卡尔曼滤波在图象识别中的应用
图像处理技术在视觉检测中的应用教程
图像处理技术在视觉检测中的应用教程随着科技的不断发展和进步，图像处理技术已经广泛应用于各个领域中。
其中，在视觉检测中，图像处理技术可以帮助我们精确、高效地检测目标物体，并提供准确的结果。
本文将介绍图像处理技术在视觉检测中的应用，并提供一些实用的教程。
一、图像处理技术概述图像处理技术是指利用计算机对图像进行数字化处理的技术，可以通过对图像进行预处理、分割、特征提取和分类等操作，来实现对图像内容的分析和识别。
在视觉检测中，图像处理技术可以用于目标检测、目标识别、目标跟踪等任务。
二、图像预处理图像预处理是在进行后续处理之前对图像进行一系列的预处理操作，以消除图像中的噪声、调整图像的亮度和对比度，增强图像的细节等。
在视觉检测中，图像预处理可以使得图像更加清晰、准确，为后续的处理提供更好的基础。
1. 噪声去除噪声是指图像中一些随机分布的杂点，它会影响到图像的质量和准确性。
常见的噪声有高斯噪声、椒盐噪声等。
为了去除图像中的噪声，可以使用滤波器，如均值滤波、中值滤波等。
2. 对比度增强对比度指的是图像中不同灰度级之间的区分度。
如果图像的对比度较低，会导致目标物体的边缘不清晰，难以分辨。
可以通过直方图均衡化等方法来增强图像的对比度，使目标物体更加明显。
3. 边缘增强边缘是图像中目标物体与背景之间的分界线，是视觉检测中重要的特征之一。
通过应用边缘增强算法，可以使图像中的边缘更加清晰、明显，有助于目标物体的检测和识别。
三、目标检测目标检测是指在图像中准确地找出目标物体的位置和边界框。
目标检测是视觉检测中最关键的一步，也是最具挑战性的一步。
以下是两种常见的目标检测方法。
1. Haar特征分类器Haar特征分类器是一种基于人工特征的目标检测方法，它通过计算图像中的Haar特征值来判断目标物体是否存在。
Haar特征值是通过计算图像中不同位置和大小的矩形区域中像素灰度和的差异得到的。
通过训练Haar特征分类器，可以达到对目标物体进行准确检测的目的。
智能交通系统中的模式识别算法使用教程
智能交通系统中的模式识别算法使用教程智能交通系统作为一种应对交通流量增长和交通管理挑战的解决方案，已经成为现代城市发展的重要组成部分。
而模式识别算法在智能交通系统中扮演着至关重要的角色，它们能够分析交通数据，识别出道路上的车辆和行人等模式，进而提供准确的交通流量预测和交通事件检测等功能。
本文将为读者介绍智能交通系统中常用的几种模式识别算法，并提供相应的使用教程。
一、图像识别算法图像识别算法是智能交通系统中最常用的模式识别算法之一。
它通过分析交通监控摄像头所捕捉到的图像，并通过图像处理技术与机器学习算法对图像进行识别和分类。
以下是如何使用图像识别算法来实现车辆识别的教程：1. 数据收集和预处理：首先，需要收集一定数量的交通监控摄像头捕捉到的图像数据，并对图像进行预处理。
预处理包括图像的去噪、尺寸调整等操作，以保证后续的图像识别算法能够正确处理。
2. 特征提取：在进行图像识别之前，需要从图像中提取出具有区分性的特征。
常用的特征包括车辆的形状、颜色等。
可以使用各种图像处理方法，如边缘检测、颜色分割等来提取这些特征。
3. 训练模型：通过使用机器学习算法，将提取出的特征与标注好的图像一起训练模型。
常用的机器学习算法包括支持向量机、决策树等。
训练模型的目标是使其能够正确地将不同类型的车辆进行分类。
4. 测试与应用：在模型训练完成后，可以使用测试数据来评估模型的准确性。
