基于均值漂移和粒子滤波的红外目标跟踪

为了提高红外目标跟踪的准确性和稳健性,提出了基于均值漂移(mean shift)和粒子滤波(PF)相结合的红外目标跟踪方法.在PF理论框架下,使用均值漂移为一种迭代模式寻找过程,对随机粒子样本进行重新分配,使粒子向目标状态的最大后验核密度估计方向移动,在均值漂移迭代过程中对样本权值进行更新.红外目标的状态后验概率分布用重新分配的加权随机样本集表示,对随机样本集使用PF算法实现红外目标运动的跟踪.实验结果表明,和一般PF和均值漂移相比,本文方法具有优越性和更强的稳健性.     

一种基于差分演化的粒子滤波算法

针对粒子滤波(Particle Filter, PF)存在的粒子退化和贫化问题,该文提出一种基于差分演化(Differential Evolution, DE)的PF算法。首先,为了充分利用最新的观测信息,采用无迹卡尔曼滤波(Unscented Kalman Filter, UKF)来产生重要性分布,对重要性分布产生的采样粒子不再做传统重采样操作,而是直接把采样粒子当作DE中的种群样本,粒子权重作为样本的适应函数,对粒子做差分变异、交叉、选择等迭代优化,最后得到最优的粒子点集。试验结果表明,该算法有效缓解了传统PF算法中的粒子退化和贫化,提高了粒子的利用率,具有较好的估计精度。     

紧耦合粒子滤波与均值漂移的红外目标跟踪

为了提高复杂背景下红外目标跟踪的准确性和鲁棒 性,提出了紧耦合粒子滤波(PF)与均值漂移(mean shift)的红外目标跟踪方法。在PF框 架下,利用一组5参数集(中心横坐标、中心纵坐标、宽度、高度以及倾斜角)作为状 态变量表 征随机的粒子样本;然后使用自适应均值漂移作为一种迭代模式寻找过程,对随机粒子样本 进行重新分配,使粒子向目标 状态的最大后验核密度估计方向移动,同时利用迭代过程中的Bhattacharyya系数对粒子的 权值进行更新;最后利用重新分配 后的加权粒子集合实现对红外目标的跟踪。实现结果表明,与一般的PF相比,本文方法能有 效减少所需粒子数(N=15),进而降 低跟踪耗时;与现有的PF与均值漂移相结合的方法相比,本文方法在耗费时间 仅增加14%的代价上,使跟踪误差大大降低(约 为原误差的1/3至1/4),准确性和鲁棒性得到显著提高;本文方法能够实现在复杂背景下稳 健准确地跟踪红外目标。     

空间域容量控制多分辨粒子滤波算法

 针对多分辨分析方法用于降低粒子滤波样本集容量时,因多次迭代引起的样本数急剧下降而导致滤波性能不稳定的问题,提出一种通过监测拟测量误差相关统计量来预警可能出现的误差扩大,当系统处于性能临界区时,在原样本空间上进行准蒙特卡罗增量采样或复制原样本集来控制样本集容量,规避滤波发散的风险.仿真实验表明该算法保持了粒子滤波算法的估计性能,同时有效降低了粒子滤波样本数目,提高了计算效率.     

非均匀稀疏采样环境的改进高斯粒子滤波方法

粒子滤波（PF）技术的研究一直是非线性滤波领域的热点和难点问题,针对非均匀稀疏采样环境下传感器观测的滤波估计问题,提出了一种结合目标运动特性的改进型高斯粒子滤波方法。在该方法中,首先深入分析了传统粒子滤波不能有效对非均匀稀疏采样观测数据进行有效处理的原因,通过引入目标观测、目标观测的有效时间间隔、目标速度等目标特性,综合改善高斯粒子滤波器在时间更新阶段预测粒子和预测协方差估计的准确性,从而提高观测更新阶段重要性密度函数的估计精度,实现对目标状态的精确估计。实验结果表明,对于一维非线性非高斯例子,提出方法要稍好于传统的PF、辅助粒子滤波（APF）和高斯粒子滤波（GPF）;而对于实际的非均匀稀疏采样观测样本,提出方法要远好于PF、APF和GPF,能够有效对目标进行状态估计。      

