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     bool m_visual_debug {false};
  52     const bool m_use_scale {true};
  53     const bool m_use_color {true};
  54     const bool m_use_subpixel_localization {true};
  55     const bool m_use_subgrid_scale {true};
  56     const bool m_use_cnfeat {true};
  57     const bool m_use_linearkernel {false};
  58     const int p_cell_size = 4;            //4 for hog (= bin_size)
  59
  60     /*
  61     padding             ... extra area surrounding the target           (1.5)
  62     kernel_sigma        ... gaussian kernel bandwidth                   (0.5)
  63     lambda              ... regularization                              (1e-4)
  64     interp_factor       ... linear interpolation factor for adaptation  (0.02)
  65     output_sigma_factor ... spatial bandwidth (proportional to target)  (0.1)
  66     cell_size           ... hog cell size                               (4)
  67     */
  68     KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size);
  69     KCF_Tracker();
  70     ~KCF_Tracker();
  71
  72     // Init/re-init methods
  73     void init(cv::Mat & img, const cv::Rect & bbox, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
  74     void setTrackerPose(BBox_c & bbox, cv::Mat & img, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
  75     void updateTrackerPosition(BBox_c & bbox);
  76
  77     // frame-to-frame object tracking
  78     void track(cv::Mat & img);
  79     BBox_c getBBox();
  80     double getFilterResponse() const; // Measure of tracking accuracy
  81
  82 private:
  83     Fft &fft;
  84
  85     // Initial pose of tracked object in internal image coordinates
  86     // (scaled by p_downscale_factor if p_resize_image)
  87     BBox_c p_init_pose;
  88
  89     // Information to calculate current pose of the tracked object
  90     cv::Point2d p_current_center;
  91     double p_current_scale = 1.;
  92
  93     double max_response = -1.;
  94
  95     bool p_resize_image = false;
  96
  97     const double p_downscale_factor = 0.5;
  98     const double p_floating_error = 0.0001;
  99
 100     const double p_padding = 1.5;
 101     const double p_output_sigma_factor = 0.1;
 102     double p_output_sigma;
 103     const double p_kernel_sigma = 0.5;    //def = 0.5
 104     const double p_lambda = 1e-4;         //regularization in learning step
 105     const double p_interp_factor = 0.02;  //def = 0.02, linear interpolation factor for adaptation
 106     cv::Size p_windows_size;              // size of the patch to find the tracked object in
 107     cv::Size fit_size;                    // size to which rescale the patch for better FFT performance
 108
 109     const uint p_num_scales = m_use_scale ? 7 : 1;
 110     const double p_scale_step = 1.02;
 111     double p_min_max_scale[2];
 112     std::vector<double> p_scales;
 113
 114     const uint p_num_angles = 1;
 115     const int p_angle_step = 10;
 116     std::vector<double> p_angles = {0};
 117
 118     const int p_num_of_feats = 31 + (m_use_color ? 3 : 0) + (m_use_cnfeat ? 10 : 0);
 119     cv::Size feature_size;
 120
 121     Kcf_Tracker_Private &d;
 122
 123     class Model {
 124         uint height, width, n_feats;
 125     public:
 126         ComplexMat yf {height, width, 1};
 127         ComplexMat model_alphaf {height, width, 1};
 128         ComplexMat model_alphaf_num {height, width, 1};
 129         ComplexMat model_alphaf_den {height, width, 1};
 130         ComplexMat model_xf {height, width, n_feats};
 131         ComplexMat xf {height, width, n_feats};
 132
 133         Model(cv::Size freq_size, uint _n_feats) : height(freq_size.height), width(freq_size.width), n_feats(_n_feats) {}
 134     };
 135
 136     std::unique_ptr<Model> model;
 137
 138     class GaussianCorrelation {
 139       public:
 140         GaussianCorrelation(uint num_scales, uint num_feats, cv::Size size)
 141             : xf_sqr_norm(num_scales)
 142             , xyf(Fft::freq_size(size), num_feats, num_scales)
 143             , ifft_res(num_scales, size)
 144             , k(num_scales, size)
 145         {}
 146         void operator()(ComplexMat &result, const ComplexMat &xf, const ComplexMat &yf, double sigma, bool auto_correlation, const KCF_Tracker &kcf);
 147
 148       private:
 149         DynMem xf_sqr_norm;
 150         DynMem yf_sqr_norm{1};
 151         ComplexMat xyf;
 152         MatScales ifft_res;
 153         MatScales k;
 154     };
 155
 156
 157     //helping functions
 158     void scale_track(ThreadCtx &vars, cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 159     cv::Mat get_subwindow(const cv::Mat &input, int cx, int cy, int size_x, int size_y) const;
 160     cv::Mat gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2);
 161     std::unique_ptr<GaussianCorrelation> gaussian_correlation;
 162     cv::Mat circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot) const;
 163     cv::Mat cosine_window_function(int dim1, int dim2);
 164     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;
 165     cv::Point2f sub_pixel_peak(cv::Point &max_loc, cv::Mat &response) const;
 166     double sub_grid_scale(uint index);
 167     void resizeImgs(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
 168     void train(cv::Mat input_rgb, cv::Mat input_gray, double interp_factor);
 169     double findMaxReponse(uint &max_idx, cv::Point2d &new_location) const;
 170 };
 171
 172 #endif //KCF_HEADER_6565467831231