然后，将训练好的模型应用于实际的智能交通系统中，对交通监控图像进行识别和分类，并输出结果。
二、数据挖掘算法数据挖掘算法是智能交通系统中另一类常用的模式识别算法。
它可以通过对原始交通数据集的分析，发现数据中隐藏的模式、规律和关联性，提供有关交通流量预测、交通事件检测等方面的有用信息。
以下是如何使用数据挖掘算法来实现交通流量预测的教程：1. 数据收集和预处理：首先，需要从交通监测设备中收集到足够的交通数据。
这些数据包括车辆通过时间、车速、车辆类型等信息。
卡尔曼滤波理论及在机器人中的应用研究
卡尔曼滤波理论及在机器人中的应用研究摘要：卡尔曼滤波提供了一种高效可计算的方法来估计过程的状态，并使估计均方误差最小,它在用于线性离散随机系统中具有滤除噪声的能力以及很好的收敛性。
经试验表明，在机器人足球比赛中使用卡尔曼滤波，克服了视觉传感器采集回来的数据含有大量噪声的问题，因此能够更好地进行自我定位，执行上层策略，大大提高了准确性，减少了误差。
关键词：卡尔曼滤波；状态方程；机器人足球；自我定位；准确性1 卡尔曼滤波1.1 卡尔曼滤波简介卡尔曼滤波是Kalman提出的从与被提取信号有关的观测量中，通过算法估计出所需信号的一种滤波方法，他将状态空间的概念引入随机估计理论中，将信号过程视为白噪声作用下的一个线性系统的输出，用状态空间的概念来描述这种输入输出关系。
估计过程中利用系统状态方程、观测方程以及系统过程噪声、观测噪声的统计特性构成滤波算法。
卡尔曼滤波是一套由计算机实现的实时递推算法，它所处理的对象是随机信号，利用系统噪声和观测噪声的统计特性，以系统的观测量作为滤波器的输入，以系统的状态作为滤波的输出，滤波器的输入与输出由时间更新和观测更新算法联系在一起，根据系统状态方程和观测方程估计出所需要处理的信号。
1.2 卡尔曼滤波基本理论卡尔曼滤波是根据上一状态的估计值和当前状态的观测值推算出当前状态的估计值的滤波方法，是一种高效率的递归滤波器，其5条核心的公式如下：X(k|k-1)=A X(k-1|k-1)+B U(k)(1)其中，X(k|k-1)是指利用上一状态预测的结果，X(k-1|k-1)表示上一状态最优的结果，U(k)表示现在状态的控制量，如果没有控制量，它可以为0，A和B表示系统参数，对于多模型系统，它们为矩阵。
这一步利用系统的过程模型，预测了下一状态的系统，实现了系统结构的更新。
P(k|k-1)=A P(k-1|k-1) A’+Q（2）其中，P(k|k-1)是指X(k|k-1)对应的协方差，P(k-1|k-1)表示上一状态最优结果X(k-1|k-1)对应的协方差，A’表示A的转置矩阵，Q表示系统过程的协方差。
Matlab中的机器视觉和图像识别方法
Matlab中的机器视觉和图像识别方法引言近年来，随着计算机科学和人工智能的日益发展，机器视觉和图像识别在各个领域中扮演着越来越重要的角色。
这两个领域的快速发展为我们提供了许多解决实际问题的方法和工具。
而Matlab作为一种流行的科学计算环境，提供了丰富的函数和工具箱用于机器视觉和图像识别任务。
本文将探讨在Matlab中常用的机器视觉和图像识别方法，并介绍一些实际应用案例。
1. 图像处理基础在进行机器视觉和图像识别任务之前，我们首先需要了解一些基本的图像处理概念和技术。
Matlab提供了一系列的图像处理函数，可以用于图像的预处理和增强。
例如，我们可以使用imread函数读取图像文件，并使用imwrite函数保存图像文件。
