基于改进扩展卡尔曼粒子滤波的目标跟踪算法*

针对扩展卡尔曼粒子滤波算法滤波精度较低和粒子退化的问题,将马尔可夫链蒙特卡罗（MCMC）方法和扩展卡尔曼粒子滤波相结合,应用于目标跟踪。该算法利用扩展卡尔曼滤波来构造粒子滤波的建议分布函数,使建议分布函数能够融入最新的观测信息,以便得到更符合真实状态的后验概率分布,同时引入MCMC方法对所选的建议分布进行优化处理,使抽样粒子更加多样性。仿真结果表明,该算法能有效地解决粒子贫化问题并提高滤波精度。     

基于FOE和改进MCMC的视频运动目标跟踪方法

改进的马尔可夫链蒙特卡洛MCMC(Markov Chain Monte Carlo)粒子滤波跟踪算法可以实现稳定跟踪多目标的目的。但在运动场景下,常常出现跟丢或者误跟的情况。考虑到相机聚焦中心FOE(Focus Of Expansion)在估计摄像头运动方面有不可替代的作用,首先通过构建FOE与目标在视频中位置的一个简单估计模型,估计目标的位置,再通过FOE与MCMC的结合,改善了目标丢失和抖动的现象,达到更加准确估计目标的目的。实验表明该方法对摄像头前后平移运动有比较理想的效果。     

基于KLD采样的自适应粒子滤波目标跟踪算法

标准粒子滤波算法用于无线传感器网络运动目标跟踪时,非高斯噪声环境会降低其跟踪精度和计算效率。针对该问题,结合多传感器测量模型和Kullback-Leibler距离(KLD)采样方法,提出一种自适应粒子滤波算法。在满足预设阈值条件时,引入补偿函数对重要性概率密度函数(IPDF)进行迭代更新,同时利用具有自适应退火参数的模拟退火算法使粒子快速接近高似然区域。在此基础上,结合KLD采样动态调整粒子规模,在保证跟踪精度的同时减少运算量。仿真结果表明,与KLD-PF算法相比,该算法的IPDF分布接近真实后验概率密度分布,跟踪精度较高,能够在不同参数的非高斯噪声下进行有效跟踪。     

高斯粒子群优化粒子滤波检测前跟踪算法

针对低信噪比时标准粒子滤波对弱小目标的检测与跟踪时存在的粒子贫乏、跟踪精度对粒子数目要求高等问题,提出一种基于高斯粒子群优化粒子滤波的弱小目标检测前跟踪算法。利用高斯粒子群优化算法优化重采样后的粒子集,使粒子集朝着后验概率密度分布取值较大的区域运动,增加粒子的多样性,克服了粒子贫乏问题,并在保证跟踪精度的前提下降低了跟踪所需要的粒子数目,提高了标准粒子滤波算法的检测和跟踪性能。同时,建立了检测前跟踪系统的观测模型和系统模型,对基于标准粒子滤波检测前跟踪算法和优化算法进行仿真,仿真实验结果表明高斯粒子群优化粒子滤波的检测前跟踪算法相比基于标准粒子滤波的检测前跟踪算法具有更好的检测与跟踪性能。     

视频动态场景下运动物体的自适应跟踪算法

根据积分思想和粒子滤波理论,提出一种运动物体自适应跟踪算法。建立多特征的跟踪观测模型,采用积分策略对多个特征模型进行自适合融合和更新,通过观测似然度更新粒子滤波所需粒子数量及其分布,并在动态场景下对运动物体进行跟踪。实验结果表明,该算法相对于传统的跟踪算法在跟踪精度和实时性方面有所提高,具有较好的鲁棒性。     

融合运动和颜色特征的视频目标粒子滤波跟踪北大核心CSCD

研究可见光的视频运动目标跟踪问题。运用粒子滤波进行视频图像的目标跟踪时,目标特征的选择较为重要。传统的基于颜色特征的粒子滤波跟踪,在背景与目标的颜色分布相同时容易出现目标丢失现象。运动和颜色的融合信息为特征,在包含目标的局部区域内进行光流计算,并定义运动观测为粒子的运动像素数量。在粒子滤波框架下将运动观测融入到重要性抽样函数中,扩大预测样本与观测似然峰值的重叠区域;以运动和颜色的融合信息形成联合观测似然函数,并根据它们单独观测的质量自适应地确定各自权重。实验结果表明,改进的跟踪算法在背景存在颜色干扰时的鲁棒性和目标发生机动时的准确性均有提高。     

基于自适应粒子滤波的跳水运动视频跟踪算法

用传统粒子滤波算法对跳水运动视频跟踪存在两个突出问题:观测模型不能适应运动员身体的表观变化;运动模型不能准确预测运动员位置的快速改变。针对这两个问题,本文提出一种自适应粒子滤波算法。该算法在粒子滤波框架下引入一种自适应观测模型,并且根据跟踪误差与运动员动作改变幅度的大小,自适应选择噪声方差和粒子数量。实验结果表明,本文算法比传统粒子滤波算法具有更低的跟踪误差率,而且在运动员动作改变幅度变大时有更好的鲁棒性。     

