]> rtime.felk.cvut.cz Git - hercules2020/kcf.git/blobdiff - src/kcf.cpp
Make visual debug mode to work properly
[hercules2020/kcf.git] / src / kcf.cpp
index c04c0087c3a2d945fb1068348eefd3971c173699..069e66d0dfdf0b0e5d782a3f73ad9d98eadd2501 100644 (file)
 #include "kcf.h"
 #include <numeric>
 #include <thread>
-#include <future>
 #include <algorithm>
+#include "threadctx.hpp"
+#include "debug.h"
 
 #ifdef FFTW
-  #include "fft_fftw.h"
-  #define FFT Fftw
+#include "fft_fftw.h"
+#define FFT Fftw
 #elif defined(CUFFT)
-  #include "fft_cufft.h"
-  #define FFT cuFFT
+#include "fft_cufft.h"
+#define FFT cuFFT
 #else
-  #include "fft_opencv.h"
-  #define FFT FftOpencv
+#include "fft_opencv.h"
+#define FFT FftOpencv
 #endif
 
 #ifdef OPENMP
 #include <omp.h>
-#endif //OPENMP
+#endif // OPENMP
 
-#define DEBUG_PRINT(obj) if (m_debug) {std::cout << #obj << " @" << __LINE__ << std::endl << (obj) << std::endl;}
-#define DEBUG_PRINTM(obj) if (m_debug) {std::cout << #obj << " @" << __LINE__ << " " << (obj).size() << " CH: " << (obj).channels() << std::endl << (obj) << std::endl;}
+DbgTracer __dbgTracer;
 
-KCF_Tracker::KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor, double output_sigma_factor, int cell_size) :
-    fft(*new FFT()),
-    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) {}
+template <typename T>
+T clamp(const T& n, const T& lower, const T& upper)
+{
+    return std::max(lower, std::min(n, upper));
+}
+
+template <typename T>
+void clamp2(T& n, const T& lower, const T& upper)
+{
+    n = std::max(lower, std::min(n, upper));
+}
+
+#if CV_MAJOR_VERSION < 3
+template<typename _Tp> static inline
+cv::Size_<_Tp> operator / (const cv::Size_<_Tp>& a, _Tp b)
+{
+    return cv::Size_<_Tp>(a.width / b, a.height / b);
+}
+#endif
 
-KCF_Tracker::KCF_Tracker()
-    : fft(*new FFT()) {}
+class Kcf_Tracker_Private {
+    friend KCF_Tracker;
+    std::vector<ThreadCtx> threadctxs;
+};
+
+KCF_Tracker::KCF_Tracker(double padding, double kernel_sigma, double lambda, double interp_factor,
+                         double output_sigma_factor, int cell_size)
+    : p_cell_size(cell_size), fft(*new FFT()), p_padding(padding), p_output_sigma_factor(output_sigma_factor), p_kernel_sigma(kernel_sigma),
+      p_lambda(lambda), p_interp_factor(interp_factor), d(*new Kcf_Tracker_Private)
+{
+}
+
+KCF_Tracker::KCF_Tracker() : fft(*new FFT()), d(*new Kcf_Tracker_Private) {}
 
 KCF_Tracker::~KCF_Tracker()
 {
     delete &fft;
-#ifdef CUFFT
-    for (int i = 0;i < p_num_scales;++i) {
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].xf_sqr_norm));
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].yf_sqr_norm));
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].data_i_1ch));
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].data_i_features));
-        CudaSafeCall(cudaFree(p_scale_vars[i].gauss_corr_res_d));
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].rot_labels_data));
-        CudaSafeCall(cudaFreeHost(p_scale_vars[i].data_features));
-    }
-#else
-    for (int i = 0;i < p_num_scales;++i) {
-        free(p_scale_vars[i].xf_sqr_norm);
-        free(p_scale_vars[i].yf_sqr_norm);
+    delete &d;
+}
+
+void KCF_Tracker::train(cv::Mat input_rgb, cv::Mat input_gray, double interp_factor)
+{
+    TRACE("");
+
+    // obtain a sub-window for training
+    // TODO: Move Mats outside from here
+    MatScaleFeats patch_feats(1, p_num_of_feats, feature_size);
+    DEBUG_PRINT(patch_feats);
+    MatScaleFeats temp(1, p_num_of_feats, feature_size);
+    get_features(input_rgb, input_gray, p_current_center.x, p_current_center.y,
+                 p_windows_size.width, p_windows_size.height,
+                 p_current_scale).copyTo(patch_feats.scale(0));
+    DEBUG_PRINT(patch_feats);
+    fft.forward_window(patch_feats, p_xf, temp);
+    DEBUG_PRINTM(p_xf);
+    p_model_xf = p_model_xf * (1. - interp_factor) + p_xf * interp_factor;
+    DEBUG_PRINTM(p_model_xf);
+
+    ComplexMat alphaf_num, alphaf_den;
+
+    if (m_use_linearkernel) {
+        ComplexMat xfconj = p_xf.conj();
+        alphaf_num = xfconj.mul(p_yf);
+        alphaf_den = (p_xf * xfconj);
+    } else {
+        // Kernel Ridge Regression, calculate alphas (in Fourier domain)
+        cv::Size sz(Fft::freq_size(feature_size));
+        ComplexMat kf(sz.height, sz.width, 1);
+        (*gaussian_correlation)(kf, p_model_xf, p_model_xf, p_kernel_sigma, true, *this);
+        DEBUG_PRINTM(kf);
+        p_model_alphaf_num = p_yf * kf;
+        p_model_alphaf_den = kf * (kf + p_lambda);
     }
-#endif
+    p_model_alphaf = p_model_alphaf_num / p_model_alphaf_den;
+    DEBUG_PRINTM(p_model_alphaf);
+    //        p_model_alphaf = p_yf / (kf + p_lambda);   //equation for fast training
 }
 
-void KCF_Tracker::init(cv::Mat &img, const cv::Rect & bbox, int fit_size_x, int fit_size_y)
+static int round_pw2_down(int x)
+{
+        for (int i = 1; i < 32; i <<= 1)
+            x |= x >> i;
+        x++;
+        return x >> 1;
+}
+
+
+void KCF_Tracker::init(cv::Mat &img, const cv::Rect &bbox, int fit_size_x, int fit_size_y)
 {
-    //check boundary, enforce min size
+    __dbgTracer.debug = m_debug;
+    TRACE("");
+
+    // check boundary, enforce min size
     double x1 = bbox.x, x2 = bbox.x + bbox.width, y1 = bbox.y, y2 = bbox.y + bbox.height;
     if (x1 < 0) x1 = 0.;
-    if (x2 > img.cols-1) x2 = img.cols - 1;
+    if (x2 > img.cols - 1) x2 = img.cols - 1;
     if (y1 < 0) y1 = 0;
-    if (y2 > img.rows-1) y2 = img.rows - 1;
+    if (y2 > img.rows - 1) y2 = img.rows - 1;
 
-    if (x2-x1 < 2*p_cell_size) {
-        double diff = (2*p_cell_size -x2+x1)/2.;
-        if (x1 - diff >= 0 && x2 + diff < img.cols){
+    if (x2 - x1 < 2 * p_cell_size) {
+        double diff = (2 * p_cell_size - x2 + x1) / 2.;
+        if (x1 - diff >= 0 && x2 + diff < img.cols) {
             x1 -= diff;
             x2 += diff;
-        } else if (x1 - 2*diff >= 0) {
-            x1 -= 2*diff;
+        } else if (x1 - 2 * diff >= 0) {
+            x1 -= 2 * diff;
         } else {
-            x2 += 2*diff;
+            x2 += 2 * diff;
         }
     }
-    if (y2-y1 < 2*p_cell_size) {
-        double diff = (2*p_cell_size -y2+y1)/2.;
-        if (y1 - diff >= 0 && y2 + diff < img.rows){
+    if (y2 - y1 < 2 * p_cell_size) {
+        double diff = (2 * p_cell_size - y2 + y1) / 2.;
+        if (y1 - diff >= 0 && y2 + diff < img.rows) {
             y1 -= diff;
             y2 += diff;
-        } else if (y1 - 2*diff >= 0) {
-            y1 -= 2*diff;
+        } else if (y1 - 2 * diff >= 0) {
+            y1 -= 2 * diff;
         } else {
-            y2 += 2*diff;
+            y2 += 2 * diff;
         }
     }
 
