Traditional tracking-by-detection systems typically employ Kalman filters (KF) for state estimation. However, the KF requires domain-specific design choices and it is ill-suited to handling non-linear motion patterns. To address these limitations, we propose two innovative data-driven filtering methods. Our first method employs a Bayesian filter with a trainable motion model to predict an object's future location and combines its predictions with observations gained from an object detector to enhance bounding box prediction accuracy. Moreover, it dispenses with most domain-specific design choices characteristic of the KF. The second method, an end-to-end trainable filter, goes a step further by learning to correct detector errors, further minimizing the need for domain expertise. Additionally, we introduce a range of motion model architectures based on Recurrent Neural Networks, Neural Ordinary Differential Equations, and Conditional Neural Processes, that are combined with the proposed filtering methods. Our extensive evaluation across multiple datasets demonstrates that our proposed filters outperform the traditional KF in object tracking, especially in the case of non-linear motion patterns -- the use case our filters are best suited to. We also conduct noise robustness analysis of our filters with convincing positive results. We further propose a new cost function for associating observations with tracks. Our tracker, which incorporates this new association cost with our proposed filters, outperforms the conventional SORT method and other motion-based trackers in multi-object tracking according to multiple metrics on motion-rich DanceTrack and SportsMOT datasets.


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标跟踪是指:给出目标在跟踪视频第一帧中的初始状态(如位置,尺寸),自动估计目标物体在后续帧中的状态。 目标跟踪分为单目标跟踪和多目标跟踪。 人眼可以比较轻松的在一段时间内跟住某个特定目标。但是对机器而言,这一任务并不简单,尤其是跟踪过程中会出现目标发生剧烈形变、被其他目标遮挡或出现相似物体干扰等等各种复杂的情况。过去几十年以来,目标跟踪的研究取得了长足的发展,尤其是各种机器学习算法被引入以来,目标跟踪算法呈现百花齐放的态势。2013年以来,深度学习方法开始在目标跟踪领域展露头脚,并逐渐在性能上超越传统方法,取得巨大的突破。

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