粒子优化组合的粒子滤波跟踪算法研究

为了改善运动目标跟踪问题中粒子滤波算法(PF)的估计精度,针对粒子滤波出现样本退化以及样本贫乏问题,提出了一种基于粒子优化组合的粒子滤波算法(POCPF)。该算法用一能使粒子朝后验概率分布值较大的区域运动的似然函数来改善粒子的位置,然后重估粒子的权值对粒子进行优化组合,满足粒子的多样性要求,从而克服了粒子的贫乏问题,在一定程度上减少系统状态为达到精确度所需的粒子数目,缩短运行时间。通过仿真实验证明了POCPF算法的有效性,当粒子数相同时,POCPF算法性能优于PF算法。     

一种目标特性辅助的积分粒子滤波新方法

针对非均匀稀疏采样环境下目标跟踪中的非线性滤波问题,提出了一种基于Gauss-Hermite积分和目标特性辅助的积分粒子滤波新方法(AQPF).在该方法中,构建了基于Gauss-Hermite积分的积分点概率密度函数作为重要性密度函数,同时,在时间更新阶段引入目标观测、目标观测的有效时间间隔、目标速度等目标特性,综合改善滤波器中预测粒子和预测协方差估计的准确性和粒子的多样性,有效提高目标状态的估计性能.实验结果表明,提出方法的估计性能要明显好于无迹kalman滤波(UKF)、积分kalman滤波(QKF)、粒子滤波(PF)、辅助粒子滤波(APF)和高斯粒子滤波(GPF),能够有效对目标状态进行估计.     

基于粒子滤波的红外目标跟踪

粒子滤波(Partic le F ilter)是一种处理非线性和非高斯动态系统状态估计的有效技术.提出了一种基于粒子滤波的红外目标稳健跟踪新方法.在粒子滤波理论框架下,红外目标的状态后验概率分布用加权随机样本集表示,通过这些随机样本的Bayesian迭代进化实现红外目标的跟踪.系统状态转移模型选择为简单的二阶自回归模型,并自适应地确定系统噪声方差.红外目标的描述利用目标区域的灰度分布,该灰度分布通过核概率密度估计建立.通过计算参考目标的灰度分布和目标样本的灰度分布之间的Bhattacharyya距离,建立系统观测概率模型.实验结果表明该方法是有效的和稳健的.     

基于粒子滤波与局部搜索的视频目标跟踪

为了提高视频目标跟踪的鲁棒性和准确性,本文提出了基于局部搜索(Local Search)和粒子滤波(Particle Filter)相结合的视频目标跟踪方法——LSPF(Local Search Particle Filter)算法.利用粒子滤波得到样本的权值后,将局部搜索用于每一个粒子,使权值小的粒子收敛于邻近的权值较大的粒子处,有效克服了传统PF算法的粒子退化问题.实验结果表明,传统PF算法平均跟踪误差为10.89,而本文提出的LSPF算法平均跟踪误差仅为3.49,在跟踪性能上有了很大改善.尤其当目标受到干扰时,LSPF算法仍能实现对目标的准确跟踪,为稳定跟踪提供了有利保障.     

改进粒子滤波算法在目标状态估计中的应用

针对粒子滤波算法(PF)建议性函数的选择问题和粒子匮乏现象,提出了改进粒子滤波算法.该算法利用无迹卡尔曼滤波(UKF)产生建议性分布,提高估计精度;采用马尔科夫蒙特卡罗法(MCMC)保持粒子多样性,抑制粒子匮乏现象.仿真结果表明该算法的目标状态估计精度明显优于PF、UPF、PF-MCMC和PF-EKF-MCMC算法.     

