Сравнительный анализ алгоритмов отслеживания объектов

Цели. Представляются результаты вычисления и сравнительного анализа характеристик нейросетевого алгоритма отслеживания объекта (трекера), предложенного авторами в работе [1], с двумя другими алгоритмами при решении актуальной задачи автоматического обнаружения и дальнейшего сопровождения дронов. Для сравнительного анализа были выбраны: ByteTrack – один из лучших в настоящее время среди трекеров открытого доступа и простой трекер, основанный на использовании нейросетевого детектора и корреляции вместе с фильтром Калмана. Первый из трекеров был выбран потому, что он может быть реализован на языке C++ без применения сторонних библиотек и фреймворков и использован на малых вычислителях в режиме реального времени. Второй трекер тестировался для выяснения того, насколько новые трекеры лучше простых хорошо известных. Особенность используемых алгоритмов заключается в автоматическом обнаружении и захвате дрона, его дальнейшем надежном сопровождении, быстром повторном захвате в случае срыва сопровождения, захвате другого дрона при исчезновении сопровождаемого объекта. В анализируемых трекерах обнаружение дрона на кадрах видео осуществляется с помощью нейронной сети-детектора, а сопровождение – с помощью нейронной сети-детектора и разработанных алгоритмов.

Методы. Для проведения сравнительного анализа алгоритмов отслеживания объекта были созданы и размечены два датасета. Они представляют собой видео, на кадрах которых присутствуют дроны разных типов. Первый из датасетов, содержащий 36 895 кадров, использовался для обучения алгоритмов, а второй, состоящий из 8678 кадров, – для вычисления характеристик алгоритмов и выполнения сравнительного анализа. Видео обучающего и тестового датасетов сняты разными камерами в различных условиях. Для обучения нейросетевой части трекеров были написаны версии алгоритмов на языке программирования Python, а для вычисления и анализа характеристик в условиях, близких к реальным, – на языке С++, что потребовало конвертации обученной сети с помощью фреймворка TensorRT. Также были реализованы программные средства сбора и обработки экспериментальных данных.

Результаты. Проведенный сравнительный анализ трех алгоритмов отслеживания объекта позволил вычислить и сравнить их характеристики, а также сделать выводы о способе обучения использованной нейронной сети-детектора; о возможности применения трекеров в режиме реального времени на бюджетных персональных компьютерах с бюджетными видеокартами, имеющими программно-аппаратную архитектуру CUDA, и о применимости двух из них для решения задачи практического отслеживания дронов, наблюдаемых видеокамерами, с достаточной точностью и надежностью. Из трех протестированных алгоритмов наилучшие характеристики имеет разработанный авторами.

Заключение. Проведенный сравнительный анализ трекеров показал возможность практического применения трекера и алгоритма ByteTrack для решения задачи отслеживания дронов, однако в настоящее время сохраняется проблема обнаружения малоразмерных беспилотных летательных аппаратов.

1. Залесский, Б. А. Алгоритм сопровождения объекта, наблюдаемого видеокамерой / Б. А. Залесский, В. А. Иванюкович // Доклады Национальной академии наук Беларуси. - 2024. - Т. 68, № 2. - С. 105-111.

2. Proc. of Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition 2024 (CVPR 2024). - Seattle, 17-21 June 2024. - URL: https://cvpr.thecvf.com/Conferences/2024 (date of access: 24.01.2025).

3. Proc. of Conf. on Computer Vision and Pattern Recognition 2023 (CVPR 2023). - Vancouver, 18-22 June 2023. - URL: https://openaccess.thecvf.com/CVPR2023 (date of access: 24.01.2025).