)
 135             , ifft_res(num_scales, size)
 136             , k(num_scales, size)
 137         {}
 138         void operator()(ComplexMat &result, const ComplexMat &xf, const ComplexMat &yf, double sigma, bool auto_correlation, const KCF_Tracker &kcf);
 139
 140       private:
 141         DynMem xf_sqr_norm;
 142         DynMem yf_sqr_norm{1};
 143         ComplexMat xyf;
 144         MatScales ifft_res;
 145         MatScales k;
 146     };
 147
 148     //helping functions
 149     void scale_track(ThreadCtx &vars, cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 150     cv::Mat get_subwindow(const cv::Mat &input, int cx, int cy, int size_x, int size_y) const;
 151     cv::Mat gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2);
 152     std::unique_ptr<GaussianCorrelation> gaussian_correlation;
 153     cv::Mat circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot);
 154     cv::Mat cosine_window_function(int dim1, int dim2);
 155     cv::Mat get_features(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray, int cx, int cy, int size_x, int size_y, double scale) const;
 156     cv::Point2f sub_pixel_peak(cv::Point &max_loc, cv::Mat &response) const;
 157     double sub_grid_scale(uint index);
 158     void resizeImgs(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 159     void train(cv::Mat input_rgb, cv::Mat input_gray, double interp_factor);
 160     double findMaxReponse(uint &max_idx, cv::Point2d &new_location) const;
 161 };
 162
 163 #endif //KCF_HEADER_6565467831231