]> rtime.felk.cvut.cz Git - hercules2020/kcf.git/blobdiff - src/kcf.h
Do not allocate and free temporary matrices for every frame
[hercules2020/kcf.git] / src / kcf.h
index 56ecadb02fcd6fb6acb3cf5a95a82f3bbd31a809..349083b03aeb80ec2761858a6a20ca111da1d9e0 100644 (file)
--- a/src/kcf.h
+++ b/src/kcf.h
@@ -3,17 +3,28 @@
 
 #include <opencv2/opencv.hpp>
 #include <vector>
+#include <memory>
 #include "fhog.hpp"
+
 #include "complexmat.hpp"
+#ifdef CUFFT
+#include "cuda_functions.h"
+#include "cuda_error_check.hpp"
+#include <cuda_runtime.h>
+#endif
+
 #include "cnfeat.hpp"
+#include "fft.h"
+#include "pragmas.h"
 
-#if defined(FFTW) && defined(ASYNC)
-#include <mutex>
-#endif //defined(FFTW) && defined(ASYNC)
+class Kcf_Tracker_Private;
+struct ThreadCtx;
 
 struct BBox_c
 {
-    double cx, cy, w, h;
+    double cx, cy, w, h, a;
+
+    inline cv::Point2d center() const { return cv::Point2d(cx, cy); }
 
     inline void scale(double factor)
     {
@@ -25,31 +36,24 @@ struct BBox_c
 
     inline cv::Rect get_rect()
     {
-        return cv::Rect(cx-w/2., cy-h/2., w, h);
+        return cv::Rect(int(cx-w/2.), int(cy-h/2.), int(w), int(h));
     }
 
 };
 
 class KCF_Tracker
 {
+    friend ThreadCtx;
 public:
-    bool m_debug     {false};
-#ifdef OPENCV_CUFFT
-    bool m_use_scale {false};
-    bool m_use_color {false};
-#else //OPENCV_CUFFT
-    bool m_use_scale {true};
-    bool m_use_color {true};
-#endif //OPENCV_CUFFT
-#ifdef ASYNC
-    bool m_use_multithreading {true};
-#else
-    bool m_use_multithreading {false};
-#endif //ASYNC
-    bool m_use_subpixel_localization {true};
-    bool m_use_subgrid_scale {true};
-    bool m_use_cnfeat {true};
-    bool m_use_linearkernel {false};
+    bool m_debug {false};
+    bool m_visual_debug {false};
+    const bool m_use_scale {true};
+    const bool m_use_color {true};
+    const bool m_use_subpixel_localization {true};
+    const bool m_use_subgrid_scale {true};
+    const bool m_use_cnfeat {true};
+    const bool m_use_linearkernel {false};
+    const int p_cell_size = 4;            //4 for hog (= bin_size)
 
     /*
     padding             ... extra area surrounding the target           (1.5)
@@ -59,71 +63,118 @@ public:
     output_sigma_factor ... spatial bandwidth (proportional to target)  (0.1)
     cell_size           ... hog cell size                               (4)
     */
-    KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size) :
-        p_padding(padding), p_output_sigma_factor(output_sigma_factor), p_kernel_sigma(kernel_sigma),
-        p_lambda(lambda), p_interp_factor(interp_factor), p_cell_size(cell_size) {}
-    KCF_Tracker() {}
+    KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size);
+    KCF_Tracker();
+    ~KCF_Tracker();
 
     // Init/re-init methods
-    void init(cv::Mat & img, const cv::Rect & bbox);
-    void setTrackerPose(BBox_c & bbox, cv::Mat & img);
+    void init(cv::Mat & img, const cv::Rect & bbox, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
+    void setTrackerPose(BBox_c & bbox, cv::Mat & img, int fit_size_x = -1, int fit_size_y = -1);
     void updateTrackerPosition(BBox_c & bbox);
 
     // frame-to-frame object tracking
     void track(cv::Mat & img);
     BBox_c getBBox();
+    double getFilterResponse() const; // Measure of tracking accuracy
 
 private:
-    BBox_c p_pose;
+    Fft &fft;
+
+    // Initial pose of tracked object in internal image coordinates
+    // (scaled by p_downscale_factor if p_resize_image)
+    BBox_c p_init_pose;
+
+    // Information to calculate current pose of the tracked object
+    cv::Point2d p_current_center;
+    double p_current_scale = 1.;
+
+    double max_response = -1.;
+
     bool p_resize_image = false;
 
-    bool first = true;
+    const double p_downscale_factor = 0.5;
+    const double p_floating_error = 0.0001;
 