此外，Matlab还提供了一些用于灰度化、二值化、滤波等图像处理操作的函数。
2. 特征提取特征提取是图像识别的关键步骤之一。
在机器视觉和图像识别任务中，我们常常需要从原始图像中提取出有用的特征来描述图像的特点。
Matlab提供了多种特征提取方法的函数和工具箱。
例如，SIFT（尺度不变特征变换）算法可以用于检测和描述图像中的关键点和局部特征。
而HOG（方向梯度直方图）算法则用于检测和描述图像中的形状和边缘特征。
3. 目标检测目标检测是机器视觉和图像识别中的一个重要任务。
它的目标是在图像中定位和识别出特定的目标物体。
Matlab提供了多种目标检测方法的函数和工具箱。
例如，常用的Haar级联检测器可以用于检测人脸和其他物体。
此外，Matlab还提供了YOLO（You Only Look Once）和Faster R-CNN（Region-based Convolutional Neural Networks）等基于深度学习的目标检测方法。
4. 图像分类图像分类是图像识别的核心任务之一。
它的目标是将输入的图像分为不同的类别或标签。
在图像分类任务中，我们常常需要使用训练集来训练一个分类器，并使用测试集来评估分类器的性能。
卡尔曼滤波器的原理与应用
卡尔曼滤波器的原理与应用1. 什么是卡尔曼滤波器？卡尔曼滤波器（Kalman Filter）是一种用于估计系统状态的数学算法，它通过将系统的测量值和模型预测值进行加权平均，得到对系统状态的最优估计。
卡尔曼滤波器最初由卡尔曼（Rudolf E. Kálmán）在20世纪60年代提出，广泛应用于航天、航空、导航、机器人等领域。
2. 卡尔曼滤波器的原理卡尔曼滤波器的原理基于贝叶斯滤波理论，主要包括两个步骤：预测步骤和更新步骤。
2.1 预测步骤预测步骤是根据系统的动力学模型和上一时刻的状态估计，预测出当前时刻的系统状态。
预测步骤的过程可以用以下公式表示：x̂k = Fk * x̂k-1 + Bk * ukP̂k = Fk * Pk-1 * Fk' + Qk其中，x̂k为当前时刻的状态估计，Fk为状态转移矩阵，x̂k-1为上一时刻的状态估计，Bk为输入控制矩阵，uk为输入控制量，Pk为状态协方差矩阵，Qk为过程噪声的协方差矩阵。
2.2 更新步骤更新步骤是根据系统的测量值和预测步骤中的状态估计，通过加权平均得到对系统状态的最优估计。
更新步骤的过程可以用以下公式表示：Kk = P̂k * Hk' * (Hk * P̂k * Hk' + Rk)^-1x̂k = x̂k + Kk * (zk - Hk * x̂k)Pk = (I - Kk * Hk) * P̂k其中，Kk为卡尔曼增益矩阵，Hk为测量矩阵，zk为当前时刻的测量值，Rk 为测量噪声的协方差矩阵，I为单位矩阵。
3. 卡尔曼滤波器的应用卡尔曼滤波器广泛应用于以下领域：3.1 导航与定位卡尔曼滤波器在导航与定位领域的应用主要包括惯性导航、GPS定位等。
通过融合惯性测量单元（Inertial Measurement Unit）和其他定位信息，如GPS、罗盘等，卡尔曼滤波器可以提高导航与定位的准确性和鲁棒性。
3.2 机器人控制卡尔曼滤波器在机器人控制领域的应用主要包括姿态估计、移动定位、目标跟踪等。
滚动时域估计与扩展卡尔曼滤波-概述说明以及解释
滚动时域估计与扩展卡尔曼滤波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：滚动时域估计是一种基于时间序列数据的估计方法，它能够实时地对数据进行连续的估计和预测。