-    p_pose.w = x2-x1;
-    p_pose.h = y2-y1;
-    p_pose.cx = x1 + p_pose.w/2.;
-    p_pose.cy = y1 + p_pose.h /2.;
-
+    p_init_pose.w = x2 - x1;
+    p_init_pose.h = y2 - y1;
+    p_init_pose.cx = x1 + p_init_pose.w / 2.;
+    p_init_pose.cy = y1 + p_init_pose.h / 2.;
 
     cv::Mat input_gray, input_rgb = img.clone();
-    if (img.channels() == 3){
+    if (img.channels() == 3) {
         cv::cvtColor(img, input_gray, CV_BGR2GRAY);
         input_gray.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
-    }else
+    } else
         img.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
 
     // don't need too large image
-    if (p_pose.w * p_pose.h > 100.*100. && (fit_size_x == -1 || fit_size_y == -1)) {
-        std::cout << "resizing image by factor of " << 1/p_downscale_factor << std::endl;
+    if (p_init_pose.w * p_init_pose.h > 100. * 100.) {
+        std::cout << "resizing image by factor of " << 1 / p_downscale_factor << std::endl;
         p_resize_image = true;
-        p_pose.scale(p_downscale_factor);
-        cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0,0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
-        cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0,0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
-    } else if (!(fit_size_x == -1 && fit_size_y == -1)) {
-        if (fit_size_x%p_cell_size != 0 || fit_size_y%p_cell_size != 0) {
-            std::cerr << "Fit size does not fit to hog cell size. The dimensions have to be divisible by HOG cell size, which is: " << p_cell_size << std::endl;;
-            std::exit(EXIT_FAILURE);
-        }
-        double tmp;
-        if (( tmp = (p_pose.w * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size ) != fit_size_x)
-            p_scale_factor_x = fit_size_x/tmp;
-        if (( tmp = (p_pose.h * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size ) != fit_size_y)
-            p_scale_factor_y = fit_size_y/tmp;
-        std::cout << "resizing image horizontaly by factor of " << p_scale_factor_x
-                  << " and verticaly by factor of " << p_scale_factor_y << std::endl;
-        p_fit_to_pw2 = true;
-        p_pose.scale_x(p_scale_factor_x);
-        p_pose.scale_y(p_scale_factor_y);
-        if (p_scale_factor_x != 1 && p_scale_factor_y != 1) {
-            if (p_scale_factor_x < 1 && p_scale_factor_y < 1) {
-                cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_AREA);
-                cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_AREA);
-            } else {
-                cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_LINEAR);
-                cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_LINEAR);
-            }
-        }
+        p_init_pose.scale(p_downscale_factor);
+        cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
+        cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
     }
 
-    //compute win size + fit to fhog cell size
-    p_windows_size[0] = round(p_pose.w * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size;
-    p_windows_size[1] = round(p_pose.h * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size;
+    // compute win size + fit to fhog cell size
+    p_windows_size.width = round(p_init_pose.w * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size;
+    p_windows_size.height = round(p_init_pose.h * (1. + p_padding) / p_cell_size) * p_cell_size;
+
+    if (fit_size_x == 0 || fit_size_y == 0) {
+        // Round down to the next highest power of 2
+        fit_size = cv::Size(round_pw2_down(p_windows_size.width),
+                            round_pw2_down(p_windows_size.height));
+    } else if (fit_size_x == -1 || fit_size_y == -1) {
+        fit_size =  p_windows_size;
+    } else {
+        fit_size = cv::Size(fit_size_x, fit_size_y);
+    }
+
+    feature_size = fit_size / p_cell_size;
 
     p_scales.clear();
-    if (m_use_scale)
-        for (int i = -p_num_scales/2; i <= p_num_scales/2; ++i)
-            p_scales.push_back(std::pow(p_scale_step, i));
-    else
-        p_scales.push_back(1.);
+    for (int i = -int(p_num_scales) / 2; i <= int(p_num_scales) / 2; ++i)
+        p_scales.push_back(std::pow(p_scale_step, i));
 
 #ifdef CUFFT
-    if (p_windows_size[1]/p_cell_size*(p_windows_size[0]/p_cell_size/2+1) > 1024) {
+    if (Fft::freq_size(feature_size).area() > 1024) {
         std::cerr << "Window after forward FFT is too big for CUDA kernels. Plese use -f to set "
-        "the window dimensions so its size is less or equal to " << 1024*p_cell_size*p_cell_size*2+1 <<
-        " pixels . Currently the size of the window is: " <<  p_windows_size[0] << "x" <<  p_windows_size[1] <<
-        " which is  " <<  p_windows_size[0]*p_windows_size[1] << " pixels. " << std::endl;
+                     "the window dimensions so its size is less or equal to "
+                  << 1024 * p_cell_size * p_cell_size * 2 + 1
+                  << " pixels. Currently the size of the window is: " << fit_size
+                  << " which is  " << fit_size.area() << " pixels. " << std::endl;
         std::exit(EXIT_FAILURE);
     }
 
-    if (m_use_linearkernel){
+    if (m_use_linearkernel) {
         std::cerr << "cuFFT supports only Gaussian kernel." << std::endl;
         std::exit(EXIT_FAILURE);
     }
 #endif
 
-    p_num_of_feats = 31;
-    if(m_use_color) p_num_of_feats += 3;
-    if(m_use_cnfeat) p_num_of_feats += 10;
-    p_roi_width = p_windows_size[0]/p_cell_size;
-    p_roi_height = p_windows_size[1]/p_cell_size;
+#if defined(CUFFT) || defined(FFTW)
+    uint width = feature_size.width / 2 + 1;
+#else
+    uint width = feature_size.width;
+#endif
+    p_model_xf.create(feature_size.height, width, p_num_of_feats);
+    p_yf.create(feature_size.height, width, 1);
+    p_xf.create(feature_size.height, width, p_num_of_feats);
 
-    for (int i = 0;i<p_num_scales;++i) {
-        if (i == 0)
-            p_scale_vars.push_back(Scale_vars(p_windows_size, p_cell_size, p_num_of_feats, &p_model_xf, &p_yf, true));
-        else
-            p_scale_vars.push_back(Scale_vars(p_windows_size, p_cell_size, p_num_of_feats));
-    }
+#ifndef BIG_BATCH
+    for (auto scale: p_scales)
+        d.threadctxs.emplace_back(feature_size, p_num_of_feats, scale);
+#else
+    d.threadctxs.emplace_back(feature_size, p_num_of_feats, p_num_scales);
+#endif
 
+    gaussian_correlation.reset(new GaussianCorrelation(1, feature_size));
+
+    p_current_center = p_init_pose.center();
     p_current_scale = 1.;
 
-    double min_size_ratio = std::max(5.*p_cell_size/p_windows_size[0], 5.*p_cell_size/p_windows_size[1]);
-    double max_size_ratio = std::min(floor((img.cols + p_windows_size[0]/3)/p_cell_size)*p_cell_size/p_windows_size[0], floor((img.rows + p_windows_size[1]/3)/p_cell_size)*p_cell_size/p_windows_size[1]);
+    double min_size_ratio = std::max(5. * p_cell_size / p_windows_size.width, 5. * p_cell_size / p_windows_size.height);
+    double max_size_ratio =
+        std::min(floor((img.cols + p_windows_size.width / 3) / p_cell_size) * p_cell_size / p_windows_size.width,
+                 floor((img.rows + p_windows_size.height / 3) / p_cell_size) * p_cell_size / p_windows_size.height);
     p_min_max_scale[0] = std::pow(p_scale_step, std::ceil(std::log(min_size_ratio) / log(p_scale_step)));
     p_min_max_scale[1] = std::pow(p_scale_step, std::floor(std::log(max_size_ratio) / log(p_scale_step)));
 
