粒子滤波的视频目标跟踪算法研究

目标跟踪是计算机视觉和图像处理的一个重点课题,在视频监控、机器人视觉导航以及智能交通控制中具有广泛的应用前景.通过粒子滤波技术,研究了如何整合颜色特征、前景信息和积分图运算等技术实现视频目标跟踪的粒子滤波算法.在对目标进行分割中采用了混合高斯背景建模方法;同时结合积分直方图的计算方法对颜色特征进行分段统计及相互遮挡的判断,实现基于粒子滤波的目标跟踪算法的优化,解决跟踪中诸如遮挡、光照变化、背景干扰、尺寸变化等难以解决的问题.实验结果表明提出的方法达到了预期目标.     

基于空间直方图的粒子滤波目标跟踪算法

空间直方图融合了目标的颜色信息和颜色的空间分布信息,比传统的颜色直方图更具有目标鉴别能力。在基于粒子滤波算法的目标跟踪系统框架中,采用简单的随机漂移模型表示系统状态模型,通过空间直方图的相似度定义来建立系统观测概率模型,提出一种基于空间直方图的粒子滤波目标跟踪算法。实验结果表明,相比传统的基于颜色直方图的粒子滤波算法,提出的算法具有更好的鲁棒性。     

基于边缘直方图的粒子滤波跟踪算法及其实现

以颜色直方图为特征的运动目标跟踪算法容易受到光线变化及视场内其它同色目标的干扰.采用运动目标的边缘方向直方图作为特征,利用序列重要性采样原理和粒子滤波算法实现了对人体运动目标的跟踪.实验显示了该算法在光线变化及存在同色目标干扰时能够有效跟踪目标.在算法实现过程中,采用积分图计算边缘方向直方图,减少了计算时间,提高了计算速度,达到了实时跟踪的效果.     

粒子滤波连续帧图像中弱目标检测前跟踪的机理研究

基于粒子滤波的检测前跟踪算法是当前连续帧图像中弱目标检测与跟踪的研究热点。鉴于已有研究成果中缺少针对粒子滤波检测前跟踪的机理研究,在Bayes推理框架内,分析了检测前跟踪基于累积观测似然比检测弱目标的原理。在理论上推导了Bayes检测前跟踪递归累积观测数据来实现弱目标检测与跟踪的过程,分析验证了采用粒子滤波过程中未归一化粒子权重实现该过程的机理,并基于该机理实现了一种粒子滤波检测前跟踪算法。仿真试验验证了理论分析的正确性和文中粒子滤波检测前跟踪算法的有效性。     

运动背景下基于粒子滤波的目标跟踪

粒子滤波方法是一种针对非刚性目标运动跟踪的有效工具。运用基于贝叶斯估计的粒子滤波算法,对复杂的运动背景下目标移动进行跟踪。论述了贝叶斯估计理论,推导粒子滤波过程,并将状态粒子决定的区域所对应的色彩直方图用作测量,与目标参考直方图相比较,得出最佳的后验估计。运用窗口粒子平均方法确定目标的坐标,实现跟踪。算法采用单目标以及多目标序列图象进行跟踪实验,并与均值移动(mean-shift)跟踪算法结果进行比较,证明该跟踪算法更为有效。     

基于梯度方向直方图特征和粒子滤波算法融合的目标跟踪

基于梯度方向直方图特征的运动目标跟踪算法在遇到目标遮挡或运动过快时容易丢失目标,基于粒子滤波跟踪算法虽有较强的抗遮挡能力,但存在着计算量大、实时性差等问题.针对这些情况,提出一种融合的跟踪方法:正常情况下基于目标梯度方向直方图特征跟踪目标,当候选目标相似度小于设定阈值时,自动切换到粒子滤波跟踪算法.实验结果显示本算法有效地解决了目标遮挡或运动过快时的丢失问题,同时减轻了粒子的退化现象,提高了算法的实时性,并在图像对比度较低情况下能较好的跟踪目标.     

基于UPF的小目标检测前跟踪算法

为提高对复杂环境下小目标的联合检测和跟踪性能,提出了一种基于粒子滤波的小目标先跟踪后检测(TBD)算法.通过粒子滤波对小目标的运动状态和出现状态进行联合采样,并采用Unscented粒子滤波(UPF)方法对TBD算法进行了具体实现.新算法真正将跟踪思想引入到目标检测中去,对小目标的联合检测与跟踪具有灵敏度高,捕获概率和跟踪性能高,对采样粒子数要求低等优点,能有效增强红外搜索与跟踪系统的"边检测边跟踪"能力.     