相较于传统的批量估计方法，滚动时域估计具有更高的实时性和适应性，可以应用于各种领域的数据处理和分析中。
扩展卡尔曼滤波是一种常用的信号处理和状态估计方法，它可以应对非线性和非高斯的系统模型。
扩展卡尔曼滤波通过不断更新系统状态的估计值和协方差矩阵，能够较准确地估计系统的状态并实现滤波、预测和数据关联等功能。
本文将对滚动时域估计和扩展卡尔曼滤波进行详细讨论和比较。
首先，我们将介绍滚动时域估计的定义和原理，包括滚动窗口、递推估计和预测等关键概念。
然后，我们会探讨滚动时域估计的应用领域，例如信号处理、时间序列分析、金融数据预测等。
接着，我们会分析滚动时域估计的优势和挑战，包括实时性、适应性、计算复杂度等方面的考虑。
在扩展卡尔曼滤波部分，我们将介绍扩展卡尔曼滤波的基本原理，包括状态空间模型、观测方程、状态估计和协方差更新等关键过程。
然后，我们会探讨扩展卡尔曼滤波的应用场景，例如导航系统、机器人定位、传感器数据融合等。
最后，我们将介绍扩展卡尔曼滤波的改进和发展，包括无迹卡尔曼滤波、粒子滤波等扩展方法。
文章的结论部分将对滚动时域估计和扩展卡尔曼滤波进行比较和总结，讨论它们在实践中的优劣和适用性。
同时，我们将展望滚动时域估计和扩展卡尔曼滤波的未来发展方向，讨论它们在各个领域的应用前景和挑战。
通过本文的探讨和比较，读者将能够全面了解滚动时域估计和扩展卡尔曼滤波的原理、应用和发展趋势，为相关领域的研究和实践提供参考和指导。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包括以下内容：在本文中，我们将探讨滚动时域估计与扩展卡尔曼滤波两种方法的原理、应用领域、优势和挑战，以及它们之间的比较和应用前景。
文章将由以下几个部分组成：第一部分是引言部分。
在这一部分，我们将对整篇文章进行一个概述，介绍滚动时域估计和扩展卡尔曼滤波的基本概念，以及文章的目的和结构。
计算机视觉的十大算法
计算机视觉的十大算法计算机视觉的十大算法包括：1.卷积神经网络：这是计算机视觉领域最重要的算法之一，通过学习和提取图像中的特征，实现图像分类、目标检测和图像分割等任务。
2.支持向量机：这是一种监督学习算法，广泛应用于图像分类和目标检测。
它通过构建一个最优的超平面来实现分类任务，具有较高的准确性和泛化能力。
3.主成分分析：这是一种常用的降维算法，用于减少图像数据的维度。
它通过找到数据集中的主要特征，将高维数据映射到低维空间中，从而实现图像压缩和特征提取。
4.卡尔曼滤波器：这是一种用于估计系统状态的算法，常用于目标跟踪和运动估计。
它通过融合传感器测量值和系统模型，实现对目标位置和速度等状态的准确估计。
5.随机森林：这是一种集成学习算法，由多个决策树组成。
通过对每个决策树的投票结果进行整合，实现图像分类和目标检测等任务。
6.图像分割算法：这是将图像划分为不同区域的过程，常用于目标检测和图像处理。
有许多图像分割算法，如基于阈值的分割、基于边缘的分割和基于区域的分割等。
7.特征点检测与描述：这是计算机视觉中的重要任务，用于在图像中找到具有独特性质的关键点。
直方图均衡化：这是一种用于增强图像对比度的方法，通过重新分配图像的灰度级，使得图像的直方图更加平坦。
8.背景建模：这是一种用于提取图像中前景目标的算法，常用于视频监控和运动检测。
通过对连续帧图像进行比较，提取出动态变化的目标区域。