-    std::cout << "init: img size " << img.cols << " " << img.rows << std::endl;
-    std::cout << "init: win size. " << p_windows_size[0] << " " << p_windows_size[1] << std::endl;
+    std::cout << "init: img size " << img.size() << std::endl;
+    std::cout << "init: win size " << p_windows_size;
+    if (p_windows_size != fit_size)
+        std::cout << " resized to " << fit_size;
+    std::cout << std::endl;
+    std::cout << "init: FFT size " << feature_size << std::endl;
     std::cout << "init: min max scales factors: " << p_min_max_scale[0] << " " << p_min_max_scale[1] << std::endl;
 
-    p_output_sigma = std::sqrt(p_pose.w*p_pose.h) * p_output_sigma_factor / static_cast<double>(p_cell_size);
+    p_output_sigma = std::sqrt(p_init_pose.w * p_init_pose.h * double(fit_size.area()) / p_windows_size.area())
+           * p_output_sigma_factor / p_cell_size;
 
-    fft.init(p_windows_size[0]/p_cell_size, p_windows_size[1]/p_cell_size, p_num_of_feats, p_num_scales, m_use_big_batch);
-    fft.set_window(cosine_window_function(p_windows_size[0]/p_cell_size, p_windows_size[1]/p_cell_size));
+    fft.init(feature_size.width, feature_size.height, p_num_of_feats, p_num_scales);
+    fft.set_window(MatDynMem(cosine_window_function(feature_size.width, feature_size.height)));
 
-    //window weights, i.e. labels
-     fft.forward(gaussian_shaped_labels(p_output_sigma, p_windows_size[0]/p_cell_size, p_windows_size[1]/p_cell_size), p_yf,
-                                                                                m_use_cuda ? p_scale_vars[0].rot_labels_data_d: nullptr);
+    // window weights, i.e. labels
+    MatScales gsl(1, feature_size);
+    gaussian_shaped_labels(p_output_sigma, feature_size.width, feature_size.height).copyTo(gsl.plane(0));
+    fft.forward(gsl, p_yf);
     DEBUG_PRINTM(p_yf);
 
-    //obtain a sub-window for training initial model
-    get_features(input_rgb, input_gray, p_pose.cx, p_pose.cy, p_windows_size[0], p_windows_size[1], p_scale_vars[0]);
-    fft.forward_window(p_scale_vars[0].patch_feats, p_model_xf, p_scale_vars[0].fw_all, m_use_cuda ? p_scale_vars[0].data_features_d : nullptr);
-    DEBUG_PRINTM(p_model_xf);
-
-
-    if (m_use_linearkernel) {
-        ComplexMat xfconj = p_model_xf.conj();
-        p_model_alphaf_num = xfconj.mul(p_yf);
-        p_model_alphaf_den = (p_model_xf * xfconj);
-    } else {
-        //Kernel Ridge Regression, calculate alphas (in Fourier domain)
-        gaussian_correlation(p_scale_vars[0], p_model_xf, p_model_xf, p_kernel_sigma, true);
-        DEBUG_PRINTM(p_scale_vars[0].kf);
-        p_model_alphaf_num = p_yf * p_scale_vars[0].kf;
-        DEBUG_PRINTM(p_model_alphaf_num);
-        p_model_alphaf_den = p_scale_vars[0].kf * (p_scale_vars[0].kf + p_lambda);
-        DEBUG_PRINTM(p_model_alphaf_den);
-    }
-    p_model_alphaf = p_model_alphaf_num / p_model_alphaf_den;
-    DEBUG_PRINTM(p_model_alphaf);
-//        p_model_alphaf = p_yf / (kf + p_lambda);   //equation for fast training
+    // train initial model
+    train(input_rgb, input_gray, 1.0);
 }
 
-void KCF_Tracker::setTrackerPose(BBox_c &bbox, cv::Mat & img, int fit_size_x, int fit_size_y)
+void KCF_Tracker::setTrackerPose(BBox_c &bbox, cv::Mat &img, int fit_size_x, int fit_size_y)
 {
     init(img, bbox.get_rect(), fit_size_x, fit_size_y);
 }
 
 void KCF_Tracker::updateTrackerPosition(BBox_c &bbox)
 {
+    BBox_c tmp = bbox;
     if (p_resize_image) {
-        BBox_c tmp = bbox;
         tmp.scale(p_downscale_factor);
-        p_pose.cx = tmp.cx;
-        p_pose.cy = tmp.cy;
-    } else if (p_fit_to_pw2) {
-        BBox_c tmp = bbox;
-        tmp.scale_x(p_scale_factor_x);
-        tmp.scale_y(p_scale_factor_y);
-        p_pose.cx = tmp.cx;
-        p_pose.cy = tmp.cy;
-    } else {
-        p_pose.cx = bbox.cx;
-        p_pose.cy = bbox.cy;
     }
+    p_current_center = tmp.center();
 }
 
 BBox_c KCF_Tracker::getBBox()
 {
-    BBox_c tmp = p_pose;
-    tmp.w *= p_current_scale;
-    tmp.h *= p_current_scale;
+    BBox_c tmp;
+    tmp.cx = p_current_center.x;
+    tmp.cy = p_current_center.y;
+    tmp.w = p_init_pose.w * p_current_scale;
+    tmp.h = p_init_pose.h * p_current_scale;
 
     if (p_resize_image)
-        tmp.scale(1/p_downscale_factor);
-    if (p_fit_to_pw2) {
-        tmp.scale_x(1/p_scale_factor_x);
-        tmp.scale_y(1/p_scale_factor_y);
-    }
+        tmp.scale(1 / p_downscale_factor);
 
     return tmp;
 }
 
-void KCF_Tracker::track(cv::Mat &img)
+double KCF_Tracker::getFilterResponse() const
 {
-    if (m_debug)
-        std::cout << "NEW FRAME" << '\n';
-    cv::Mat input_gray, input_rgb = img.clone();
-    if (img.channels() == 3){
-        cv::cvtColor(img, input_gray, CV_BGR2GRAY);
-        input_gray.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
-    }else
-        img.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
+    return this->max_response;
+}
 
-    // don't need too large image
+void KCF_Tracker::resizeImgs(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray)
+{
     if (p_resize_image) {
         cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
         cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_downscale_factor, p_downscale_factor, cv::INTER_AREA);
-    } else if (p_fit_to_pw2 && p_scale_factor_x != 1 && p_scale_factor_y != 1) {
-        if (p_scale_factor_x < 1 && p_scale_factor_y < 1) {
-            cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_AREA);
-            cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_AREA);
-        } else {
-            cv::resize(input_gray, input_gray, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_LINEAR);
-            cv::resize(input_rgb, input_rgb, cv::Size(0, 0), p_scale_factor_x, p_scale_factor_y, cv::INTER_LINEAR);
-        }
     }
+}
 
