基于自适应粒子滤波的无人机目标跟踪算法研究
基于IMM算法目标跟踪
基于IMM算法目标跟踪目标跟踪是指通过计算机视觉技术对感兴趣的目标进行实时定位和跟踪。
目标跟踪在许多领域具有广泛的应用，如智能监控、机器人导航、无人驾驶等。
其中，IMM（Interacting Multiple Model）算法是一种常用于目标跟踪的滤波算法，具有良好的鲁棒性和准确性。
IMM算法是一种基于多模型的目标跟踪方法，其原理是通过将多个不同的滤波器模型组合起来，以适应不同运动模型的目标。
IMM算法的核心思想是通过权重的动态调整，在不同的时间步长选择最优的模型来预测目标的状态。
IMM算法的主要步骤如下：1. 初始化：首先，根据已有的传感器测量数据，初始化目标状态的概率分布。
通常使用卡尔曼滤波器（Kalman Filter）或粒子滤波器（ParticleFilter）来估计初始状态。
2. 模型选择：根据当前的目标状态估计，计算每个模型的权重。
权重的计算可以基于目标状态的预测误差或观测误差来进行。
常用的方法有最大似然估计（Maximum LikelihoodEstimation）和卡方检验。
3.滤波更新：对每个模型进行滤波更新，即基于当前观测值对目标状态进行修正。
这一步骤通常使用卡尔曼滤波器或粒子滤波器来计算目标状态的后验概率分布。
4.模型融合：根据各个模型的权重和目标状态的后验概率分布，通过加权平均的方式融合各个模型的估计结果，得到最终的目标状态估计值。
5.状态预测：根据每个模型的状态转移方程，对目标的未来位置进行预测。
预测的结果作为下一时刻的输入。
6.循环迭代：重复步骤2-5，直至目标跟踪结束。
IMM算法具有以下优点：1.鲁棒性好：IMM算法能够自适应地选择最优的模型，对于目标运动模式的变化具有较强的适应性和鲁棒性。
2.精度高：由于采用多模型的方法，IMM算法可以更准确地估计目标的状态，减少滤波误差。
3.实时性强：IMM算法通过对目标状态进行预测，并根据当前的观测值进行修正，能够实现对目标的实时跟踪。
基于改进粒子滤波的视频目标跟踪算法比较分析研究王进花
Key words:object tracking;particle filter;EKPF;UPF
中图分类号:TP391
文献标识码:A
文章编号:1001-9227(2013)-01-0010-04
0引言 视频目标跟踪一直是计算机视觉领域的核心问题，其广泛
应用在视频监控、计算机视觉导航、人机交互等领域[1-2]。视频目 标跟踪算法一般分为两类：确定性跟踪算法与随机性跟踪算 法。确定性跟踪算法归结为能量函数的优化问题，如最为常见 的均值漂移（mean-shift）算法，其有实时性好的优点，但容易收 敛到局部极值，导致目标跟丢[3]。随机性跟踪算法归结为动态系 统的状态估计问题，其中常见的是粒子滤波（particle filter）算 法。视频运动目标的跟踪是一个典型的非线性、非高斯问题，尽 管粒子滤波是一个解决非线性、非高斯的主流方法，但仍有重要 性函数的选择、权值退化与样本枯竭等问题，导致滤波发散。
基于改进粒子滤波的视频目标跟踪算法比较分析研究 王进花，等
基于改进粒子滤波的视频目标跟踪算法比较分析研究*
王进花，付德强，曹 洁，李 军 （兰州理工大学 电气工程与信息工程学院 甘肃兰州，730050）
摘 要:针对标准粒子滤波算法存在的缺陷，本文引入了两种改进的方法，引入最新的量测信息，改进粒子滤波的建
议分布。EKPF 通过引入扩展卡尔曼算法改进粒子分布，UPF 引入无验结果表明，UPF 算法优于扩展卡尔曼粒子滤波算法与标准粒子滤波算法。
关键词:目标跟踪；粒子滤波；EKPF；UPF
Abstract:For the defects of the standard particle filter algorithm, two improved algorithm are proposed, which introduced