9.深度学习：深度学习是一种基于神经网络的机器学习方法，通过多层次的神经网络结构实现对图像的分类和识别。
深度学习在计算机视觉领域取得了巨大的突破。
这些算法在计算机视觉领域中都有广泛的应用，并在不同的任务中发挥着重要的作用。
卡尔曼滤波在视觉伺服机器人控制中的应用
Ｖｏｌ２８ Ｎｏ． ＿ ３
Ｊ ｎ ｕ ．
２０ ０７
文章 编 号 ：６ ２—６ ７ （ ０ ７ ０ ０ ３ ０ １７ ８ １ ２ ０ ） ３— ０ ５— ４
卡 尔 曼 滤 波在 视 觉伺 服 机 器 人 控 制 中的应 用
王 纪 ， 叶宇程 ， 阎保定 ， 孙立 功
（ 南 科 技 大 学 电子 信 息 工 程 学 院 ， 南 洛 阳 ４ １０ ） 河 河 ７ ０ ３
低 、 时性强 ， 别是 经历 了初 始滤 波的过 渡状 态后 ， 实 特 滤波效 果 非常好 ， 工程上 具 有广泛 应 用 。本文 在 在
基 于特 征差 异 的彩色 目标 识别方 法基 础上 ， 在连 续 的 帧 图像 处 理 中 ， 用 卡尔 曼 滤 波 方法 ， 过 对 运 动 应 通 目标 位置 的预 测 ， 小 图像 的处理 范 围 ， 大减 少 了图像 处 理 数据 量 ， 著提 高 了彩 色运 动 目标 识别 和 缩 大 显
摘 要 ： 基 于视 觉 伺 服 的 机 器 人 控 制 中 ， 确 跟 踪 动 态 目标 的关 键 在 于 快 速 准 确 地 完 成 连 续 图 像 中 的 目标 辨 在 准
识 。本 文在 基 于 特 征 差 异 的 彩 色 目标 识 别 方 法 的 基 础 上 ， 用 卡 尔 曼 滤 波 算 法 对 运 动 目标 位 置 是 提取 目标 最 简颜色 特征 集 ， 于 复杂 形状 的彩 色 目标 ， 表 面 的颜 色 特 征 数 量惊 人 。 对 其 若定 义 ｃ 为其 中的一 条颜 色特 征 ， 目标 的颜 色特 征集 ｃ可表示 为 Ｃ ＝ ｛ １ ｃ ， ３ … ， 。 ｆ 则 ｃ ， ２ ｃ ， ｃ ｝ 若用 最 少数 量 的颜色 特征 Ｃ ， ｍ ｍｌ Ｃ ２∈ Ｃ 就 可 以满 足 系统 的鲁 棒性 ， 么 目标 最 简颜 色 特 征 集 ｃ 可 定 义 为 Ｃ ＝ ， 那 ｍ ｍ
视频监控中的物体识别与跟踪技术
视频监控中的物体识别与跟踪技术随着科技的发展，视频监控技术也在不断地更新和完善。
其中，物体识别和跟踪技术是一个非常重要的方向。
它能够帮助监控系统自动地检测和跟踪物体，提高监控的效率和准确率。
本文将围绕这一主题，从几个方面进行探讨。
一、物体识别技术的概述物体识别技术是基于图像处理和计算机视觉技术的一种高级视觉分析方法。
它的目的是识别图像中的物体，并对物体进行分类、识别和分析。
在视频监控中，物体识别技术主要应用于目标的检测和识别，可以实现对监控区域内的各种物体的自动检测和识别。
物体识别技术的实现通常需要靠计算机视觉算法，在对图像进行分析后，通过选取合适的特征，来实现目标的识别。
算法的选择和特征的提取直接影响到物体识别的效果和性能。
在物体识别技术的实现中，还需要考虑目标的大小、形状、方向等因素，这也对算法和特征的选择提出了更高的要求，以达到更好的识别效果。
二、物体跟踪技术的原理物体跟踪技术是在目标被检测出后，通过连续的图像帧，实现目标的持续跟踪。
目标的跟踪需要实时处理图像帧，并对图像中物体的位置、大小、方向等参数进行估计，从而实现对目标的跟踪。
物体跟踪技术的实现通常依赖于多种算法和技术手段，包括滤波器、卡尔曼滤波、粒子滤波、支持向量机等。
