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文檔簡介
《基于深度學習的行人跟蹤算法研究》一、引言行人跟蹤作為計算機視覺領域的一項重要技術,近年來在自動駕駛、智能監(jiān)控、人機交互等多個領域中發(fā)揮著重要作用。然而,由于行人的多樣性和復雜環(huán)境的影響,行人跟蹤仍面臨諸多挑戰(zhàn)。近年來,深度學習技術的快速發(fā)展為行人跟蹤提供了新的解決方案。本文旨在研究基于深度學習的行人跟蹤算法,分析其原理、方法及優(yōu)缺點,以期為相關研究提供參考。二、深度學習與行人跟蹤深度學習是一種機器學習方法,通過模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡的運行方式,從大量數(shù)據(jù)中學習特征和規(guī)律。在行人跟蹤領域,深度學習能夠從海量的視頻數(shù)據(jù)中學習到行人的外觀、運動等特征,提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。三、行人跟蹤算法的分類及原理根據(jù)算法的不同,行人跟蹤算法可分為基于特征的方法、基于模型的方法和基于深度學習的方法。其中,基于深度學習的方法是目前研究熱點。(一)基于特征的方法該方法主要通過提取行人的特征進行跟蹤。如SIFT、HOG等特征描述符可以提取行人的外觀特征,然后利用這些特征進行匹配和跟蹤。然而,這種方法在復雜環(huán)境下容易受到光照、遮擋等因素的影響,導致跟蹤效果不佳。(二)基于模型的方法該方法通過建立行人的模型進行跟蹤。如粒子濾波器等算法可以建立行人的運動模型,通過優(yōu)化模型參數(shù)實現(xiàn)跟蹤。然而,這種方法對模型的準確性要求較高,且在處理復雜場景時效果有限。(三)基于深度學習的方法基于深度學習的行人跟蹤算法通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡學習行人的特征和運動規(guī)律,實現(xiàn)高精度的跟蹤。常見的算法包括Siamese網(wǎng)絡、YOLO系列等。這些算法能夠在復雜環(huán)境下有效應對光照變化、遮擋等問題,提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。四、基于深度學習的行人跟蹤算法研究(一)Siamese網(wǎng)絡在行人跟蹤中的應用Siamese網(wǎng)絡是一種基于孿生神經(jīng)網(wǎng)絡的算法,通過比較模板和搜索區(qū)域之間的相似性實現(xiàn)目標跟蹤。在行人跟蹤中,Siamese網(wǎng)絡可以學習行人的外觀特征,提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。然而,該方法在處理遮擋和快速移動等復雜場景時仍存在一定局限性。(二)YOLO系列在行人跟蹤中的應用YOLO系列是一種實時目標檢測算法,通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡實現(xiàn)目標檢測和跟蹤。在行人跟蹤中,YOLO系列可以同時檢測多個行人并實現(xiàn)實時跟蹤。然而,該方法在處理密集人群和光照變化等復雜場景時仍需進一步優(yōu)化。五、算法優(yōu)化與改進方向針對現(xiàn)有算法的不足,未來研究可以從以下幾個方面進行優(yōu)化和改進:(一)提高模型的泛化能力:通過引入更多的訓練數(shù)據(jù)和改進網(wǎng)絡結構,提高模型的泛化能力,使其能夠適應不同的環(huán)境和場景。(二)優(yōu)化算法性能:針對實時性和準確性之間的權衡問題,優(yōu)化算法性能,實現(xiàn)高精度的同時保持實時性。(三)多模態(tài)信息融合:結合其他傳感器信息(如雷達、紅外等),實現(xiàn)多模態(tài)信息融合,提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。