基于KLD采样的自适应粒子滤波目标跟踪算法
基于KLD采样的自适应粒子滤波目标跟踪算法徐壮; 彭力【期刊名称】《《计算机工程》》【年(卷),期】2019(045)012【总页数】7页(P182-188)【关键词】自适应粒子滤波; Kullback-Leibler距离采样; 目标跟踪; 无线传感器网络; 模拟退火算法【作者】徐壮; 彭力【作者单位】江南大学物联网工程学院江苏无锡214122; 无锡职业技术学院物联网技术学院江苏无锡214121【正文语种】中文【中图分类】TN9710 概述无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)因其低成本、部署迅速、具有容错性和自组织性等优势,被广泛应用于各种科学和商业用途的跟踪定位[1-3],如分布式目标跟踪、导航和控制以及智能交通系统中的交通监控等。
然而,由于WSN 的复杂性以及目标与传感器节点的相对运动,它们之间的信号强度和相对相位会产生随机变化,从而使得系统的测量过程表现出明显的非高斯特性。
具有非高斯特性的噪声被看作是一类闪烁噪声[4],其存在对实时目标跟踪有巨大影响。
高斯线性模型通常使用卡尔曼滤波器获得最优估计[5],但在处理此类非高斯噪声背景下的目标跟踪问题时,传统卡尔曼滤波器可能无法得到有效的状态估计。
因此,研究一种全新可靠的目标跟踪算法对解决WSN目标跟踪问题具有重要意义。
粒子滤波(Particle Filtering,PF)基于序列蒙特卡洛滤波方法,其通过加权粒子集合近似状态的后验密度函数(Posterior Density Function,PDF)获得系统状态的最小方差估计,是目前解决系统非线性非高斯问题的理想方案[6]。
由于标准PF的估计性能较差,因此许多学者对其提出改进。
文献[7]提出一种辅助粒子滤波(Auxiliary Particle Filtering,APF)方法,将当前时刻测量纳入采样粒子的生成过程,但在噪声极大的情况下 APF的性能会急剧下降。
遮挡情况下基于粒子滤波的视觉跟踪算法研究
。按照遮挡时间长短， 可分为： 瞬时遮挡
和长时间遮挡。 其中运动目标被场景中的静止物 体所遮 挡 是 遮 挡 中 的 常 见 问 题。 多 特 征 跟 踪 算 法
［2 —4 ］
， 对解决目标的自遮挡有良好的效果 ； 多子块
［5 —7 ］
或多区域跟踪算法
， 对运动目标的局部遮挡和
［8 ， 9 ］
联合数据关联 瞬时遮挡下具有良好鲁棒性，
第 12 卷 第 32 期 2012 年 11 月 1671 — 1815 （ 2012 ） 32-8536-03
科
学
技
术
与
工
程
Science Technology and Engineering
Vol. 12 No. 32 Nov． 2012 2012 Sci. Tech. Engrg.
遮挡情况下基于粒子滤波的视觉 跟踪算法研究
A 和 C 即为： 那么， 2 0 A = 1 0 0 2 0 1 －1 0 0 0 0 － 1 C = ， 0 0
珔 X=X k －1 | k －1
F k （ X ） X
，
珔 X=X k －1 | k －1
在视觉跟踪中， 通常取近似的状态转移模型， 在此选择简单二阶自回归模型。如果将 k 时刻视觉
T xk ， yk ， x k －1 ， y k －1］ ， 目标状态变量定义为 X k = ［ 观测 T xk ， y k］ 为视觉目标在二维图像域上的位置 Z k = ［
， 对
解决多目标之间的相互遮挡有良好的效果 。 但是 当目标发生全部遮挡特别是长时间全部遮挡 ， 这些 算法就将失效。 本文在粒子滤波框架下， 提出了静物遮挡情况 下的目标跟踪算法。 首先利用 EKF 对粒子滤波进 行预测采样， 优化了粒子滤波算法， 根据 EKF 预测 判别目标是否发生遮 值和粒子滤波的跟踪值比较， 挡。在遮挡情况下， 利用 EKF 进行跟踪。对于长时 间遮挡， 现提出了跟踪阈值法， 停止 EKF 更新， 减小 误差时间积累， 有效克服了目标丢失问题。