其中，卡尔曼滤波是比较常见的目标跟踪算法，它的主要思想是通过对目标位置和速度的预测，来进行目标的跟踪。
不过，卡尔曼滤波算法也存在一些局限性，比如容易受到噪声的影响而导致跟踪失败等。
粒子滤波技术是另一种有效的跟踪算法，它通过对目标的状态进行随机采样和估计，来实现对目标的跟踪。
粒子滤波算法具有较好的鲁棒性和适应性，能够适应多种目标的跟踪需求。
三、物体识别和跟踪技术的应用物体识别和跟踪技术已经广泛应用于视频监控、智能交通、智能家居、智能安防等领域。
其中，在视频监控领域，物体识别和跟踪技术的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1、环境感应和自动控制利用物体识别和跟踪技术，视频监控系统可以实现对环境的感应和自动控制，对于不同的事件做出相应的反应，比如检测到有人员入侵时，可以自动警戒或报警。
卡尔曼滤波
卡尔曼滤波是一种高效率的递归滤波器(自回归滤波器), 它能够从一系列的不完全包含噪声的测量(英文:measurement)中，估计动态系统的状态。
应用实例卡尔曼滤波的一个典型实例是从一组有限的，对物体位置的，包含噪声的观察序列预测出物体的坐标位置及速度. 在很多工程应用(雷达, 计算机视觉)中都可以找到它的身影. 同时，卡尔曼滤波也是控制理论以及控制系统工程中的一个重要话题.比如,在雷达中,人们感兴趣的是跟踪目标,但目标的位置,速度,加速度的测量值往往在任何时候都有噪声.卡尔曼滤波利用目标的动态信息,设法去掉噪声的影响,得到一个关于目标位置的好的估计。
这个估计可以是对当前目标位置的估计(滤波),也可以是对于将来位置的估计(预测)，也可以是对过去位置的估计(插值或平滑).命名这种滤波方法以它的发明者鲁道夫.E.卡尔曼（Rudolf E. Kalman）命名. 虽然Peter Swerling实际上更早提出了一种类似的算法.斯坦利.施密特(Stanley Schmidt)首次实现了卡尔曼滤波器.卡尔曼在NASA埃姆斯研究中心访问时,发现他的方法对于解决阿波罗计划的轨道预测很有用,后来阿波罗飞船的导航电脑使用了这种滤波器. 关于这种滤波器的论文由Swerling (1958), Kalman (1960)与 Kalman and Bucy (1961)发表.目前,卡尔曼滤波已经有很多不同的实现.卡尔曼最初提出的形式现在一般称为简单卡尔曼滤波器.除此以外,还有施密特扩展滤波器,信息滤波器以及很多Bierman, Thornton 开发的平方根滤波器的变种.也行最常见的卡尔曼滤波器是锁相环，它在收音机,计算机和几乎任何视频或通讯设备中广泛存在.卡尔曼滤波器– Kalman Filter1．什么是卡尔曼滤波器（What is the Kalman Filter ）在学习卡尔曼滤波器之前，首先看看为什么叫“卡尔曼”。
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∑∑c (m
+ i, n + j) x ( m + i, ( 13 )
4, N = 100, 则有 64000000 次计算 , 如此之大的计
达最小原则来确定的 , 由此则有 1 -B c ( m + i, n + j) = e A 9 其中
A = x ( m + i, n + j)
( 14 )
算量给应用造成很大的不便 . 为了减少计算次数 , 就需要对上述直接扩展形式进行必要的转化和改 造.