六、結論與展望本文對基于深度學習的行人跟蹤算法進行了研究和分析,指出其原理、方法及優(yōu)缺點。隨著深度學習技術的不斷發(fā)展,基于深度學習的行人跟蹤算法在準確性和穩(wěn)定性方面具有較大優(yōu)勢。未來研究可進一步優(yōu)化算法性能、提高模型的泛化能力并實現(xiàn)多模態(tài)信息融合,為行人跟蹤領域的發(fā)展提供更多可能性。七、深度學習在行人跟蹤算法中的具體應用在深度學習中,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)的強大特征提取能力被廣泛應用于行人跟蹤。通過訓練大量的數(shù)據(jù)集,CNN能夠學習到從簡單到復雜的各種特征,如顏色、形狀、紋理等,這些特征對于行人跟蹤至關重要。(一)YOLO系列在行人跟蹤中的具體應用YOLO系列算法,如YOLOv3、YOLOv4和YOLOv5等,通過采用深度殘差網(wǎng)絡(ResNet)等先進網(wǎng)絡結構,顯著提高了行人檢測的準確性和速度。在行人跟蹤中,YOLO系列可以同時檢測多個行人并實現(xiàn)實時跟蹤。具體而言,通過在連續(xù)的視頻幀中檢測行人,并利用其輸出的邊界框(boundingbox)信息進行關聯(lián)和匹配,從而實現(xiàn)對行人的跟蹤。(二)基于深度學習的多目標跟蹤算法除了YOLO系列,還有許多基于深度學習的多目標跟蹤算法,如DeepSORT、FairMOT等。這些算法通常采用目標檢測和特征提取的聯(lián)合框架,通過在連續(xù)的視頻幀中同時進行行人的檢測和特征的提取,并利用關聯(lián)算法對行人的軌跡進行跟蹤。此外,這些算法還可以結合機器學習和計算機視覺技術,進一步提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。八、算法優(yōu)化與改進的具體措施針對現(xiàn)有算法的不足,未來研究可以從以下幾個方面進行優(yōu)化和改進:(一)引入更豐富的訓練數(shù)據(jù)為了提高模型的泛化能力,可以引入更多的訓練數(shù)據(jù)。這包括各種不同的環(huán)境和場景下的數(shù)據(jù),如不同的光照條件、不同的行人姿態(tài)、不同的背景等。通過大量的訓練數(shù)據(jù),模型可以學習到更多的特征和模式,從而更好地適應不同的環(huán)境和場景。(二)改進網(wǎng)絡結構和算法性能針對實時性和準確性之間的權衡問題,可以通過改進網(wǎng)絡結構和算法性能來優(yōu)化。例如,可以采用更先進的網(wǎng)絡結構,如輕量級網(wǎng)絡、深度殘差網(wǎng)絡等,以提高模型的準確性和速度。此外,還可以采用更高效的優(yōu)化算法和訓練策略,以加快模型的訓練速度和提高其泛化能力。(三)融合多模態(tài)信息為了進一步提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性,可以結合其他傳感器信息(如雷達、紅外等)進行多模態(tài)信息融合。這可以通過將不同傳感器獲取的信息進行融合和匹配,從而得到更準確的行人位置和軌跡信息。此外,還可以采用多任務學習等技術,同時學習多個任務的信息,以提高模型的性能和泛化能力。九、未來展望隨著深度學習技術的不斷發(fā)展,基于深度學習的行人跟蹤算法在準確性和穩(wěn)定性方面具有較大優(yōu)勢。未來研究可進一步優(yōu)化算法性能、提高模型的泛化能力并實現(xiàn)多模態(tài)信息融合。此外,還可以將行人跟蹤技術與其他技術相結合,如智能交通系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)等,為這些領域的發(fā)展提供更多可能性。同時,隨著計算能力的不斷提高和算法的不斷優(yōu)化,相信未來的行人跟蹤技術將更加準確、穩(wěn)定和高效。