一种改进型的粒子滤波器

针对复杂背景条件下图像序列中跟踪运动目标的问题,提出一种改进的粒子滤波图像跟踪算法,该算法利用遗传算法的研究成果,采用选择、交叉、变异等步骤实现对粒子的重采样,解决了粒子滤波器所面临的粒子退化和匮乏问题.由于该算法利用了遗传算法的全局寻优特性,因此该算法具有较强的稳健性.同时,粒子滤波可实现非线性非高斯状态空间模型的最优估计,将该粒子滤波用于目标跟踪,具有较好的过遮挡能力.实验结果表明,该算法状态估计性能好,能够很好地实现复杂图像序列中的目标跟踪.     

基于遗传算法的智能粒子滤波重采样策略研究

智能粒子滤波通过借鉴遗传算法思想能够减轻粒子退化现象。在基于遗传算法的智能粒子滤波基础上,该文提出对低权值粒子的改进的智能粒子滤波(IIPF)处理策略。在对粒子进行分离、交叉后,优化遗传算子,对低权值粒子进行自适应处理。低权值粒子根据权值大小自行判断是否为底层粒子;底层粒子将直接进行变异,其余低权值粒子将根据变异概率随机变异。仿真结果表明,改进的智能粒子滤波(IIPF)性能优于智能粒子滤波、一般粒子滤波算法和拓展卡尔曼滤波。在1维仿真实验中,改进的智能粒子滤波误差较一般粒子滤波算法和智能粒子滤波分别降低了10.5%和8.5%,且具有更好的收敛性;在多维仿真实验中,改进的智能粒子滤波较智能粒子滤波在高度均方根误差和平均误差上分别降低了8.5%和7.5%,在速度均方根误差和平均误差上分别降低了11.5%和7.6%;在乘性噪声和非高斯随机噪声中,改进的智能粒子滤波依旧有10%以上的性能优势。     

量子进化粒子滤波算法及其在说话人跟踪中的应用

以说话人跟踪问题作为应用背景,针对非线性、非高斯随机系统的状态估计问题,本文将量子进化算法和粒子滤波相结合,提出了一种量子进化粒子滤波算法.该算法采用量子编码来表示粒子;通过模拟量子坍塌产生粒子集,同时引入量子变异与量子交叉操作来保持粒子的多样性,从而提高了算法的滤波性能.计算机仿真与说话人跟踪实验结果表明,量子进化粒子滤波算法比通常的粒子滤波算法具有更好的滤波性能.     

一种基于高斯粒子滤波的RAIM算法研究

针对在强非线性条件下扩展卡尔曼滤波 RAIM 算法(EKF-RAIM)性能下降的问题， 本文提出了一种基于高斯粒子滤波的 RAIM 算法(GPF-RAIM)。GPF-RAIM 采用高斯粒子进行非线性状态近似估计，在递推时按高斯分布重新生成新的粒子集合，能够解决粒子的退化问题， 不需要进行重采样步骤，保持了粒子的多样性。仿真结果表明，GPF-RAIM 能够有效的检测伪距跳变，相较于 EKF-RAIM 方法，可以获得更小的状态估计误差，提高检测性能。     

基于微分进化的组合重采样粒子滤波算法

针对粒子滤波重采样带来的样本贫化问题,设计了微分进化组合重采样算法。通过引入微分进化算法的交叉变异操作保持了粒子多样性;同时将残差重采样和微分进化重采样算法组合起来,克服了单纯微分进化重采样的时滞性问题。蒙特卡罗仿真表明,所研究的算法在精度上有很大的提高,并且实时性较好。算法效率提高了1倍,只需300个粒子就可以达到残差重采样粒子滤波1000个粒子的效果,而且实时性提高了很多。     

一种确定性的粒子滤波算法

基于序贯蒙特卡罗的粒子滤波已成为研究非线性非高斯估计问题的一个重要途径.该文将统计学中的数论方法应用于粒子滤波,用代表点来代替随机样本,由于随机分布的代表点较蒙特卡罗方法具有更好的收敛速度,对随机分布有更好的代表性,因此可望提高粒子滤波的性能.在简单介绍了粒子滤波及随机分布代表点理论的基础上,将随机分布的F-偏差代表点应用于粒子滤波,对粒子滤波中关键的初始粒子生成、重点密度采样及再采样过程给出了相应的代表点算法,得到了一个包含最少随机操作的确定性粒子滤波算法.仿真结果表明,确定性粒子滤波算法在滤波性能及计算效率均有不同程度的提高.     