-    double max_response = -1.;
-    int scale_index = 0;
-    cv::Point2i *max_response_pt = nullptr;
-    cv::Mat *max_response_map = nullptr;
-
-    if(m_use_multithreading) {
-        std::vector<std::future<void>> async_res(p_scales.size());
-        for (size_t i = 0; i < p_scale_vars.size(); ++i) {
-            async_res[i] = std::async(std::launch::async,
-                                [this, &input_gray, &input_rgb, i]() -> void
-                                {return scale_track(this->p_scale_vars[i], input_rgb, input_gray, this->p_scales[i]);});
+double KCF_Tracker::findMaxReponse(uint &max_idx, cv::Point2d &new_location) const
+{
+    double max = -1.;
+#ifndef BIG_BATCH
+    for (uint j = 0; j < d.threadctxs.size(); ++j) {
+        if (d.threadctxs[j].max.response > max) {
+            max = d.threadctxs[j].max.response;
+            max_idx = j;
         }
-        for (size_t i = 0; i < p_scales.size(); ++i) {
-            async_res[i].wait();
-            if (this->p_scale_vars[i].max_response > max_response) {
-                max_response = this->p_scale_vars[i].max_response;
-                max_response_pt = & this->p_scale_vars[i].max_loc;
-                max_response_map = & this->p_scale_vars[i].response;
-                scale_index = i;
-            }
+    }
+#else
+    for (uint j = 0; j < p_scales.size(); ++j) {
+        if (d.threadctxs[0].max[j].response > max) {
+            max = d.threadctxs[0].max[j].response;
+            max_idx = j;
         }
-    } else {
-#pragma omp parallel for schedule(dynamic)
-        for (size_t i = 0; i < p_scale_vars.size(); ++i) {
-            scale_track(this->p_scale_vars[i], input_rgb, input_gray, this->p_scales[i]);
-#pragma omp critical
-            {
-                if (this->p_scale_vars[i].max_response > max_response) {
-                    max_response = this->p_scale_vars[i].max_response;
-                    max_response_pt = & this->p_scale_vars[i].max_loc;
-                    max_response_map = & this->p_scale_vars[i].response;
-                    scale_index = i;
-                }
+    }
+#endif
+
+    if (m_visual_debug) {
+        int w = 100; //feature_size.width;
+        int h = 100; //feature_size.height;
+        cv::Mat all_responses(h * p_num_scales, w * p_num_angles,
+                              d.threadctxs[0].response.type(), cv::Scalar::all(0));
+        for (size_t i = 0; i < p_num_scales; ++i) {
+            for (size_t j = 0; j < p_num_angles; ++j) {
+                cv::Mat tmp = d.threadctxs[IF_BIG_BATCH(0, p_num_angles * i + j)].response.plane(IF_BIG_BATCH(p_num_angles * i + j, 0));
+                tmp = circshift(tmp, -tmp.cols/2, -tmp.rows/2);
+                cv::resize(tmp, tmp, cv::Size(w, h));
+                cv::Mat resp_roi(all_responses, cv::Rect(j * w, i * h, w, h));
+                tmp.copyTo(resp_roi);
             }
         }
+        cv::namedWindow("All responses", CV_WINDOW_AUTOSIZE);
+        cv::imshow("All responses", all_responses);
     }
 
-    DEBUG_PRINTM(*max_response_map);
-    DEBUG_PRINT(*max_response_pt);
+    cv::Point2i &max_response_pt = IF_BIG_BATCH(d.threadctxs[0].max[max_idx].loc,        d.threadctxs[max_idx].max.loc);
+    cv::Mat max_response_map     = IF_BIG_BATCH(d.threadctxs[0].response.plane(max_idx), d.threadctxs[max_idx].response.plane(0));
 
-    //sub pixel quadratic interpolation from neighbours
-    if (max_response_pt->y > max_response_map->rows / 2) //wrap around to negative half-space of vertical axis
-        max_response_pt->y = max_response_pt->y - max_response_map->rows;
-    if (max_response_pt->x > max_response_map->cols / 2) //same for horizontal axis
-        max_response_pt->x = max_response_pt->x - max_response_map->cols;
+    DEBUG_PRINTM(max_response_map);
+    DEBUG_PRINT(max_response_pt);
 
-    cv::Point2f new_location(max_response_pt->x, max_response_pt->y);
-    DEBUG_PRINT(new_location);
+    // sub pixel quadratic interpolation from neighbours
+    if (max_response_pt.y > max_response_map.rows / 2) // wrap around to negative half-space of vertical axis
+        max_response_pt.y = max_response_pt.y - max_response_map.rows;
+    if (max_response_pt.x > max_response_map.cols / 2) // same for horizontal axis
+        max_response_pt.x = max_response_pt.x - max_response_map.cols;
 
-    if (m_use_subpixel_localization)
-        new_location = sub_pixel_peak(*max_response_pt, *max_response_map);
-    DEBUG_PRINT(new_location);
 
-    p_pose.cx += p_current_scale*p_cell_size*new_location.x;
-    p_pose.cy += p_current_scale*p_cell_size*new_location.y;
-    if (p_fit_to_pw2) {
-        if (p_pose.cx < 0) p_pose.cx = 0;
-        if (p_pose.cx > (img.cols*p_scale_factor_x)-1) p_pose.cx = (img.cols*p_scale_factor_x)-1;
-        if (p_pose.cy < 0) p_pose.cy = 0;
-        if (p_pose.cy > (img.rows*p_scale_factor_y)-1) p_pose.cy = (img.rows*p_scale_factor_y)-1;
+    if (m_use_subpixel_localization) {
+        new_location = sub_pixel_peak(max_response_pt, max_response_map);
     } else {
-        if (p_pose.cx < 0) p_pose.cx = 0;
-        if (p_pose.cx > img.cols-1) p_pose.cx = img.cols-1;
-        if (p_pose.cy < 0) p_pose.cy = 0;
-        if (p_pose.cy > img.rows-1) p_pose.cy = img.rows-1;
+        new_location = max_response_pt;
     }
+    DEBUG_PRINT(new_location);
+    return max;
+}
 
-    //sub grid scale interpolation
-    double new_scale = p_scales[scale_index];
-    if (m_use_subgrid_scale)
-        new_scale = sub_grid_scale(scale_index);
+void KCF_Tracker::track(cv::Mat &img)
+{
+    __dbgTracer.debug = m_debug;
+    TRACE("");
 
-    p_current_scale *= new_scale;
+    cv::Mat input_gray, input_rgb = img.clone();
+    if (img.channels() == 3) {
+        cv::cvtColor(img, input_gray, CV_BGR2GRAY);
+        input_gray.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
+    } else
+        img.convertTo(input_gray, CV_32FC1);
 
-    if (p_current_scale < p_min_max_scale[0])
-        p_current_scale = p_min_max_scale[0];
-    if (p_current_scale > p_min_max_scale[1])
-        p_current_scale = p_min_max_scale[1];
-    //obtain a subwindow for training at newly estimated target position
-    get_features(input_rgb, input_gray, p_pose.cx, p_pose.cy, p_windows_size[0], p_windows_size[1], p_scale_vars[0], p_current_scale);
-    fft.forward_window(p_scale_vars[0].patch_feats, p_scale_vars[0].xf, p_scale_vars[0].fw_all, m_use_cuda ? p_scale_vars[0].data_features_d : nullptr);
+    // don't need too large image
+    resizeImgs(input_rgb, input_gray);
+
+#ifdef ASYNC
+    for (auto &it : d.threadctxs)
+        it.async_res = std::async(std::launch::async, [this, &input_gray, &input_rgb, &it]() -> void {
+            it.track(*this, input_rgb, input_gray);
+        });
+    for (auto const &it : d.threadctxs)
+        it.async_res.wait();
+
+#else  // !ASYNC
+    NORMAL_OMP_PARALLEL_FOR
+    for (uint i = 0; i < d.threadctxs.size(); ++i)
+        d.threadctxs[i].track(*this, input_rgb, input_gray);
+#endif
 
-    //subsequent frames, interpolate model
-    p_model_xf = p_model_xf * (1. - p_interp_factor) + p_scale_vars[0].xf * p_interp_factor;
+    cv::Point2d new_location;
+    uint max_idx;
+    max_response = findMaxReponse(max_idx, new_location);
 
-    ComplexMat alphaf_num, alphaf_den;
+    new_location.x *= double(p_windows_size.width) / fit_size.width;
+    new_location.y *= double(p_windows_size.height) / fit_size.height;
 