EV (m ) = 0
T cov ( V ( m ) , V ( n ) ) = E ( V ( m ) ・V ( n ) ) = R
( m )δ mn
T cov (W ( m ) , V ( n ) ) = E (W ( m ) ・V ( n ) ) = 0
EX ( 0 ) = X ^ ( 0)
varX ( 0 ) = E [ X ( 0 ) - X ^ ( 0) ] ・ [ X ( 2005 年
- 1
(m ) ] (m ) ]
( 5) ( 6) ( 7)
+W ( m , n )
( 11 )
X ^ a (m ) = X ^ b ( m ) + K ( m ) ・ [ Z ( m ) - H ・X b Pa ( m ) = [ I - K ( m ) ・H ] ・Pb ( m )
X ^ ( m , n ) = F ( m + i, n + j) X ( m + i, n + j) + K ( m , n ) [ z ( m , n ) - F ( m + i, n + j) X ( m + i, n +
T T
计 假设被干扰的图象其干扰的噪声满足广义的 马尔可夫随机场 , 象素 ( i, j) 的灰度 X ( m , n ) 线性 表示
> 2D. 当 N R = D 时 , 计算量为最小 , 则最小邻域宽
度为 : 当 D = 1 时 , 对于二维图象 , 最小邻域宽度 为 W = 9. 取一个保留象素点和其周围的 8 个象素 点作为最小滤波邻域 .
2. 2 最小滤波邻域二维离散 Kalm an滤波器的设
其中 , v ( m , n ) 为零均值 , 方差为 r ( m , n ) d 的白噪 声. 按最小线性方差估计 , 得到 ( m , n ) 点的 3 × 3 邻域内的二维离散 Ka lm an 滤波器的递推公式为 滤波方程 :
2
从 ( 8 ) , ( 9 ) 式可以直接看出 , 当 i, j的选择范围变 化时 , 两个方程的计算量将有所变化 . 对于一个 N × N 象素点图象 , 令 i, j选择为 M , N ( N > M ) , 对
3 于 ( 8 ) 式的计算次数约为 (M × N ) , 若选择 M =
i = - 1 j= - 1
1 Kalm an 滤波器简介
1. 1 一维离散 Kalm an 滤波器简介
( 0 ) ] = P0
T cov [ X ( 0 ) , W ( m ) ] = EX ( 0 ) ・W ( m ) = 0 T cov [ X ( 0, V ( m ) ] = EX ( 0 ) ・V ( m ) = 0
B = x ( m + i, n + j) - x ( m + i - 1, n + j)
2 最小滤波邻域的二维 Kalm an 滤
波器设计
2. 1 最小邻域宽度的选取
我们可以通过选择保留象素点的个数 N R 、 邻 域宽度 W 并利用噪声的“ 相关距离 ” D 来确定最 小滤波邻域
[1 ]
在图象处理过程中 , 一般采用横向滤波方向 , 这是由于图象的数据采集顺序决定的 , 但也有时 采用纵向为滤波方向 , 这时状态转移矩阵的元素 变为 1 -B ( 15 ) c ( m + i, n + j) = e A 9 其中
A = x ( m + i, n + j) B = x ( m + i, n + j) - x ( m + i, n + j - 1 )
, 邻域宽度为
3
W = 2D + N R ( 2D + N R ) 每个点的计算量正比于 , 其中 N R NR
观测方程为
Z (m , n ) = x (m , n ) + v (m , n ) ( 16 )
对滤波器结构进行改造 , 因而最小邻域二维离散 Kalm an滤波器仍具有滤波效果好 、 收敛速度快等 特点 .