基于粒子滤波和Mean-shift的自适应目标跟踪方法
¨ Ｊ
。
当前 目标 跟 踪 方法 主要 包 括 ： Ｋ Ｌ Ｔ方 法 、 等。
基于 Ｋ ａ ｌ ｍａ ｎ滤 波 的跟 踪 方法 、 基 于 Ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｈ ｉ ｔ的 ｆ 跟 踪 方 法 ’ 。 ｊ 、 基 于粒 子 滤 波 的跟 踪 方 法
其 中， Ｋ Ｌ Ｔ方法通 过提取 目标 图像特征 点 ， 并分 析 其光流来实现 目 标跟踪 ， 但 由于 目标 图像特征点 的 稀疏及不稳定性 ， 使得 Ｋ Ｌ Ｔ方法在跟踪过程 中经常
⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
基 于 粒 子 滤 波 和 Ｍｅ ａ ｎ － ｓ ｈ ｉ ｔ的 ｆ 自适 应 目标跟踪方法
陈 小娟 佘 二 永
（ 北京工商大学计算机与信息工程学院 ， 北京 １ ００ ０ ３ ７ ； 中国国防科技信息 中心 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ８ ）
１ ． １ 特征 表 示
方法来实现递推贝叶斯滤波 ， 适用于任何 能用状态 空间模型描述的非线性系统 ， 并能够搜索到全 局最
优解 ， 但必须引入大量 的粒子来进行 近似计 算 ， 而
过多粒子会使跟踪的实时Ｉ 生 受到极大的限制。
２ ０ １ ３年 ７月 ９日收到 ， ７月 ２ ９日修改
摘
要 目标 跟踪技术一直是计算机视 觉的核心 内容。结合粒子滤 波与 Ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｈ ｉ ｔ跟踪方法， ｆ 提 出 了一种新 的 自适应 目标 跟
踪方法 。通过利 用粒子滤波获取 目标 的初始位 置 ， 进 而采用 Ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｈ ｉ ｔ跟踪 方法 ， ｆ 实现 目标 跟踪 的准确 定位 ； 同时， 通过抑 制 背景特征分 布， 更新 目标特征 分布 ， 从 而在 跟踪过程 中 自适应调整 目标 的模板表 示。实验结果表明 了方法的有效性。 关键词 粒 子滤波 Ｍｅ ａ ｎ — ｓ ｈ ｉ ｔ ｆ 目标跟踪 彩色直方 图
基于粒子滤波的目标跟踪算法
基于粒子滤波的目标跟踪算法作者：宋光彦来源：《科技创新导报》2012年第16期摘要:随着当前计算机性能的不断提高,粒子滤波算法日益受到人们的关注,因为其在非线性、非高斯系统和状态滤波等方面具有独到的优势,也被广泛应用到运动目标跟踪研究当中。
关键词:粒子滤波图像信号目标跟踪中图分类号:TP301 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)6(a)-0031-011 粒子滤波算法描述粒子滤波的思想基于蒙特卡洛方法,它是利用粒子集来表示概率,即通过随机抽取的加权粒子来代替状态的后验概率分布,这是一种顺序重要性采样法。
当随机采取的粒子数量时,结果也就无限接近于实际的状态后验分布。
因其在非线性、非高斯系统表现出来的优越性,粒子滤波已经成为视频监控、图像处理、生物测定、金融数据等领域的研究热点。
1.1 初始化图像特征是表征一个图像最基本的属性,是图像分析的分布重要依据,它分为自然特征和人工特征。
被跟踪的运动目标要具有一定的先验特征,如目标的颜色分布特征、灰度边缘特征、纹理、光谱等。
我们可以根据实际的需要,选择不同特点的先验特征来描述粒子滤波中每个粒子的初始状态,其决定着滤波的先验概率形式,初始权重取1/Ns。
值得注意的是粒子数的选取与跟踪的实际要求有关,粒子数越多,跟踪就越稳定,精度也就越高,但同时计算量也会变得越大。