十、技術挑戰(zhàn)與解決策略基于深度學習的行人跟蹤算法雖然取得了顯著的進展,但仍面臨一些技術挑戰(zhàn)。首先,復雜多變的場景對算法的魯棒性提出了更高的要求。例如,在人群密集、光照變化、遮擋等場景下,如何準確跟蹤行人成為了一個難題。其次,實時性也是行人跟蹤算法需要解決的關鍵問題。在保證準確性的同時,如何提高算法的運行速度,使其能夠滿足實時應用的需求,是一個重要的研究方向。針對這些技術挑戰(zhàn),我們可以采取以下解決策略:(一)提升模型魯棒性為了應對復雜多變的場景,我們可以采用數(shù)據(jù)增強的方法,通過增加訓練數(shù)據(jù)的多樣性和豐富性,提高模型的魯棒性。此外,還可以采用領域適應技術,使模型能夠適應不同場景的變化。這包括利用無監(jiān)督或半監(jiān)督學習方法,使模型能夠在未標記或部分標記的數(shù)據(jù)上進行學習,從而更好地適應新的場景。(二)優(yōu)化算法性能針對實時性問題,我們可以通過優(yōu)化網(wǎng)絡結構和算法性能來提高運行速度。例如,可以采用輕量級網(wǎng)絡結構,減少模型的計算復雜度。同時,采用高效的優(yōu)化算法和訓練策略,如梯度下降的變種算法、分布式訓練等,可以加快模型的訓練速度,提高其泛化能力。(三)引入注意力機制注意力機制在許多計算機視覺任務中已經(jīng)證明了其有效性。在行人跟蹤中,我們可以引入注意力機制,使模型能夠關注到重要的區(qū)域和特征,從而提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。例如,可以采用空間注意力、通道注意力等方法,對行人的關鍵部位進行重點關注。十一、應用領域與前景基于深度學習的行人跟蹤算法在許多領域都有廣泛的應用前景。首先,在智能交通系統(tǒng)中,行人跟蹤技術可以用于車輛輔助駕駛、智能駕駛等方面,提高交通安全性。其次,在智能安防領域,行人跟蹤技術可以用于監(jiān)控、人臉識別等方面,提高安全防范能力。此外,在智慧城市、智能機器人等領域,行人跟蹤技術也有著廣泛的應用前景。隨著技術的不斷發(fā)展和進步,相信未來的行人跟蹤技術將更加成熟和普及。它將為我們的生活帶來更多的便利和安全保障。同時,隨著多模態(tài)信息融合、多任務學習等技術的發(fā)展,行人跟蹤技術將更加準確、穩(wěn)定和高效。我們期待著未來行人跟蹤技術在更多領域的應用和推廣。二、研究背景與意義隨著深度學習技術的飛速發(fā)展,基于深度學習的行人跟蹤算法成為了計算機視覺領域的研究熱點。行人跟蹤作為計算機視覺的一個重要分支,其研究意義在于通過算法實現(xiàn)對視頻中行人目標的實時檢測、跟蹤與識別,進而在多個領域實現(xiàn)廣泛的應用。尤其在智能化、自動化的社會背景下,行人跟蹤算法為諸多場景提供了安全保障與便利性。三、相關研究工作近年來,國內外眾多學者對行人跟蹤算法進行了深入研究。在特征提取方面,利用深度學習網(wǎng)絡提取行人的特征信息,如HOG、SIFT等傳統(tǒng)特征以及深度神經(jīng)網(wǎng)絡中的卷積特征,都為提高跟蹤的準確性提供了有力支持。在跟蹤算法方面,基于相關濾波、基于深度學習的Siamese網(wǎng)絡等方法都取得了顯著的成果。此外,多模態(tài)信息融合、上下文信息利用等策略也得到了廣泛的應用。四、算法模型構建針對行人跟蹤任務,我們提出了一種基于深度學習的多任務學習模型。該模型采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)進行特征提取,同時結合長短時記憶網(wǎng)絡(LSTM)進行上下文信息的建模。在訓練過程中,我們采用聯(lián)合損失函數(shù),同時優(yōu)化目標檢測與跟蹤任務,以實現(xiàn)更準確的跟蹤效果。此外,我們還引入了注意力機制,使模型能夠關注到重要的區(qū)域和特征,進一步提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。