基于人类视觉智能和粒子滤波的鲁棒目标跟踪算法

与计算机视觉目标跟踪算法遇到的各种困难和瓶颈不同的是,鲁棒视觉目标跟踪仅仅是人类视觉系统的一项基本功能.为此,基于自顶向下的视觉注意机制,构建了一种相应的计算模型,提出一种利用检测视觉注意力焦点区域的方法来模拟人类视觉系统的全局搜索过程,并用粒子滤波跟踪来模拟人类视觉系统的局部跟踪过程的目标跟踪算法.多组对比实验结果表明了所提出的算法在视觉目标跟踪中的优越性.     

基于序贯检测机制的双目视觉运动目标跟踪与定位方法

为了提高复杂环境下的目标跟踪精度,提出了一种基于序贯检测机制的双目视觉运动目标跟踪方法.该方法在序贯检测机制下,将粒子滤波、稀疏场主动轮廓和CamShift等方法结合.首先用基于颜色特征的粒子滤波估计最优跟踪窗口;通过跟踪窗口和目标的相似度决定足否采用稀疏场主动轮廓方法,然后由目标轮廓和目标的相似度决定是否需要CamS...     

融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪

传统的基于颜色直方图的粒子滤波跟踪算法不能很好地利用跟踪对象的空间结构信息,因此在邻域颜色相似或目标模型微小变化时,不能取得良好的跟踪效果。提出一种融合目标特征和目标空间位置信息的粒子滤波跟踪算法,该算法鉴于目标空间位置包含跟踪对象一定的结构信息,可以和目标特征互为补充,利用定义的融合目标特征和目标空间位置的度量函数来进行跟踪对象相似度度量,以提高跟踪算法的稳健性和精确性。同时针对粒子滤波计算粒子相似度时可并行的特点,运用OpenMP共享存储并行计算进行粒子滤波跟踪的加速。实验表明,基于融合目标特征和空间信息的粒子滤波跟踪算法能得到更鲁棒的跟踪效果,可以有效地提高目标跟踪的速度。     

Improved infrared small target detection and tracking method based on new intelligence particle filter

Track‐before‐detect algorithm based on the particle filter algorithm has the problems of low tracking precision, poor particles, and requiring a large amount of particles to be calculated in a low signal‐to‐noise ratio, which is difficult to meet the accuracy and speed required by the modern infrared search and tracking system. In this paper, an improved infrared small target detection and tracking method based on a new particle filter is proposed. This is where particles are used to represent an individual bat to imitate the hunting process of bats. By adjusting loudness, frequency, and impulse emissivity of a particle swarm, the optimal particle at that time is followed to search in the solution space. In addition, the global search and the local search can also be dynamically switched to improve the quality and distribution of the particle swarm. The performance of the proposed algorithm is tested in a simulation scene and the real scene of the infrared small target detection and tracking. Experimental results show that the proposed algorithm improves the performance of the infrared searching and tracking system.     

一种可以用于小卫星跟踪的平滑粒子滤波器

针对小卫星的地面机动目标跟踪环境日趋复杂,跟踪精度要求日益提高的现状,引入平滑粒子滤波器。算法结合粒子滤波器和吉布斯采样器(Gibbs Sampler),通过对系统的机动性和测量与目标关联问题的平滑估计,很好地解决了在杂波环境下具有非高斯非线性特性机动目标的跟踪问题。在对杂波环境下机动目标跟踪问题的仿真研究中,对比了该算法与BMM PDA算法(BMM,靴带多模型算法)的跟踪性能,结果证明了新的平滑粒子滤波器算法以计算量为代价获得了更好的跟踪性能。     

嵌入卡尔曼预测器的粒子滤波目标跟踪算法*

针对经典的粒子滤波视频目标跟踪算法进行粒子传播采用随机游走的方式,以及传统颜色直方图无法反映目标空间特征的问题,提出了一种改进的基于颜色的粒子滤波目标跟踪算法。该算法在统计目标二阶颜色直方图的基础上,获得粒子的观察概率密度函数,利用卡尔曼滤波确定粒子动态传播模型中的确定性漂移部分,使粒子状态估计值分布更精确地趋向目标的概率分布,大大提高了粒子的利用效率。实验表明,该改进算法的性能优于经典基于单一颜色特征的粒子滤波算法。     