1.2 系统状态转移系统状态转移,是指运动目标状态随时间的更新。
需要通过系统模型中的状态方程来描述其状态转移关系。
布朗运动模型、匀速运动模型和匀加速运动模型是处理图像跟踪中的有三种比较普遍的数学模型。
布朗运动模型也被叫作随机游走模型,其目标方程为:xk=Axk-1+Bjk-1,其中,A,B为常数,xk为目标在k时刻的状态,jk-1为归一化噪声量。
匀速和匀加速运动模型的目标方程采用高阶自回归模型,其方程为:ck=Ack-2+Bck-1+Cjk-1,A、B、C均为常数。
1.3 系统观测系统观测是指在通过状态转移方程对目标状态的传播进行“假设”后,用所得的观测量对其进行验证。
基于相关滤波器的目标跟踪方法综述
基于相关滤波器的⽬标跟踪⽅法综述0引⾔视觉跟踪是计算机视觉中引⼈瞩⽬且快速发展的领域,主要⽤于获取运动⽬标的位置、姿态、轨迹等基本运动信息,是理解服务对象或对⽬标实施控制的前提和基础。
其涉及许多具有挑战性的研究热点并常和其他计算机视觉问题结合出现,如导航制导、事件检测、⾏为识别、视频监控、⾃动驾驶、移动机器⼈等[1-4]。
虽然跟踪⽅法取得了长⾜进展,但由于遮挡、⽬标的平⾯内/外旋转、快速运动、模糊、光照及变形等因素的存在使其仍然是⾮常具有挑战性的⼯作。
近年来,基于相关滤波器CF(Correlation Filter)的跟踪⽅法得到了极⼤关注[5-9]。
CF 最⼤的优点是计算效率⾼,这归结于其假设训练数据的循环结构,因为⽬标和候选区域能在频域进⾏表⽰并通过快速傅⾥叶变换(FFT)操作。
Bolme [6]等⾸次将CF 应⽤于跟踪提出MOSSE 算法,其利⽤FFT 的快速性使跟踪速度达到了600-700fps 。
瑞典林雪平⼤学的Martin Danelljan 在2016年ECCV 上提出的相关滤波器跟踪算法C -COT [7]取得了VOT2016竞赛冠军,2017年其提出的改进算法ECO [8]在取得⾮常好的精度和鲁棒性的同时,显著提⾼运算速度⾄C-COT 的6倍之多。
基于CF 的跟踪算法如此优秀,已然成为研究热点。
近年和相关滤波有关的论⽂层出不穷,很有必要对这些论⽂及相关滤波的发展等进⾏⼀个归纳和总结,以推动该⽅向的发展。
⽂献[9]虽已做过综述并取得了⼀定效果,但有两点不⾜:(1)过多介绍现有⼏种⽅法的具体细节,没有对更多⽂献进⾏对⽐分析;(2)缺乏对基于相关滤波器跟踪⽅法的分类对⽐分析。
基于此,本⽂的不同基⾦项⽬:陕西理⼯⼤学科研项⽬资助(SLGKY16-03)基于相关滤波器的⽬标跟踪⽅法综述?马晓虹1,尹向雷2(1.陕西理⼯⼤学电⼯电⼦实验中⼼,陕西汉中723000;2.陕西理⼯⼤学电⽓⼯程学院,陕西汉中723000)摘要:⽬标跟踪是计算机视觉中的重要组成部分,⼴泛应⽤于军事、医学、安防、⾃动驾驶等领域。
无人驾驶汽车中的目标检测与跟踪技术研究
无人驾驶汽车中的目标检测与跟踪技术研究无人驾驶汽车是具有前途和潜力的未来科技，但是它的亟待解决的问题之一是如何对周围环境进行高效稳定地检测和跟踪。
目标检测和跟踪是无人驾驶汽车中非常重要和关键的技术，在实际运用中直接影响了无人驾驶汽车的性能和安全性能。
目标检测技术是利用先进的计算机视觉技术对散乱的图像进行分析，从中提取出需要识别和分辨的目标信息，同时排除无用的背景干扰，得到目标物在图像中的位置、大小和形状等参数信息；而目标跟踪技术则是基于目标检测技术实现的，对一段时间内运动的目标进行跟踪，以保证该目标在无人驾驶汽车的行驶过程中不丢失，以达到自动驾驶和行车安全等目的。
当前，目标检测和跟踪技术的研究已经取得了不少进展，主要体现在以下几个方面：一、深度学习目标检测和跟踪技术的发展已经转向基于深度学习的方法。
深度学习技术能够实现对目标信息高效的学习和提取，并能够自动调整算法参数以适应不同的数据处理任务。
