基于改进粒子滤波器目标跟踪算法的研究

来源 :安徽大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ustczhy
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
目标跟踪被广泛应用于视频监控、安防系统、智能交通系统及机器人技术等领域,是一些需要确定目标位置、运动和身份等智能系统的核心组成部分,可以说是一个非常棘手而富有挑战性的课题。由于实际应用中存在诸如摄像头运动、目标不稳定、背景复杂以及其他相似移动物体等的困难的情况,人们很难找到一个广泛适用的鲁棒性高的跟踪算法。四十多年前,卡尔曼先生提出了卡尔曼滤波算法,它简单而便于实现,是解决线性高斯环境下的问题的最佳方法。近年来由于技术的发展和应用的需要,出现了一个研究非线性非高斯环境下滤波算法的高潮。   本文首先介绍了近年来常见的一些目标跟踪滤波算法――卡尔曼滤波器(Kalman filter, KF)、扩展卡尔曼滤波器(Extended Kalman filter, EKF),无敏卡尔曼滤波器(Unscented Kalman filter, UKF),粒子滤波器(Particle filter, PF)。KF简单而优雅,是线性高斯环境下的最佳递归贝叶斯滤波器。EKF利用泰勒级数方法,将非线性问题转化到线性空间,再利用卡尔曼滤波器进行估计滤波,并达到一阶估计精度。UKF通过固定样本集达到对状态概率分布的近似,在精度和计算量上较之EKF优秀,但它是利用高斯分布来逼近系统状态的后验概率密度,在复杂的环境中表现差。PF是一种采用蒙特卡罗采样的贝叶斯滤波方法,它将复杂的目标状态分布表示为一组加权值(称为粒子),通过寻找在粒子滤波分布中最大权重的粒子来确定目标最可能所处的状态分布,已成为复杂环境下进行目标跟踪的最好的方法。本论文通过量测非线性模型(正切)的对比实验,证明了PF在非线性环境下有着最优异表现,UKF表现较之EKF优异,而EKF优于KF,与理论分析的结果一致。   在目标跟踪系统中选取描述目标的特征是一个棘手的问题,使用更多的描述目标的特征可以有效提高跟踪的准确性,但会增加计算机的计算量和计算时间,只能取实时性和准确性的折衷。目标颜色直方图特征具有稳定性高、计算量较小的特点,已成为主流的描述目标的特征。描述目标颜色特征的颜色空间有很多种,本文介绍了常见的RGB空间、CMYK空间、HSV空间。其中HSV空间更符合人眼感知色彩的方式,此空间模型具有线性伸缩性良好,色差与颜色分量在相应值上的欧几里德距离成比例等优点。但单一的颜色直方图特征对背景光照变化敏感,而且当有相似颜色干扰信息时,跟踪的准确性大大降低。而目标的结构性特征主要有矩特征,矩特征具有平移、旋转、尺度等不变特性,被广泛应用在图像匹配、姿态识别等领域。   本文结合粒子滤波算法提出一种基于融合目标不变矩特征和颜色直方图特征的目标跟踪方法,其中目标颜色直方图特征的计算是在HSV空间进行的。该方法对目标的颜色信息和结构信息进行融合并建立目标模型,粒子权值的融合比例由应用环境决定,在系统更新过程中比较目标与粒子间的欧几里德距离,淘汰劣质的粒子,增加了粒子的可靠度,减少了噪声的影响。实验数据表明此改进方法有效克服了单一颜色特征模型在应用中的不足,并能够在不影响实时性的基础上提高跟踪的有效性。
其他文献
锥束CT在数据采集的速度、空间分辨率以及射线的利用率等方面,明显优于二维平行束和扇束CT,这对医学影像诊断和工业无损检测有着重要的意义。大面积非晶硅平板探测器在工业透射
随着电子技术的不断发展,数码产品越来越贴近人们的生活。同时手机的CPU速度不断加快,内存容量扩大,输入法更加便捷、操作系统性能提高,手机的性能和功能越来越接近于个人电
随着互联网技术、信息技术和多媒体技术的不断发展,网络应用的种类越来越丰富,其中以流式传输为特点的流媒体系统逐渐成为研究的热点。同时,无线网络研究的发展以及嵌入式手
无线通信技术是如今社会生活中最重要而且与我们生活息息相关的技术,其发展迅速且人们对无线通信的要求越来越高,特别是对通信的服务质量和业务要求,可是随着高数据速率的迅
随着科学技术的快速发展,社会文化的飞速进步,普通的身份辩别因为具有很多缺陷如易遗失,易破解等已被社会所淘汰。人们迫切需求一种越发安全而且能够可靠辨识身份的技术。生
作为一项正在迅速发展的技术,无线传感器网络(WSNs, Wireless Sensor Networks)技术已经得到了广泛的应用并且成了信息技术领域的研究热点之一。在WSNs的设计中,通常要考虑其
系统模型和滤波器设计是定位跟踪的关键技术。随着人们对定位跟踪系统模型研究的不断深入,各种面向复杂应用背景的系统模型随之大量涌现,各种各样的数字滤波算法应运而生。其中
随着用户对各种多媒体业务需求的增加,3GPP提出了长期演进系统(LongTerm Evolution,LTE)。LTE项目是3G的演进,它改进并增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO技术作为其无线网络
H.264/AVC是目前性能最先进的国际视频编码标准。H.264/AVC由视频编码和网络适配两部分组成。为了提高视频通信抗误码的能力特别是分组视频通信抗误码的能力和与视频终端的适