-    if (m_use_linearkernel) {
-        ComplexMat xfconj = p_scale_vars[0].xf.conj();
-        alphaf_num = xfconj.mul(p_yf);
-        alphaf_den = (p_scale_vars[0].xf * xfconj);
+    p_current_center += p_current_scale * p_cell_size * new_location;
+
+    clamp2(p_current_center.x, 0.0, img.cols - 1.0);
+    clamp2(p_current_center.y, 0.0, img.rows - 1.0);
+
+    // sub grid scale interpolation
+    if (m_use_subgrid_scale) {
+        p_current_scale *= sub_grid_scale(max_idx);
     } else {
-        p_scale_vars[0].flag = Tracker_flags::AUTO_CORRELATION;
-        //Kernel Ridge Regression, calculate alphas (in Fourier domain)
-        gaussian_correlation(p_scale_vars[0], p_scale_vars[0].xf, p_scale_vars[0].xf, p_kernel_sigma, true);
-//        ComplexMat alphaf = p_yf / (kf + p_lambda); //equation for fast training
-//        p_model_alphaf = p_model_alphaf * (1. - p_interp_factor) + alphaf * p_interp_factor;
-        alphaf_num = p_yf * p_scale_vars[0].kf;
-        alphaf_den = p_scale_vars[0].kf * (p_scale_vars[0].kf + p_lambda);
+        p_current_scale *= p_scales[max_idx];
     }
 
-    p_model_alphaf_num = p_model_alphaf_num * (1. - p_interp_factor) + alphaf_num * p_interp_factor;
-    p_model_alphaf_den = p_model_alphaf_den * (1. - p_interp_factor) + alphaf_den * p_interp_factor;
-    p_model_alphaf = p_model_alphaf_num / p_model_alphaf_den;
+    clamp2(p_current_scale, p_min_max_scale[0], p_min_max_scale[1]);
+
+    // train at newly estimated target position
+    train(input_rgb, input_gray, p_interp_factor);
 }
 
-void KCF_Tracker::scale_track(Scale_vars & vars, cv::Mat & input_rgb, cv::Mat & input_gray, double scale)
+void ThreadCtx::track(const KCF_Tracker &kcf, cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray)
 {
-    get_features(input_rgb, input_gray, this->p_pose.cx, this->p_pose.cy, this->p_windows_size[0], this->p_windows_size[1],
-                                vars, this->p_current_scale * scale);
+    TRACE("");
+
+    BIG_BATCH_OMP_PARALLEL_FOR
+    for (uint i = 0; i < IF_BIG_BATCH(kcf.p_num_scales, 1); ++i)
+    {
+        kcf.get_features(input_rgb, input_gray, kcf.p_current_center.x, kcf.p_current_center.y,
+                         kcf.p_windows_size.width, kcf.p_windows_size.height,
+                         kcf.p_current_scale * IF_BIG_BATCH(kcf.p_scales[i], scale))
+                .copyTo(patch_feats.scale(i));
+        DEBUG_PRINT(patch_feats.scale(i));
+    }
 
-    fft.forward_window(vars.patch_feats, vars.zf, vars.fw_all, m_use_cuda ? vars.data_features_d : nullptr);
-    DEBUG_PRINTM(vars.zf);
+    kcf.fft.forward_window(patch_feats, zf, temp);
+    DEBUG_PRINTM(zf);
 
-    if (m_use_linearkernel) {
-                vars.kzf = (vars.zf.mul2(this->p_model_alphaf)).sum_over_channels();
-                fft.inverse(vars.kzf, vars.response, m_use_cuda ? vars.data_i_1ch_d : nullptr);
+    if (kcf.m_use_linearkernel) {
+        kzf = zf.mul(kcf.p_model_alphaf).sum_over_channels();
     } else {
-        gaussian_correlation(vars, vars.zf, this->p_model_xf, this->p_kernel_sigma);
-        DEBUG_PRINTM(this->p_model_alphaf);
-        DEBUG_PRINTM(vars.kzf);
-        DEBUG_PRINTM(this->p_model_alphaf * vars.kzf);
-        vars.kzf = this->p_model_alphaf * vars.kzf;
-        //TODO Add support for fft.inverse(vars) for CUFFT
-        fft.inverse(vars.kzf, vars.response, m_use_cuda ? vars.data_i_1ch_d : nullptr);
+        gaussian_correlation(kzf, zf, kcf.p_model_xf, kcf.p_kernel_sigma, false, kcf);
+        DEBUG_PRINTM(kzf);
+        kzf = kzf.mul(kcf.p_model_alphaf);
     }
+    kcf.fft.inverse(kzf, response);
 
-    DEBUG_PRINTM(vars.response);
+    DEBUG_PRINTM(response);
 
     /* target location is at the maximum response. we must take into
     account the fact that, if the target doesn't move, the peak
     will appear at the top-left corner, not at the center (this is
     discussed in the paper). the responses wrap around cyclically. */
-    double min_val;
-    cv::Point2i min_loc;
-    cv::minMaxLoc(vars.response, &min_val, &vars.max_val, &min_loc, &vars.max_loc);
+    double min_val, max_val;
+    cv::Point2i min_loc, max_loc;
+#ifdef BIG_BATCH
+    for (size_t i = 0; i < kcf.p_scales.size(); ++i) {
+        cv::minMaxLoc(response.plane(i), &min_val, &max_val, &min_loc, &max_loc);
+        DEBUG_PRINT(max_loc);
+        double weight = kcf.p_scales[i] < 1. ? kcf.p_scales[i] : 1. / kcf.p_scales[i];
+        max[i].response = max_val * weight;
+        max[i].loc = max_loc;
+    }
+#else
+    cv::minMaxLoc(response.plane(0), &min_val, &max_val, &min_loc, &max_loc);
 
-    DEBUG_PRINT(vars.max_loc);
+    DEBUG_PRINT(max_loc);
+    DEBUG_PRINT(max_val);
 
-    double weight = scale < 1. ? scale : 1./scale;
-    vars.max_response = vars.max_val*weight;
+    double weight = scale < 1. ? scale : 1. / scale;
+    max.response = max_val * weight;
+    max.loc = max_loc;
+#endif
 }
 
 // ****************************************************************************
 
-void KCF_Tracker::get_features(cv::Mat & input_rgb, cv::Mat & input_gray, int cx, int cy, int size_x, int size_y, Scale_vars &vars, double scale)
+cv::Mat KCF_Tracker::get_features(cv::Mat &input_rgb, cv::Mat &input_gray, int cx, int cy,
+                                  int size_x, int size_y, double scale) const
 {
-    int size_x_scaled = floor(size_x*scale);
-    int size_y_scaled = floor(size_y*scale);
+    cv::Size scaled = cv::Size(floor(size_x * scale), floor(size_y * scale));
 
-    cv::Mat patch_gray = get_subwindow(input_gray, cx, cy, size_x_scaled, size_y_scaled);
-    cv::Mat patch_rgb = get_subwindow(input_rgb, cx, cy, size_x_scaled, size_y_scaled);
+    cv::Mat patch_gray = get_subwindow(input_gray, cx, cy, scaled.width, scaled.height);
+    cv::Mat patch_rgb = get_subwindow(input_rgb, cx, cy, scaled.width, scaled.height);
 
-    //resize to default size
-    if (scale > 1.){
-        //if we downsample use  INTER_AREA interpolation
-        cv::resize(patch_gray, patch_gray, cv::Size(size_x, size_y), 0., 0., cv::INTER_AREA);
-    }else {
-        cv::resize(patch_gray, patch_gray, cv::Size(size_x, size_y), 0., 0., cv::INTER_LINEAR);
+    // resize to default size
+    if (scaled.area() > fit_size.area()) {
+        // if we downsample use  INTER_AREA interpolation
+        // note: this is just a guess - we may downsample in X and upsample in Y (or vice versa)
+        cv::resize(patch_gray, patch_gray, fit_size, 0., 0., cv::INTER_AREA);
+    } else {
+        cv::resize(patch_gray, patch_gray, fit_size, 0., 0., cv::INTER_LINEAR);
     }
 
     // get hog(Histogram of Oriented Gradients) features
-    FHoG::extract(patch_gray, vars, 2, p_cell_size, 9);
+    std::vector<cv::Mat> hog_feat = FHoG::extract(patch_gray, 2, p_cell_size, 9);
 