基于二值掩码图像的粒子滤波目标跟踪快速算法

粒子滤波算法是进行运动目标跟踪的一种重要方法。针对传统粒子滤波算法在进行目标跟踪时存在的计算量大、实时性不足的问题,提出一种基于二值掩码图像的粒子滤波目标跟踪快速算法。该算法在传统粒子滤波算法的每个帧处理阶段产生二值掩码图像,再结合权重选择方法移除背景中权重较小的粒子,保留权重较大的重要粒子。提出的算法可以有效减少参与计算的粒子数目,节约算法的计算成本,从而提高目标跟踪的实时性。与传统粒子滤波算法进行比较,实验结果表明,提出的算法不仅能够有效地提高跟踪速度,而且跟踪结果的准确性和鲁棒性也有所增强。     

灰度与速度线索融合红外小目标跟踪

红外小目标跟踪易受到相似目标与背景的干扰,针对此问题提出一种融合灰度与速度线索的红外小目标跟踪算法。该算法通过快速时域高通滤波器滤除噪声并突出目标,利用主分量分析提取速度特征;以分层粒子滤波为框架,首先利用高通滤波图像灰度核函数加权直方图进行第1层粒子滤波,粗略地估计目标状态;然后利用速度线索进行第2层粒子滤波,精确地估计目标状态。实验结果表明,提出的红外小目标跟踪算法具有较强的抗干扰性能和较高的跟踪精度。     

多特征融合的自适应性粒子滤波跟踪算法

为提高粒子滤波视觉目标跟踪算法的实时性与鲁棒性,提出了一种基于多特征融合的自适应性粒子滤波跟踪算法。该算法利用颜色和结构特征表示目标,将两者融合于粒子滤波的框架中,利用融合后的信息计算粒子的权值,以降低算法受目标形变及复杂环境的影响。同时,根据跟踪预测的准确程度动态计算跟踪所需的粒子数目,对采样粒子集进行自适应调整,以提高粒子质量,降低粒子数量,减少算法运算时间。实验结果表明,所提算法对于每帧图像的平均计算时间相对于传统混合跟踪算法缩短了将近一半,而且算法的鲁棒性较强。     

基于形态学Top-hat滤波的红外小目标检测

为了满足红外小目标检测任务实时性高的要求,提出了基于FPGA硬件平台设计小目标检测系统的方法;采用模块化的设计思想并充分发挥FPGA并行运算的能力,利用Altera公司DSP Builder工具,按照Top-hat形态学滤波、阈值分割和质心提取的流程实现硬件算法模块;硬件仿真结果表明,该设计可以快速、可靠地检测出动态红外小目标,并具有一定的抗干扰能力,为高速小目标检测系统的研发提供了一种可行的方案。     

双特征模型核相关滤波目标跟踪算法

目的 基于深度学习的目标跟踪算法,利用卷积深层作为特征,虽然精度高但无法做到实时跟踪;基于相关滤波的跟踪算法,利用HOG（histogram of oriented gridients）、CN（color name）和颜色直方图作为特征,速度快但精度较差。为兼顾目标跟踪算法的实时性与准确性,提出了一种基于双模型核相关滤波算法。方法 提出了自适应的双特征模型选择机制,主特征模型采用浅层纹理特征HOG,辅助特征模型采用包含深层语意信息的CNN（convolutional neural networks）特征,二者协同作用,产生更加稳定的相关滤波器。为了提高算法的速度,采用主成分分析（PCA）技术对高维的CNN特征进行降维,并通过尺度优化、最优解求解方式优化等方法提高跟踪算法的准确性。结果 在公开数据集OTB-2013上,本文算法与目前先进且速度能达到实时的SiamFC（fully-convolutional Siamese networks）、MEEM（multiple experts using entropy minimization）、SAMF（scale adaptive multiple features）、DSST（discriminative scale space tracking）等跟踪算法进行比较,一次成功率（OPE）结果显示,本文算法在距离精准度指标中综合排名第一,与KCF（kernel correlation filter）算法相比,本文算法的距离精准度提高了25.2%,重叠成功率提高了25.6%,平均速度达到38帧/s。结论 本文提出的双模型自适应机制,针对主特征模型的置信响应自适应调用最优模型策略,并且实时更新模型,在综合考虑跟踪准确性和跟踪实时性的情况下,本文提出的目标跟踪算法的性能优于目前的跟踪算法。