常用算法简介(5)

2019-04-16 23:33

声有一定的鲁棒性。 3、 粒子滤波跟踪算法

粒子滤波算法的核心思想是随机采样和重要性重采样。在不知道目标在哪里的情况下,随机向场景中分散粒子,撒完粒子后,根据特征相似度计算每个粒子的重要性,然后在重要的地方多撒粒子,不重要的地方少撒粒子。所以说粒子滤波较之蒙特卡洛滤波计算量较小。这种思想虽然简单,但效果往往很好。

粒子滤波实现对目标的跟踪通常分以下四个步骤: (1) 初始化阶段-提取跟踪目标特征

该阶段要人工指定跟踪目标,程序计算跟踪目标的特征,比如可以采用目标的颜色特征。这点和CamShift算法类似,不能实现自动初始化。但我们可以在初始时给定一个颜色样本,实现程序的半自动初始化。然后计算该区域色调(Hue)空间的直方图,即为目标的特征。直方图可以用一个向量来表示,所以目标特征就是一个N?1的向量V。

(2) 搜索阶段—分撒搜索粒子

获取目标特征后,在场景中分撒许多搜索粒子去搜索目标对象。粒子分撒有许多种方式。比如,a) 均匀分撒。即在整个图像平面均匀的撒粒子(uniform distribution);b)在上一帧得到的目标附近按照高斯分布来放,可以理解成,靠近目标的地方多放,远离目标的地方少放。粒子放出去后按照初始化阶段得到的目标特征(色调直方图,向量V)计算它所处的位置处图像的颜色特征,得到一个色调直方图,向量Vi,计算该直方图与目标直方图的相似性(直方图匹配)。相似性有多种度量,最简单的一种是计算?Vi?V。每个粒子算出相似度后再做一次归一化,使得所有的粒子得到的相似度之和等于1。

(3) 决策阶段

分撒出去的每个粒子将返回其所处位置的图像信息。比如,一号粒子处图像与目标的相似度是0.3,二号粒子处图像与目标的相似度是0.02,三号粒子处图像与目标的相似度是0.0003,N号粒子处图像与目标的相似度是0.013,然后做加权平均。设N号粒子的图像像素坐标是(xn,yn),它报告的相似度是?n,于是目标最可能的像素坐标X??(xn??n),Y??(yn??n)。

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(4) 重采样阶段

在新的一帧图像里,为了搜索到目标的新位置,需要再分撒粒子进行搜索。分撒粒子时要根据上一帧各个粒子返回的相似度报告。比如,一号粒子处图像与目标的相似度是0.3,二号粒子处图像与目标的相似度是0.02,三号粒子处图像与目标的相似度是0.0003,N号粒子处图像与目标的相似度是0.013。综合所有粒子的报告,一号粒子处的相似度最高,三号粒子处的相似度最低,于是要重新分撒粒子,在相似度最高的粒子那里放更多条粒子,在相似度最低的粒子那里少放粒子,甚至把原来那条粒子也撤回来。这就是重要性重采样(根据重要性重新分撒粒子)。

(2)->(3)->(4)->(2)如是反复循环,即完成了目标的动态跟踪。粒子滤波跟踪算法可用于视频监控领域,可以跟踪速度较快的跟踪目标。

除了前面所介绍的这些常用基本方法之外,还有很多方法,随着研究的不断深入,一些新兴的研究课题也不断涌现,比如,在机器学习方面出现的深度学习理论(deep learning),稀疏表达理论在跟踪中的运用,随机游走、图理论在图像分割中的使用,多模块交叉融合(识别与分割融合、分割与跟踪融合等)等等。

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