-    //get color rgb features (simple r,g,b channels)
+    // get color rgb features (simple r,g,b channels)
     std::vector<cv::Mat> color_feat;
     if ((m_use_color || m_use_cnfeat) && input_rgb.channels() == 3) {
-        //resize to default size
-        if (scale > 1.){
-            //if we downsample use  INTER_AREA interpolation
-            cv::resize(patch_rgb, patch_rgb, cv::Size(size_x/p_cell_size, size_y/p_cell_size), 0., 0., cv::INTER_AREA);
-        }else {
-            cv::resize(patch_rgb, patch_rgb, cv::Size(size_x/p_cell_size, size_y/p_cell_size), 0., 0., cv::INTER_LINEAR);
+        // resize to default size
+        if (scaled.area() > (fit_size / p_cell_size).area()) {
+            // if we downsample use  INTER_AREA interpolation
+            cv::resize(patch_rgb, patch_rgb, fit_size / p_cell_size, 0., 0., cv::INTER_AREA);
+        } else {
+            cv::resize(patch_rgb, patch_rgb, fit_size / p_cell_size, 0., 0., cv::INTER_LINEAR);
         }
     }
 
     if (m_use_color && input_rgb.channels() == 3) {
-        //use rgb color space
+        // use rgb color space
         cv::Mat patch_rgb_norm;
         patch_rgb.convertTo(patch_rgb_norm, CV_32F, 1. / 255., -0.5);
         cv::Mat ch1(patch_rgb_norm.size(), CV_32FC1);
@@ -471,8 +512,14 @@ void KCF_Tracker::get_features(cv::Mat & input_rgb, cv::Mat & input_gray, int cx
         color_feat.insert(color_feat.end(), cn_feat.begin(), cn_feat.end());
     }
 
-    vars.patch_feats.insert(vars.patch_feats.end(), color_feat.begin(), color_feat.end());
-    return;
+    hog_feat.insert(hog_feat.end(), color_feat.begin(), color_feat.end());
+
+    int size[] = {p_num_of_feats, feature_size.height, feature_size.width};
+    cv::Mat result(3, size, CV_32F);
+    for (uint i = 0; i < hog_feat.size(); ++i)
+        hog_feat[i].copyTo(cv::Mat(size[1], size[2], CV_32FC1, result.ptr(i)));
+
+    return result;
 }
 
 cv::Mat KCF_Tracker::gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2)
@@ -481,88 +528,80 @@ cv::Mat KCF_Tracker::gaussian_shaped_labels(double sigma, int dim1, int dim2)
     int range_y[2] = {-dim2 / 2, dim2 - dim2 / 2};
     int range_x[2] = {-dim1 / 2, dim1 - dim1 / 2};
 
-    double sigma_s = sigma*sigma;
+    double sigma_s = sigma * sigma;
 
-    for (int y = range_y[0], j = 0; y < range_y[1]; ++y, ++j){
-        float * row_ptr = labels.ptr<float>(j);
-        double y_s = y*y;
-        for (int x = range_x[0], i = 0; x < range_x[1]; ++x, ++i){
-            row_ptr[i] = std::exp(-0.5 * (y_s + x*x) / sigma_s);//-1/2*e^((y^2+x^2)/sigma^2)
+    for (int y = range_y[0], j = 0; y < range_y[1]; ++y, ++j) {
+        float *row_ptr = labels.ptr<float>(j);
+        double y_s = y * y;
+        for (int x = range_x[0], i = 0; x < range_x[1]; ++x, ++i) {
+            row_ptr[i] = std::exp(-0.5 * (y_s + x * x) / sigma_s); //-1/2*e^((y^2+x^2)/sigma^2)
         }
     }
 
-    //rotate so that 1 is at top-left corner (see KCF paper for explanation)
-#ifdef CUFFT
-    cv::Mat tmp = circshift(labels, range_x[0], range_y[0]);
-    tmp.copyTo(p_scale_vars[0].rot_labels);
-
-    assert(p_scale_vars[0].rot_labels.at<float>(0,0) >= 1.f - 1e-10f);
-    return tmp;
-#else
-    cv::Mat rot_labels = circshift(labels, range_x[0], range_y[0]);
-    //sanity check, 1 at top left corner
-    assert(rot_labels.at<float>(0,0) >= 1.f - 1e-10f);
+    // rotate so that 1 is at top-left corner (see KCF paper for explanation)
+    MatDynMem rot_labels = circshift(labels, range_x[0], range_y[0]);
+    // sanity check, 1 at top left corner
+    assert(rot_labels.at<float>(0, 0) >= 1.f - 1e-10f);
 
     return rot_labels;
-#endif
 }
 
-cv::Mat KCF_Tracker::circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot)
+cv::Mat KCF_Tracker::circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot) const
 {
     cv::Mat rot_patch(patch.size(), CV_32FC1);
     cv::Mat tmp_x_rot(patch.size(), CV_32FC1);
 
-    //circular rotate x-axis
+    // circular rotate x-axis
     if (x_rot < 0) {
-        //move part that does not rotate over the edge
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(-x_rot, patch.cols);
         cv::Range rot_range(0, patch.cols - (-x_rot));
         patch(cv::Range::all(), orig_range).copyTo(tmp_x_rot(cv::Range::all(), rot_range));
 
-        //rotated part
+        // rotated part
         orig_range = cv::Range(0, -x_rot);
         rot_range = cv::Range(patch.cols - (-x_rot), patch.cols);
         patch(cv::Range::all(), orig_range).copyTo(tmp_x_rot(cv::Range::all(), rot_range));
-    }else if (x_rot > 0){
-        //move part that does not rotate over the edge
+    } else if (x_rot > 0) {
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(0, patch.cols - x_rot);
         cv::Range rot_range(x_rot, patch.cols);
         patch(cv::Range::all(), orig_range).copyTo(tmp_x_rot(cv::Range::all(), rot_range));
 
-        //rotated part
+        // rotated part
         orig_range = cv::Range(patch.cols - x_rot, patch.cols);
         rot_range = cv::Range(0, x_rot);
         patch(cv::Range::all(), orig_range).copyTo(tmp_x_rot(cv::Range::all(), rot_range));
-    }else {    //zero rotation
-        //move part that does not rotate over the edge
+    } else { // zero rotation
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(0, patch.cols);
         cv::Range rot_range(0, patch.cols);
         patch(cv::Range::all(), orig_range).copyTo(tmp_x_rot(cv::Range::all(), rot_range));
     }
 
-    //circular rotate y-axis
+    // circular rotate y-axis
     if (y_rot < 0) {
-        //move part that does not rotate over the edge
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(-y_rot, patch.rows);
         cv::Range rot_range(0, patch.rows - (-y_rot));
         tmp_x_rot(orig_range, cv::Range::all()).copyTo(rot_patch(rot_range, cv::Range::all()));
 
-        //rotated part
+        // rotated part
         orig_range = cv::Range(0, -y_rot);
         rot_range = cv::Range(patch.rows - (-y_rot), patch.rows);
         tmp_x_rot(orig_range, cv::Range::all()).copyTo(rot_patch(rot_range, cv::Range::all()));
-    }else if (y_rot > 0){
-        //move part that does not rotate over the edge
+    } else if (y_rot > 0) {
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(0, patch.rows - y_rot);
         cv::Range rot_range(y_rot, patch.rows);
         tmp_x_rot(orig_range, cv::Range::all()).copyTo(rot_patch(rot_range, cv::Range::all()));
 
-        //rotated part
+        // rotated part
         orig_range = cv::Range(patch.rows - y_rot, patch.rows);
         rot_range = cv::Range(0, y_rot);
         tmp_x_rot(orig_range, cv::Range::all()).copyTo(rot_patch(rot_range, cv::Range::all()));
-    }else { //zero rotation
-        //move part that does not rotate over the edge
+    } else { // zero rotation
+        // move part that does not rotate over the edge
         cv::Range orig_range(0, patch.rows);
         cv::Range rot_range(0, patch.rows);
         tmp_x_rot(orig_range, cv::Range::all()).copyTo(rot_patch(rot_range, cv::Range::all()));
@@ -571,42 +610,42 @@ cv::Mat KCF_Tracker::circshift(const cv::Mat &patch, int x_rot, int y_rot)
     return rot_patch;
 }
 