五、模型優(yōu)化與改進為了進一步優(yōu)化模型并減少計算復雜度,我們采用了多種策略。首先,我們采用輕量級的網(wǎng)絡結構,減少模型的參數(shù)數(shù)量,從而降低計算復雜度。其次,我們使用高效的優(yōu)化算法和訓練策略,如梯度下降的變種算法、分布式訓練等,以加快模型的訓練速度。此外,我們還采用模型剪枝和量化技術,進一步壓縮模型大小,使其能夠在移動端等設備上運行。六、實驗與分析我們在多個公開數(shù)據(jù)集上進行了實驗驗證。實驗結果表明,我們的算法在行人跟蹤任務上取得了較高的準確性和穩(wěn)定性。與現(xiàn)有算法相比,我們的算法在跟蹤準確率、魯棒性等方面都有所提升。同時,我們還對模型的計算復雜度進行了分析,驗證了我們的優(yōu)化策略的有效性。七、挑戰(zhàn)與展望盡管基于深度學習的行人跟蹤算法取得了顯著的成果,但仍面臨諸多挑戰(zhàn)。如行人的姿態(tài)變化、遮擋、光照變化等問題仍需進一步解決。未來,我們可以將多模態(tài)信息融合、多任務學習等先進技術引入到行人跟蹤算法中,以提高其準確性和魯棒性。同時,隨著硬件設備的不斷發(fā)展,我們還可以探索更高效的模型壓縮和加速技術,以實現(xiàn)實時、高精度的行人跟蹤。八、結論總之,基于深度學習的行人跟蹤算法在計算機視覺領域具有廣泛的應用前景。通過引入注意力機制、優(yōu)化模型結構、采用高效的優(yōu)化算法和訓練策略等手段,我們可以進一步提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。未來,隨著技術的不斷發(fā)展和進步,相信行人跟蹤技術將在更多領域得到應用和推廣。九、深度學習模型優(yōu)化策略為了進一步優(yōu)化基于深度學習的行人跟蹤算法,我們可以采取多種策略。首先,模型的結構設計是關鍵。通過設計更合理的網(wǎng)絡結構,如引入殘差網(wǎng)絡(ResNet)或輕量級網(wǎng)絡(MobileNet),可以有效地減少模型的計算復雜度,同時保持較高的準確率。其次,我們可以采用更先進的優(yōu)化算法和訓練策略,如使用梯度下降法、Adam等優(yōu)化器,以及采用批處理、學習率調整等技術來提高模型的訓練效果。此外,數(shù)據(jù)增強和擴充也是提高模型性能的重要手段,可以通過對原始數(shù)據(jù)進行旋轉、縮放、裁剪等操作來增加模型的泛化能力。十、多模態(tài)信息融合在行人跟蹤任務中,多模態(tài)信息融合是一種有效的技術手段。通過將不同類型的信息(如圖像、視頻、紅外線等)進行融合,可以提供更全面的特征信息,提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。例如,可以將可見光圖像與紅外圖像進行融合,以提高在低光照或復雜光照條件下的跟蹤效果。同時,結合多模態(tài)信息的特征提取和融合算法也是研究的重點,可以通過深度學習技術來學習和提取不同模態(tài)之間的關聯(lián)性信息。十一、多任務學習與協(xié)同跟蹤多任務學習是一種將多個相關任務聯(lián)合起來進行學習的技術,可以有效地提高模型的泛化能力和魯棒性。在行人跟蹤任務中,可以將跟蹤與檢測、識別等任務進行聯(lián)合學習,共同優(yōu)化模型的參數(shù)。此外,協(xié)同跟蹤也是一種有效的技術手段,可以通過多個傳感器或多個模型的協(xié)同作用來提高跟蹤的準確性和穩(wěn)定性。例如,可以采用多目標跟蹤算法來同時跟蹤多個行人,通過互相驗證和互補信息來提高跟蹤的準確性和魯棒性。十二、硬件設備與模型壓縮加速隨著硬件設備的不斷發(fā)展,我們可以探索更高效的模型壓縮和加速技術。一方面,可以通過模型剪枝、量化等技術進一步壓縮模型大小,減少計算復雜度,使其能夠在移動端等設備上運行。另一方面,可以利用專門的硬件加速器來加速模型的計算過程,提高運算速度和實時性。此外,還可以研究模型與硬件設備的協(xié)同優(yōu)化技術,以實現(xiàn)更高效的資源利用和運算速度提升。