基于中值移位的粒子滤波多目标跟踪算法

针对传统粒子滤波多目标跟踪过程中的发散问题,提出了一种基于中值移位的粒子滤波多目标跟踪算法。该算法采用具有优良特性的中值移位方法对重要性重采样后的中间结果进行聚类分析,得到相应的粒子子群,从而获得各个目标的最优状态估计,提高滤波精度,并对目标的进出场景和遮挡问题进行有效处理。视频跟踪仿真试验表明该算法是稳健的,能够在复...     

基于粒子滤波的红外目标跟踪新算法

粒子滤波是一种在非线性和非高斯情形下进行状态估计的有效方法。提出一种基于粒子滤波的红外目标跟踪的新算法。阐述了粒子滤波算法的原理,将粒子滤波引入到红外目标跟踪中。考虑到传统的粒子滤波跟踪算法存在计算量大,误码多的缺点,对传统算法进行了改进。对采样粒子进行优化选择,改进了重采样环节。实验结果表明,改进算法较传统粒子滤波算法能更准确,更有效的跟踪红外目标。     

A Robust Particle Filter-Based Method for Tracking Single Visual Object Through Complex Scenes Using Dynamical Object Shape and Appearance Similarity

This paper addresses the issue of tracking a single visual object through crowded scenarios, where a target object may be intersected or partially occluded by other objects for a long duration, experience severe deformation and pose changes, and different motion speed in cluttered background. A robust visual object tracking scheme is proposed that exploits the dynamics of object shape and appearance similarity. The method uses a particle filter where a multi-mode anisotropic mean shift is embedded to improve the initial particles. Comparing with the conventional particle filter and mean shift-based tracking (Shan et al. 2004), our method offers the following novelties: We employ a fully tunable rectangular bounding box described by five parameters (2D central location, width, height, and orientation) and full functionaries in the joint tracking scheme; We derive the equations for the multi-mode version of the anisotropic mean shift where the rectangular bounding box is partitioned into concentric areas, allowing better tracking objects with multiple modes. The bounding box parameters are then computed by using eigen-decomposition of mean shift estimates and weighted averaging. This enables a more efficient re-distributions of initial particles towards locations associated with large weights, hence an efficient particle filter tracking using a very small number of particles (N = 15 is used). Experiments have been conducted on video containing a range of complex scenarios, where tracking results are further evaluated by using two objective criteria and compared with two existing tracking methods. Our results have shown that the propose method is robust in terms of tracking drift, tightness and accuracy of tracked bounding boxes, especially in scenarios where the target object contains long-term partial occlusions, intersections, severe deformation, pose changes, or cluttered background with similar color distributions.     

基于改进SFLA-PF算法的OFDM系统的目标跟踪

在OFDM通信系统中,为了解决非线性的目标跟踪问题,提出了基于改进混合蛙跳算法(SFLA)和粒子滤波算法(PF)相结合的方法来研究动态目标跟踪技术.首先利用高斯变异的局部搜索能力强和柯西变异的全局搜索能力强等优点对混合蛙跳算法进行改进,然后用改进后的混合蛙跳算法来优化粒子滤波算法进行动态跟踪,其优点不需要重采样步骤,有效地保持了粒子的多样性和有效性.仿真结果表明,该算法能够有效实现动态目标跟踪,并且跟踪效果优于同等条件下的混合蛙跳算法和粒子滤波算法.