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 void scale(double factor)
  30     {
  31         cx *= factor;
  32         cy *= factor;
  33         w  *= factor;
  34         h  *= factor;
  35     }
  36
  37     inline void scale_x(double factor)
  38     {
  39         cx *= factor;
  40         w  *= factor;
  41     }
  42
  43     inline void scale_y(double factor)
  44     {
  45         cy *= factor;
  46         h  *= factor;
  47     }
  48
  49     inline cv::Rect get_rect()
  50     {
  51         return cv::Rect(int(cx-w/2.), int(cy-h/2.), int(w), int(h));
  52     }
  53
  54 };
  55
  56 class KCF_Tracker
  57 {
  58     friend ThreadCtx;
  59 public:
  60     bool m_debug     {false};
  61     const bool m_use_scale {true};
  62     const bool m_use_color {true};
  63     const bool m_use_subpixel_localization {true};
  64     const bool m_use_subgrid_scale {true};
  65     const bool m_use_cnfeat {true};
  66     const bool m_use_linearkernel {false};
  67
  68     /*
  69     padding             ... extra area surrounding the target           (1.5)
  70     kernel_sigma        ... gaussian kernel bandwidth                   (0.5)
  71     lambda              ... regularization                              (1e-4)
  72     interp_factor       ... linear interpolation factor for adaptation  (0.02)
  73     output_sigma_factor ... spatial bandwidth (proportional to target)  (0.1)
  74     cell_size           ... hog cell size                               (4)
  75     */
  76     KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size);
  77     KCF_Tracker();
  78     ~KCF_Tracker();
  79
  80     // Init/re-init methods
  81     void init(cv::Mat & img, const cv::Rect & bbox, int fit_size_x, int fit_size_y);
  82     void setTrackerPose(BBox_c & bbox, cv::Mat & img, int fit_size_x, int fit_size_y);
  83     void updateTrackerPosition(BBox_c & bbox);
  84
  85     // frame-to-frame object tracking
  86     void track(cv::Mat & img);
  87     BBox_c getBBox();
  88     double getFilterResponse() const; // Measure of tracking accuracy
  89
  90 private:
  91     Fft &fft;
  92
  93     BBox_c p_pose;
  94     double max_response = -1.;
  95
  96     bool p_resize_image = false;
  97     bool p_fit_to_pw2 = false;
  98
  99     const double p_downscale_factor = 0.5;
 100     double p_scale_factor_x = 1;
 101     double p_scale_factor_y = 1;
 102     const double p_floating_error = 0.0001;
 103
 104     const double p_padding = 1.5;
 105     const double p_output_sigma_factor = 0.1;
 106     double p_output_sigma;
 107     const double p_kernel_sigma = 0.5;    //def = 0.5
 108     const double p_lambda = 1e-4;         //regularization in learning step
 109     const double p_interp_factor = 0.02;  //def = 0.02, linear interpolation factor for adaptation
 110     const int p_cell_size = 4;            //4 for hog (= bin_size)
 111     cv::Size p_windows_size;
 112
 113     const uint p_num_scales = m_use_scale ? 7 : 1;
 114     const double p_scale_step = 1.02;
 115     double p_current_scale = 1.;
 116     double p_min_max_scale[2];
 117     std::vector<double> p_scales;
 118
 119     const uint p_num_angles = 1;
 120     const int p_angle_step = 10;
 121     std::vector<double> p_angles = {0};
 122
 123     const int p_num_of_feats = 31 + (m_use_color ? 3 : 0) + (m_use_cnfeat ? 10 : 0);
 124     cv::Size p_roi;
 125
 126     Kcf_Tracker_Private &d;
 127
 128     //model
 129     ComplexMat p_yf;
 130     ComplexMat p_model_alphaf;
 131     ComplexMat p_model_alphaf_num;
 132     ComplexMat p_model_alphaf_den;
 133     ComplexMat p_model_xf;
 134     ComplexMat p_xf;
 135
 136     class GaussianCorrelation {
 137       public:
 138         GaussianCorrelation(uint num_scales, cv::Size size)
 139             : xf_sqr_norm(num_scales)
 140             , xyf(Fft::freq_size(size), 1, num_scales)
 141             , ifft_res(num_scales, size)
 142             , k(num_scales, size)
 143         {}
 144         void operator()(ComplexMat &result, const ComplexMat &xf, const ComplexMat &yf, double sigma, bool auto_correlation, const KCF_Tracker &kcf);
 145
 146       private:
 147         DynMem xf_sqr_norm;
 148         DynMem yf_sqr_norm{1};
 149         ComplexMat xyf;
 150         MatScales ifft_res;
 151         MatScales k;
 152     };
 153
 154     //helping functions
 155     void scale_track(ThreadCtx &vars, cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 156     cv::Mat get_subwindow(const cv::Mat &input, int cx, int cy, int size_x, int size_y) const;
 157     cv::Mat gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2);
 158     std::unique_ptr<GaussianCorrelation> gaussian_correlation;
 159     cv::Mat circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot);
 160     cv::Mat cosine_window_function(int dim1, int dim2);
 161     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;
 162     cv::Point2f sub_pixel_peak(cv::Point &max_loc, cv::Mat &response) const;
 163     double sub_grid_scale(uint index);
 164     void resizeImgs(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 165     void train(cv::Mat input_rgb, cv::Mat input_gray, double interp_factor);
 166     double findMaxReponse(uint &max_idx, cv::Point2f &new_location) const;
 167 };
 168
 169 #endif //KCF_HEADER_6565467831231