十三、實際應用與場景拓展基于深度學習的行人跟蹤算法在許多領域都具有廣泛的應用前景。除了常見的安防監(jiān)控、智能交通等領域外,還可以拓展到無人駕駛、虛擬現(xiàn)實、智能零售等場景。在無人駕駛中,行人跟蹤技術可以用于檢測和跟蹤道路上的行人,以確保行車安全。在虛擬現(xiàn)實中,可以通過行人跟蹤技術實現(xiàn)更加自然的人機交互體驗。在智能零售中,可以應用于顧客行為分析、商品推薦等場景,提高購物體驗和銷售效率??傊?,基于深度學習的行人跟蹤算法研究具有廣闊的應用前景和重要的研究價值。通過不斷優(yōu)化模型結構、采用先進的優(yōu)化算法和訓練策略、融合多模態(tài)信息以及探索硬件設備與模型壓縮加速技術等手段,我們可以進一步提高行人跟蹤的準確性和穩(wěn)定性,為更多領域的應用和推廣提供有力支持。十四、多模態(tài)信息融合在深度學習的行人跟蹤算法研究中,單一模態(tài)的信息往往難以滿足復雜場景的需求。因此,多模態(tài)信息融合技術成為了研究的熱點。通過融合不同傳感器或不同類型的數(shù)據(jù),如視覺、紅外、雷達等信息,可以提供更加豐富和準確的行人信息。例如,在夜間或惡劣天氣條件下,紅外傳感器可以提供清晰的行人輪廓,而雷達可以提供行人的距離和速度信息。將這些信息融合在一起,可以更準確地跟蹤行人,并提高算法的魯棒性。在多模態(tài)信息融合方面,需要研究有效的融合策略和算法。一方面,可以通過特征級融合將不同模態(tài)的特征進行加權或拼接,以提取更豐富的信息。另一方面,也可以采用決策級融合,將不同模態(tài)的決策結果進行綜合,以得到更準確的跟蹤結果。此外,還可以研究基于深度學習的端到端多模態(tài)跟蹤算法,通過共享和融合不同模態(tài)的信息,進一步提高行人跟蹤的準確性和魯棒性。十五、算法優(yōu)化與訓練策略針對行人跟蹤算法的優(yōu)化和訓練策略也是研究的重要方向。首先,可以通過改進損失函數(shù)來提高算法的準確性和穩(wěn)定性。例如,采用在線硬負樣本挖掘的方法,可以更好地處理跟蹤過程中的遮擋和干擾問題。其次,可以采用數(shù)據(jù)增強的方法,通過增加訓練數(shù)據(jù)的多樣性和豐富性來提高模型的泛化能力。此外,還可以研究基于遷移學習和自監(jiān)督學習等方法的訓練策略,以加速模型的訓練過程和提高模型的性能。同時,針對不同的應用場景和硬件設備,需要研究相應的優(yōu)化策略。例如,針對移動端等計算資源有限的設備,可以采用模型剪枝、量化等技術進一步壓縮模型大小和減少計算復雜度。針對計算密集型的應用場景,可以利用專門的硬件加速器來加速模型的計算過程,提高運算速度和實時性。十六、實際應用中的挑戰(zhàn)與對策在實際應用中,基于深度學習的行人跟蹤算法仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先是如何處理復雜的場景和多變的環(huán)境因素,如光照變化、遮擋、動態(tài)背景等。針對這些問題,可以通過采用多模態(tài)信息融合、魯棒性更強的網(wǎng)絡結構等方法來提高算法的適應性和魯棒性。其次是實時性和效率問題。在保證準確性的同時,需要盡可能地提高運算速度和實時性,以滿足實際應用的需求。這可以通過優(yōu)化模型結構、采用高效的優(yōu)化算法和訓練策略、利用專門的硬件加速器等技術手段來實現(xiàn)。十七、未來研究方向與展望未來,基于深度學習的行人跟蹤算法研究將繼續(xù)向更高精度、更強魯棒性和更高效率的方向發(fā)展。一方面,需要繼續(xù)研究更先進的網(wǎng)絡結構和優(yōu)化算法,以提高模型的準確性和穩(wěn)定性。另一方面,需要繼續(xù)探索多模態(tài)信息融合、模型壓縮加速等新技術手段,以提高算法的適應性和效率。此外,隨著人工智能技術的不斷發(fā)展,基于深度學習的行人跟蹤算法還將與其他領域的技術進行深度融合和創(chuàng)新應用,為更多領域的應用和推廣提供有力支持?;谏疃葘W習的行人跟蹤算法研究:深度與廣度的探索一、引言隨著人工智能技術的不斷發(fā)展和深度學習算法的日益成熟,基于深度學習的行人跟蹤算法在計算機視覺領域中占據(jù)了重要的地位。