( 2 )最小邻域二维离散 Kalm an 滤波器的运
3 结果分析
运算采用横向滤波 , 3 ×3 图象 : 叠加噪声信 噪比 SNR = 8. 0. 均值 方差 信噪比
118. 0 119. 78 140. 67 167. 11 187. 11 192. 56 484. 0 1094. 58 3079. 76 841. 00 676. 06 676. 00 10. 59 10. 99 8. 42 7. 79 8. 01 8. 01
第 21 卷 第 3期
哈尔滨师范大学自然科学学报
NATURAL SC IENCES JOURNAL OF HARB I N NORMAL UN I V ERSITY
Vol . 21, No. 3 2005
卡尔曼滤波在图象识别中的应用
李智华 王玉文
(哈尔滨师范大学 )
【 摘要 】 最小邻域法使二维 Kalm an滤波技术得以在实时图象处理和识别领域 中应用 . 这种方法的优点是既保持了 Kalm an 滤波技术原有的性能 , 又大大地缩减了 计算量 . 该方法对初值的给定范围要求不高 ,并且收敛速度快 ,滤波效果好 . 关键词 : 图象识别 ; 卡尔曼滤波 ; 邻域
[4 ]
j) ]
( 17 )
1 1 2
一步预报方差方程 :
Pm /m - 1 ( m , n ) =
i=- 1
:
T
X ^ ( m , n ) = F ( m + i, n + j) ・X ( m + i, n + j)
∑ ∑c
j= - 1
(m
+
i, n
+
第 3 期 卡尔曼滤波在图象识别中的应用
0 引言
鉴于 Kalm an 滤波在一维空间状态估计中具 有优越的性能和良好的滤波效果 ,近年来 ,人们做 了许多设想 ,试图将 Kalm an滤波技术应用于二维 图象处理与识别领域 ,然而直接将 Kalm an滤波方 法扩展到二维空间 ,将导致巨大的计算量 ,而使得 [1] 该方法的应用受到限制 . 为此 , 文献 提出邻域 Kalm an 滤波技术和压缩 Kalm an 滤波技术 , 在提 高 Kalm an滤波器的速度方面作出了重要贡献 ,但 这还不能将此方法用于实时图象处理和识别 , 因 此本文提出既能保持 Kalm an 滤波技术在实时图 象处理和识别领域中得以应用 .
17
j) Pm - 1 /m - 1 ( m , n ) + q ( m , n )
( 18 ) +
增益方程 :
K (m , n ) r (m , n ) ] = Pm /m - 1 ( m , n ) / [ Pm /m - 1 ( m , n ) ( 19 )
2
程序运行得到的上述结果表明 , 采用 3 × 3最 小邻域 Ka lm an 滤波器具有良好的滤波效果和较 快速的收敛速度 , 而且程序运行速度接近非递推 二维 Ka lm an 滤波器的运行速度 .
( 3 ) , ( 4 ) , ( 5 ) , ( 6 ) , ( 7 ) 构成一维离散 Kal2
- 1 ) , c ( i + 1, j) , c ( i + 1, j + 1 ) }
X ( m + i, n + j) = { x ( i - 1, j - 1 ) , x ( i - 1, j) , x ( i - 1, j + 1 ) , x ( i, j - 1 ) , x ( i, j) x ( i, j + 1 ) , x ( i +
收稿日期 : 2005 - 03 - 25
由此得到状态变量的 X ( m ) 线性最小方差估 计的递推形式为 : X ^ b ( m ) = F ・X ^a (m - 1 )
T
( 3)
T
Pb ( m ) = F ・Pa ( m - 1 ) F + G ・Q ( m ) ・G
T T
( 4) K ( m ) = Pb ( m ) H ・ [ H ・ Pb ( m ) ・ H + Q
其中
F ( m + i, n + j) = { c ( i - 1, j - 1 ) , c ( i - 1, j) , c ( i - 1, j + 1, c ( i, j - 1 ) , c ( i, j) , c ( i, j + 1 ) , c ( i + 1, j
式中 , 下标 a, b分别代表滤波和预报 .
APPL I CAT I O N OF KALM AN F I L TER ING ON I M AGE
L i Zhihua W ang Yuwen
m an滤波器的递推公式 , 利用此递推方程组 , 可以
得到 X ( m ) 线性最小方差估计值 X ^ (m ) .
1. 2 二维离散 Kalm an 滤波器
1, j - 1 ) x ( i + 1, j) , x ( i + 1, j) , x ( i + 1, j + 1 ) }