深度学习技术在目标检测和跟踪领域的应用进展极为迅速，以YOLO（You Only Look Once）为例，它能够快速地预测出每个目标对象的类别、位置和大小等信息，同时实现了高效稳定地跟踪功能。
二、多传感器融合采用多传感器融合技术可以更好地解决无人驾驶汽车中的目标检测和跟踪问题。
多传感器融合技术可以同时感知不同类型的信号源，例如视频、雷达、激光雷达、毫米波雷达等，实现对目标信息的全面把握。
同时，多传感器融合技术可以提高目标检测和跟踪的准确性和鲁棒性，能够有效地应对运动速度、潜在目标脱落等情况。
三、先进的算法目标检测和跟踪技术也可以采用一些先进的算法来实现，例如基于卡尔曼滤波、粒子滤波以及道格拉斯-普赖克曼算法等。
这些算法在目标跟踪中通常被用来优化检测结果并跟踪目标的运动，同时也减少了检测和跟踪算法的运算量和计算时间，从而提高了无人驾驶汽车的运动速度和行驶精度。
四、在线更新在无人驾驶汽车的实际应用过程中，无法预测运动目标的真实轨迹可能会发生不可预见的变化和误差，因此要求算法需要在线实时地更新以确保跟踪目标的准确性和健壮性。
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基于自适应粒子滤波的无人机目标跟踪算法研究
摘要：目标跟踪是无人机应用中的重要研究方向，为了提高无人机目标跟踪的精度和
鲁棒性，本文提出了一种基于自适应粒子滤波的无人机目标跟踪算法。
介绍了目标跟踪的
研究背景和意义，然后详细阐述了自适应粒子滤波算法的原理和实现步骤，最后通过实验
验证了该算法的有效性和优越性。
一、引言
随着无人机技术的快速发展和广泛应用，无人机的目标跟踪成为了无人机应用中的一
个重要研究方向。
无人机的目标跟踪技术可以广泛应用于军事侦察、环境监测、灾害救援
等领域，因此受到了广泛的关注。
目标跟踪技术的精度和鲁棒性对无人机的实际应用有着
重要的影响，因此如何提高无人机目标跟踪的精度和鲁棒性成为了一个迫切需要解决的问题。
目标跟踪技术的研究主要包括目标检测、目标识别和目标跟踪三个方面。
目标跟踪是
目标追踪的核心环节，是无人机能否顺利完成任务的关键。
传统的目标跟踪方法主要有模
板匹配、卡尔曼滤波和粒子滤波等。
这些传统的目标跟踪方法在复杂环境下容易受到噪声
干扰和目标尺度变化的影响，导致了跟踪精度较低和鲁棒性不足的问题。
如何提高无人机
目标跟踪的精度和鲁棒性成为了当前研究的焦点。
二、自适应粒子滤波算法原理
自适应粒子滤波算法是一种基于贝叶斯滤波理论的目标跟踪方法，它通过在状态空间
中对目标位置的可能性进行建模，从而实现对目标的准确跟踪。
自适应粒子滤波算法主要
包括状态方程、观测方程和重采样三个部分，下面将对其进行详细介绍。
1. 状态方程
状态方程描述了目标在连续时间内的运动规律，它通常采用马尔可夫模型进行建模。
设目标在时刻t的状态为x(t)，则状态方程可以表示为：
x(t+1)=f(x(t),u(t))+w(t)
f(x(t),u(t))是目标的运动模型，u(t)是控制输入，w(t)是过程噪声。
3. 重采样
重采样是自适应粒子滤波算法中的一个重要步骤，它主要用于更新粒子的分布，以适
应目标的运动状态和环境条件。
在重采样过程中，根据每个粒子在目标空间中的权重分布，对粒子进行重新抽样，从而使得重要的粒子得到更多的采样，不重要的粒子得到更少的采样，从而提高了目标跟踪的精度和鲁棒性。
1. 目标初始化
目标初始化是自适应粒子滤波算法的第一步，它主要用于对目标的初始状态进行估计，以便后续的状态预测和观测更新。
在目标初始化过程中，可以利用目标的外貌特征和运动
规律进行建模，然后根据目标在视频帧中的位置和尺度进行初始估计，从而得到目标的初
始状态。
3. 观测更新
观测更新是自适应粒子滤波算法的第三步，它主要用于根据目标的观测值更新粒子的
权重分布。
在观测更新过程中，可以利用目标的观测模型和观测噪声对目标的观测值进行
估计，然后根据观测结果更新粒子的权重分布，从而实现对目标的观测更新。