-    double p_padding = 1.5;
-    double p_output_sigma_factor = 0.1;
+    const double p_padding = 1.5;
+    const double p_output_sigma_factor = 0.1;
     double p_output_sigma;
-    double p_kernel_sigma = 0.5;    //def = 0.5
-    double p_lambda = 1e-4;         //regularization in learning step
-    double p_interp_factor = 0.02;  //def = 0.02, linear interpolation factor for adaptation
-    int p_cell_size = 4;            //4 for hog (= bin_size)
-    int p_windows_size[2];
-    cv::Mat p_cos_window;
-    int p_num_scales {7};
-    double p_scale_step = 1.02;
-    double p_current_scale = 1.;
+    const double p_kernel_sigma = 0.5;    //def = 0.5
+    const double p_lambda = 1e-4;         //regularization in learning step
+    const double p_interp_factor = 0.02;  //def = 0.02, linear interpolation factor for adaptation
+    cv::Size p_windows_size;              // size of the patch to find the tracked object in
+    cv::Size fit_size;                    // size to which rescale the patch for better FFT performance
+
+    const uint p_num_scales = m_use_scale ? 7 : 1;
+    const double p_scale_step = 1.02;
     double p_min_max_scale[2];
     std::vector<double> p_scales;
 
-#ifdef OPENCV_CUFFT
-    cv::cuda::GpuMat src_gpu,dst_gpu,p_cos_window_d;
-    cv::cuda::Stream stream;
-#endif //OPENCV_CUFFT
-
-    //model
-    ComplexMat p_yf;
-    ComplexMat p_model_alphaf;
-    ComplexMat p_model_alphaf_num;
-    ComplexMat p_model_alphaf_den;
-    ComplexMat p_model_xf;
-    
-#if defined(FFTW) && defined(ASYNC)
-    std::mutex fftw_mut;
-#endif //defined(FFTW) && defined(ASYNC)
+    const uint p_num_angles = 1;
+    const int p_angle_step = 10;
+    std::vector<double> p_angles = {0};
+
+    const int p_num_of_feats = 31 + (m_use_color ? 3 : 0) + (m_use_cnfeat ? 10 : 0);
+    cv::Size feature_size;
+
+    Kcf_Tracker_Private &d;
+
+    class Model {
+        cv::Size feature_size;
+        uint height, width, n_feats;
+    public:
+        ComplexMat yf {height, width, 1};
+        ComplexMat model_alphaf {height, width, 1};
+        ComplexMat model_alphaf_num {height, width, 1};
+        ComplexMat model_alphaf_den {height, width, 1};
+        ComplexMat model_xf {height, width, n_feats};
+        ComplexMat xf {height, width, n_feats};
+
+        // Temporary variables for trainig
+        MatScaleFeats patch_feats{1, n_feats, feature_size};
+        MatScaleFeats temp{1, n_feats, feature_size};
+
+
+
+        Model(cv::Size feature_size, uint _n_feats)
+            : feature_size(feature_size)
+            , height(Fft::freq_size(feature_size).height)
+            , width(Fft::freq_size(feature_size).width)
+            , n_feats(_n_feats) {}
+    };
+
+    std::unique_ptr<Model> model;
+
+    class GaussianCorrelation {
+      public:
+        GaussianCorrelation(uint num_scales, uint num_feats, cv::Size size)
+            : xf_sqr_norm(num_scales)
+            , xyf(Fft::freq_size(size), num_feats, num_scales)
+            , ifft_res(num_scales, size)
+            , k(num_scales, size)
+        {}
+        void operator()(ComplexMat &result, const ComplexMat &xf, const ComplexMat &yf, double sigma, bool auto_correlation, const KCF_Tracker &kcf);
+
+      private:
+        DynMem xf_sqr_norm;
+        DynMem yf_sqr_norm{1};
+        ComplexMat xyf;
+        MatScales ifft_res;
+        MatScales k;
+    };
 
     //helping functions
-    cv::Mat get_subwindow(const cv::Mat & input, int cx, int cy, int size_x, int size_y);
+    void scale_track(ThreadCtx &vars, cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
+    cv::Mat get_subwindow(const cv::Mat &input, int cx, int cy, int size_x, int size_y) const;
     cv::Mat gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2);
-    ComplexMat gaussian_correlation(const ComplexMat & xf, const ComplexMat & yf, double sigma, bool auto_correlation = false);
-    cv::Mat circshift(const cv::Mat & patch, int x_rot, int y_rot);
+    std::unique_ptr<GaussianCorrelation> gaussian_correlation;
+    cv::Mat circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot) const;
     cv::Mat cosine_window_function(int dim1, int dim2);
-    ComplexMat fft2(const cv::Mat & input);
-    ComplexMat fft2(const std::vector<cv::Mat> & input, const cv::Mat & cos_window);
-
-    cv::Mat ifft2(const ComplexMat & inputf);
-    std::vector<cv::Mat> get_features(cv::Mat & input_rgb, cv::Mat & input_gray, int cx, int cy, int size_x, int size_y, double scale = 1.);
-    cv::Point2f sub_pixel_peak(cv::Point & max_loc, cv::Mat & response);
-    double sub_grid_scale(std::vector<double> & responses, int index = -1);
-
+    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;
+    cv::Point2f sub_pixel_peak(cv::Point &max_loc, cv::Mat &response) const;
+    double sub_grid_scale(uint index);
+    void resizeImgs(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray);
+    void train(cv::Mat input_rgb, cv::Mat input_gray, double interp_factor);
+    double findMaxReponse(uint &max_idx, cv::Point2d &new_location) const;
 };
 
 #endif //KCF_HEADER_6565467831231