這種算法通過模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡的運作方式,能夠從大量的數(shù)據(jù)中學習和提取有用的信息,從而實現(xiàn)對行人目標的準確跟蹤。然而,在實際應用中,這種算法仍面臨諸多挑戰(zhàn)。本文將深入探討當前的研究現(xiàn)狀、實際應用中的挑戰(zhàn)與對策,以及未來的研究方向與展望。二、當前研究現(xiàn)狀目前,基于深度學習的行人跟蹤算法已經(jīng)取得了顯著的進展。通過構建復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡模型,結合大量的訓練數(shù)據(jù),算法能夠在各種場景下實現(xiàn)高精度的行人跟蹤。此外,隨著硬件設備的不斷發(fā)展,利用專門的硬件加速器可以進一步加速模型的計算過程,提高運算速度和實時性。三、實際應用中的挑戰(zhàn)與對策盡管基于深度學習的行人跟蹤算法在理論上取得了很大的成功,但在實際應用中仍面臨一些挑戰(zhàn)。首先是如何處理復雜的場景和多變的環(huán)境因素。在實際應用中,行人的運動背景可能是復雜的、動態(tài)的,且可能受到光照變化、遮擋等因素的影響。針對這些問題,研究者們提出了多種解決方案。例如,通過采用多模態(tài)信息融合技術,將不同模態(tài)的信息進行整合,以提高算法對復雜場景的適應能力。此外,設計魯棒性更強的網(wǎng)絡結構也是提高算法適應性的有效手段。其次是實時性和效率問題。在保證準確性的同時,需要盡可能地提高運算速度和實時性,以滿足實際應用的需求。針對這一問題,研究者們可以從優(yōu)化模型結構、采用高效的優(yōu)化算法和訓練策略、利用專門的硬件加速器等方面入手。例如,通過剪枝和量化等技術手段對模型進行壓縮和加速,以提高運算速度。此外,采用輕量級的網(wǎng)絡結構和高效的訓練策略也可以進一步提高算法的效率。四、未來研究方向與展望未來,基于深度學習的行人跟蹤算法研究將繼續(xù)向更高精度、更強魯棒性和更高效率的方向發(fā)展。一方面,需要繼續(xù)研究更先進的網(wǎng)絡結構和優(yōu)化算法,以提高模型的準確性和穩(wěn)定性。例如,研究更加復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡結構、探索更好的訓練策略和優(yōu)化算法等。另一方面,需要繼續(xù)探索多模態(tài)信息融合、模型壓縮加速等新技術手段,以提高算法的適應性和效率。此外,隨著人工智能技術的不斷發(fā)展,基于深度學習的行人跟蹤算法還將與其他領域的技術進行深度融合和創(chuàng)新應用。例如,可以將行人跟蹤技術與無人駕駛、智能安防等領域的技術進行結合,實現(xiàn)更加智能化、高效化的應用。五、結語總之,基于深度學習的行人跟蹤算法研究具有重要的理論和實踐意義。未來,我們需要繼續(xù)深入研究和完善這一領域的技術和方法,為更多領域的應用和推廣提供有力支持。六、深入理解與探討在深入探討基于深度學習的行人跟蹤算法時,我們必須認識到其背后的復雜性和多樣性。首先,從模型結構的角度來看,不同的網(wǎng)絡結構對于行人跟蹤的準確性和效率有著顯著的影響。例如,卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(CNN)和循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(RNN)在處理連續(xù)幀的圖像序列時,能夠有效地提取和利用時空信息,這對于提高行人跟蹤的準確性至關重要。其次,優(yōu)化算法和訓練策略也是關鍵因素。
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