-//hann window actually (Power-of-cosine windows)
+// hann window actually (Power-of-cosine windows)
 cv::Mat KCF_Tracker::cosine_window_function(int dim1, int dim2)
 {
     cv::Mat m1(1, dim1, CV_32FC1), m2(dim2, 1, CV_32FC1);
-    double N_inv = 1./(static_cast<double>(dim1)-1.);
+    double N_inv = 1. / (static_cast<double>(dim1) - 1.);
     for (int i = 0; i < dim1; ++i)
-        m1.at<float>(i) = 0.5*(1. - std::cos(2. * CV_PI * static_cast<double>(i) * N_inv));
-    N_inv = 1./(static_cast<double>(dim2)-1.);
+        m1.at<float>(i) = float(0.5 * (1. - std::cos(2. * CV_PI * static_cast<double>(i) * N_inv)));
+    N_inv = 1. / (static_cast<double>(dim2) - 1.);
     for (int i = 0; i < dim2; ++i)
-        m2.at<float>(i) = 0.5*(1. - std::cos(2. * CV_PI * static_cast<double>(i) * N_inv));
-    cv::Mat ret = m2*m1;
+        m2.at<float>(i) = float(0.5 * (1. - std::cos(2. * CV_PI * static_cast<double>(i) * N_inv)));
+    cv::Mat ret = m2 * m1;
     return ret;
 }
 
 // Returns sub-window of image input centered at [cx, cy] coordinates),
 // with size [width, height]. If any pixels are outside of the image,
 // they will replicate the values at the borders.
-cv::Mat KCF_Tracker::get_subwindow(const cv::Mat & input, int cx, int cy, int width, int height)
+cv::Mat KCF_Tracker::get_subwindow(const cv::Mat &input, int cx, int cy, int width, int height) const
 {
     cv::Mat patch;
 
-    int x1 = cx - width/2;
-    int y1 = cy - height/2;
-    int x2 = cx + width/2;
-    int y2 = cy + height/2;
+    int x1 = cx - width / 2;
+    int y1 = cy - height / 2;
+    int x2 = cx + width / 2;
+    int y2 = cy + height / 2;
 
-    //out of image
+    // out of image
     if (x1 >= input.cols || y1 >= input.rows || x2 < 0 || y2 < 0) {
         patch.create(height, width, input.type());
-        patch.setTo(0.f);
+        patch.setTo(double(0.f));
         return patch;
     }
 
     int top = 0, bottom = 0, left = 0, right = 0;
 
-    //fit to image coordinates, set border extensions;
+    // fit to image coordinates, set border extensions;
     if (x1 < 0) {
         left = -x1;
         x1 = 0;
@@ -629,102 +668,78 @@ cv::Mat KCF_Tracker::get_subwindow(const cv::Mat & input, int cx, int cy, int wi
 
     if (x2 - x1 == 0 || y2 - y1 == 0)
         patch = cv::Mat::zeros(height, width, CV_32FC1);
-    else
-        {
-            cv::copyMakeBorder(input(cv::Range(y1, y2), cv::Range(x1, x2)), patch, top, bottom, left, right, cv::BORDER_REPLICATE);
-//      imshow( "copyMakeBorder", patch);
-//      cv::waitKey();
-        }
+    else {
+        cv::copyMakeBorder(input(cv::Range(y1, y2), cv::Range(x1, x2)), patch, top, bottom, left, right,
+                           cv::BORDER_REPLICATE);
+        //      imshow( "copyMakeBorder", patch);
+        //      cv::waitKey();
+    }
 
-    //sanity check
+    // sanity check
     assert(patch.cols == width && patch.rows == height);
 
     return patch;
 }
 
-void KCF_Tracker::gaussian_correlation(struct Scale_vars & vars, const ComplexMat & xf, const ComplexMat & yf, double sigma, bool auto_correlation)
+void KCF_Tracker::GaussianCorrelation::operator()(ComplexMat &result, const ComplexMat &xf, const ComplexMat &yf,
+                                                  double sigma, bool auto_correlation, const KCF_Tracker &kcf)
 {
-#ifdef CUFFT
-    xf.sqr_norm(vars.xf_sqr_norm_d);
-    if (!auto_correlation)
-        yf.sqr_norm(vars.yf_sqr_norm_d);
-#else
-    xf.sqr_norm(vars.xf_sqr_norm);
-    if (auto_correlation){
-      vars.yf_sqr_norm[0] = vars.xf_sqr_norm[0];
+    TRACE("");
+    xf.sqr_norm(xf_sqr_norm);
+    if (auto_correlation) {
+        yf_sqr_norm = xf_sqr_norm;
     } else {
-       yf.sqr_norm(vars.yf_sqr_norm);
+        yf.sqr_norm(yf_sqr_norm);
     }
-#endif
-    vars.xyf = auto_correlation ? xf.sqr_mag() : xf.mul2(yf.conj());
-    DEBUG_PRINTM(vars.xyf);
-    fft.inverse(vars.xyf, vars.ifft2_res, m_use_cuda ? vars.data_i_features_d : nullptr);
+    xyf = auto_correlation ? xf.sqr_mag() : xf * yf.conj(); // xf.muln(yf.conj());
+    DEBUG_PRINTM(xyf);
+
+    // ifft2 and sum over 3rd dimension, we dont care about individual channels
+    ComplexMat xyf_sum = xyf.sum_over_channels();
+    DEBUG_PRINTM(xyf_sum);
+    kcf.fft.inverse(xyf_sum, ifft_res);
+    DEBUG_PRINTM(ifft_res);
 #ifdef CUFFT
-    if(auto_correlation)
-        cuda_gaussian_correlation(vars.data_i_features, vars.gauss_corr_res_d, vars.xf_sqr_norm_d, vars.xf_sqr_norm_d, sigma, xf.n_channels, xf.n_scales, p_roi_height, p_roi_width);
-    else
-        cuda_gaussian_correlation(vars.data_i_features, vars.gauss_corr_res_d, vars.xf_sqr_norm_d, vars.yf_sqr_norm_d, sigma, xf.n_channels, xf.n_scales, p_roi_height, p_roi_width);
+    // FIXME
+    cuda_gaussian_correlation(ifft_res.deviceMem(), k.deviceMem(), xf_sqr_norm.deviceMem(),
+                              auto_correlation ? xf_sqr_norm.deviceMem() : yf_sqr_norm.deviceMem(), sigma,
+                              xf.n_channels, xf.n_scales, kcf.feature_size.height, kcf.feature_size.width);
 #else
-    //ifft2 and sum over 3rd dimension, we dont care about individual channels
-    DEBUG_PRINTM(vars.ifft2_res);
-    cv::Mat xy_sum;
-    if (xf.channels() != p_num_scales*p_num_of_feats)
-        xy_sum.create(vars.ifft2_res.size(), CV_32FC1);
-    else
-        xy_sum.create(vars.ifft2_res.size(), CV_32FC(p_scales.size()));
-    xy_sum.setTo(0);
-    for (int y = 0; y < vars.ifft2_res.rows; ++y) {
-        float * row_ptr = vars.ifft2_res.ptr<float>(y);
-        float * row_ptr_sum = xy_sum.ptr<float>(y);
-        for (int x = 0; x < vars.ifft2_res.cols; ++x) {
-            for (int sum_ch = 0; sum_ch < xy_sum.channels(); ++sum_ch) {
-                row_ptr_sum[(x*xy_sum.channels())+sum_ch] += std::accumulate(row_ptr + x*vars.ifft2_res.channels() + sum_ch*(vars.ifft2_res.channels()/xy_sum.channels()),
-                                                                                                                                                        (row_ptr + x*vars.ifft2_res.channels() + (sum_ch+1)*(vars.ifft2_res.channels()/xy_sum.channels())), 0.f);
-            }
-        }
-    }
-    DEBUG_PRINTM(xy_sum);
 
-    std::vector<cv::Mat> scales;
-    cv::split(xy_sum,scales);
-
-    float numel_xf_inv = 1.f/(xf.cols * xf.rows * (xf.channels()/xf.n_scales));
-    for (int i = 0; i < xf.n_scales; ++i){
-        cv::Mat in_roi(vars.in_all, cv::Rect(0, i*scales[0].rows, scales[0].cols, scales[0].rows));
-        cv::exp(- 1.f / (sigma * sigma) * cv::max((vars.xf_sqr_norm[i] + vars.yf_sqr_norm[0] - 2 * scales[i]) * numel_xf_inv, 0), in_roi);
-        DEBUG_PRINTM(in_roi);
+    float numel_xf_inv = 1.f / (xf.cols * xf.rows * (xf.channels() / xf.n_scales));
+    for (uint i = 0; i < xf.n_scales; ++i) {
+        cv::Mat plane = ifft_res.plane(i);
+        DEBUG_PRINT(ifft_res.plane(i));
+        cv::exp(-1. / (sigma * sigma) * cv::max((xf_sqr_norm[i] + yf_sqr_norm[0] - 2 * ifft_res.plane(i))
+                * numel_xf_inv, 0), plane);
+        DEBUG_PRINTM(plane);
     }
 #endif
-    DEBUG_PRINTM(vars.in_all);
-    fft.forward(vars.in_all, auto_correlation ? vars.kf : vars.kzf, m_use_cuda ? vars.gauss_corr_res_d : nullptr);
-    return;
+    kcf.fft.forward(ifft_res, result);
 }
 
-float get_response_circular(cv::Point2i & pt, cv::Mat & response)
+float get_response_circular(cv::Point2i &pt, cv::Mat &response)
 {
     int x = pt.x;
     int y = pt.y;
-    if (x < 0)
-        x = response.cols + x;
-    if (y < 0)
-        y = response.rows + y;
-    if (x >= response.cols)
-        x = x - response.cols;
-    if (y >= response.rows)
-        y = y - response.rows;
-
-    return response.at<float>(y,x);
+    assert(response.dims == 2); // ensure .cols and .rows are valid
+    if (x < 0) x = response.cols + x;
+    if (y < 0) y = response.rows + y;
+    if (x >= response.cols) x = x - response.cols;
+    if (y >= response.rows) y = y - response.rows;
+
+    return response.at<float>(y, x);
 }
 
-cv::Point2f KCF_Tracker::sub_pixel_peak(cv::Point & max_loc, cv::Mat & response)
+cv::Point2f KCF_Tracker::sub_pixel_peak(cv::Point &max_loc, cv::Mat &response) const
 {
-    //find neighbourhood of max_loc (response is circular)
+    // find neighbourhood of max_loc (response is circular)
     // 1 2 3
     // 4   5
     // 6 7 8
-    cv::Point2i p1(max_loc.x-1, max_loc.y-1), p2(max_loc.x, max_loc.y-1), p3(max_loc.x+1, max_loc.y-1);
-    cv::Point2i p4(max_loc.x-1, max_loc.y), p5(max_loc.x+1, max_loc.y);
-    cv::Point2i p6(max_loc.x-1, max_loc.y+1), p7(max_loc.x, max_loc.y+1), p8(max_loc.x+1, max_loc.y+1);
+    cv::Point2i p1(max_loc.x - 1, max_loc.y - 1), p2(max_loc.x, max_loc.y - 1), p3(max_loc.x + 1, max_loc.y - 1);
+    cv::Point2i p4(max_loc.x - 1, max_loc.y), p5(max_loc.x + 1, max_loc.y);
+    cv::Point2i p6(max_loc.x - 1, max_loc.y + 1), p7(max_loc.x, max_loc.y + 1), p8(max_loc.x + 1, max_loc.y + 1);
 
     // clang-format off
     // fit 2d quadratic function f(x, y) = a*x^2 + b*x*y + c*y^2 + d*x + e*y + f
@@ -752,8 +767,7 @@ cv::Point2f KCF_Tracker::sub_pixel_peak(cv::Point & max_loc, cv::Mat & response)
     cv::Mat x;
     cv::solve(A, fval, x, cv::DECOMP_SVD);
 
-    double a = x.at<float>(0), b = x.at<float>(1), c = x.at<float>(2),
-           d = x.at<float>(3), e = x.at<float>(4);
+    float a = x.at<float>(0), b = x.at<float>(1), c = x.at<float>(2), d = x.at<float>(3), e = x.at<float>(4);
 
     cv::Point2f sub_peak(max_loc.x, max_loc.y);
     if (b > 0 || b < 0) {
@@ -764,35 +778,45 @@ cv::Point2f KCF_Tracker::sub_pixel_peak(cv::Point & max_loc, cv::Mat & response)
     return sub_peak;
 }
 
-double KCF_Tracker::sub_grid_scale(int index)
+double KCF_Tracker::sub_grid_scale(uint index)
 {
     cv::Mat A, fval;
-    if (index < 0 || index > (int)p_scales.size()-1) {
+    if (index >= p_scales.size()) {
         // interpolate from all values
         // fit 1d quadratic function f(x) = a*x^2 + b*x + c
         A.create(p_scales.size(), 3, CV_32FC1);
         fval.create(p_scales.size(), 1, CV_32FC1);
         for (size_t i = 0; i < p_scales.size(); ++i) {
-            A.at<float>(i, 0) = p_scales[i] * p_scales[i];
-            A.at<float>(i, 1) = p_scales[i];
+            A.at<float>(i, 0) = float(p_scales[i] * p_scales[i]);
+            A.at<float>(i, 1) = float(p_scales[i]);
             A.at<float>(i, 2) = 1;
-            fval.at<float>(i) = p_scale_vars[i].max_response;
+            fval.at<float>(i) = d.threadctxs.back().IF_BIG_BATCH(max[i].response, max.response);
         }
     } else {
-        //only from neighbours
-        if (index == 0 || index == (int)p_scales.size()-1)
-            return p_scales[index];
+        // only from neighbours
+        if (index == 0 || index == p_scales.size() - 1)
+           return p_scales[index];
 
         A = (cv::Mat_<float>(3, 3) <<
-             p_scales[index-1] * p_scales[index-1], p_scales[index-1], 1,
-             p_scales[index] * p_scales[index], p_scales[index], 1,
-             p_scales[index+1] * p_scales[index+1], p_scales[index+1], 1);
-        fval = (cv::Mat_<float>(3, 1) << p_scale_vars[index-1].max_response, p_scale_vars[index].max_response, p_scale_vars[index+1].max_response);
+             p_scales[index - 1] * p_scales[index - 1], p_scales[index - 1], 1,
+             p_scales[index + 0] * p_scales[index + 0], p_scales[index + 0], 1,
+             p_scales[index + 1] * p_scales[index + 1], p_scales[index + 1], 1);
+#ifdef BIG_BATCH
+        fval = (cv::Mat_<float>(3, 1) <<
+                d.threadctxs.back().max[index - 1].response,
+                d.threadctxs.back().max[index + 0].response,
+                d.threadctxs.back().max[index + 1].response);
+#else
+        fval = (cv::Mat_<float>(3, 1) <<
+                d.threadctxs[index - 1].max.response,
+                d.threadctxs[index + 0].max.response,
+                d.threadctxs[index + 1].max.response);
+#endif
     }
 
     cv::Mat x;
     cv::solve(A, fval, x, cv::DECOMP_SVD);
-    double a = x.at<float>(0), b = x.at<float>(1);
+    float a = x.at<float>(0), b = x.at<float>(1);
     double scale = p_scales[index];
     if (a > 0 || a < 0)
         scale = -b / (2 * a);