MCMC粒子滤波的GPS定位数据处理算法

针对基于传统粒子滤波的GPS(Global positioning system)定位数据处理方法存在粒子退化的问题,研究了基于马尔可夫链蒙特卡罗(Markov chain Monte Carol,MCMC)粒子滤波的GPS定位数据处理算法,引入典型的MCMC方法—Metropolis Hastings(M-H)抽样算法.利用观测伪距非高斯误差分布,建立重要密度函数,将MCMC粒子滤波与建立的GPS系统非线性状态空间模型结合.实测数据实验结果表明,MCMC粒子滤波可有效抑制粒子退化,解决了GPS定位数据滤波这一非线性非高斯问题,避免了噪声的高斯假设和非线性部分的线性化误差,与基于传统粒子滤波的GPS定位数据处理方法相比,该方法降低了定位数据经纬度和速度估计误差,获得了更高的定位精度,并能够在GPS信号质量较差情况下,对GPS定位数据有效滤波,保证载体在此期间内保持较高的位置精度.     

基于自适应变结构信息滤波的目标跟踪算法

目前目标跟踪算法采用的交互多模型,大多是通过固定模型之间的切换来完成目标跟踪,这容易出现模型集与目标真实运动不匹配问题,降低目标跟踪的精度。同时,现在大部分观测平台都能提供多传感器量测,这要求跟踪算法能对不同量测信息进行高效数据融合。针对上述问题,提出一种基于自适应变结构多模型和信息滤波的跟踪算法,它由少量模型构成模型集,通过在线更新模型集参数以自适应目标真实运动,采用无迹卡尔曼信息滤波融合多传感器量测信息,实现对目标的跟踪。仿真结果表明,该算法可以有效融合多传感器量测信息,自适应匹配目标真实运动,实现对目标稳定的高精度跟踪。     

基于核函数粒子滤波和多特征自适应融合的目标跟踪

经典粒子滤波及其改进算法在观测模型与真实情况存在偏差时会导致滤波发散,针对这一问题,提出一种核函数粒子滤波算法.该算法根据目标状态与粒子状态之间的距离,利用核函数产生权值对粒子进行二次加权,根据粒子的二次加权结果进行粒子重采样;以改进的粒子滤波算法为框架,提出了一种自适应多特征融合目标跟踪方法,利用相似性度量动态地评价特征对目标与背景的区分能力,并自适应地计算特征融合权重,以适应目标跟踪过程中目标与背景的变化,提高目标跟踪的鲁棒性.实验结果表明,文中提出的目标跟踪方法比经典粒子滤波目标跟踪方法具有更强的抗干扰性能和较高的跟踪精度.     

Dust particle detection in traffic surveillance video using motion singularity analysis

Dust particle detection in video aims to automatically determine whether the video is degraded by dust particle or not. Dust particles are usually stuck on the camera lends and typically temporally static in the images of a video sequence captured from a dynamic scene. The moving objects in the scene can be occluded by the dusts; consequently, the motion information of moving objects tends to yield singularity. Motivated by this, a dust detection approach is proposed in this paper by exploiting motion singularity analysis in the video. First, the optical model of dust particle is theoretically studied in by simulating optical density of artifacts produced by dust particles. Then, the optical flow is exploited to perform motion singularity analysis for blind dust detection in the video without the need for ground truth dust-free video. More specifically, a singularity model of optical flow is proposed in this paper using the direction of the motion flow field, instead of the amplitude of the motion flow field. The proposed motion singularity model is further incorporated into a temporal voting mechanism to develop an automatic dust particle detection in the video. Experiments are conducted using both artificially-simulated dust-degraded video and real-world dust-degraded video to demonstrate that the proposed approach outperforms conventional approaches to achieve more accurate dust detection.     

Digital Video Sequence Stabilization Based on 2.5D Motion Estimation and Inertial Motion Filtering

This paper presents a novel approach to stabilize digital video sequences. A 2.5D inter-frame motion model is proposed so that the stabilization system can perform in the situations where significant depth changes are present and the camera has both rotation and translation. Inertial motion filtering is proposed in order to eliminate the vibration of the video sequences with enhanced perceptual properties. The implementation of this new approach integrates four modules: pyramid-based motion detection, 2.5D motion parameter estimation, inertial motion filtering and affine-based motion compensation. The stabilization system can smooth unwanted vibrations or shakes of video sequences and achieves a real-time speed.     

A Stochastic Approach for Blurred Image Restoration and Optical Flow Computation on Field Image Sequence

The blur in target images caused by camera vibration due to robot motion or hand shaking and by object(s) moving in the background scene is different to deal with in the computer vision system.In this paper,the authors study the relation model between motion and blur in the case of object motion existing in video image sequence,and work on a practical computation algorithm for both motion analysis and blut image restoration.Combining the general optical flow and stochastic process,the paper presents and approach by which the motion velocity can be calculated from blurred images.On the other hand,the blurred image can also be restored using the obtained motion information.For solving a problem with small motion limitation on the general optical flow computation,a multiresolution optical flow algoritm based on MAP estimation is proposed. For restoring the blurred image ,an iteration algorithm and the obtained motion velocity are used.The experiment shows that the proposed approach for both motion velocity computation and blurred image restoration works well.     

利用多特征混沌粒子滤波的视觉目标跟踪方法

随着摄像终端的增多以及自动视频分析需求量的增大,针对视频序列中存在突然运动、遮挡、运动模糊等干扰因素时传统视觉目标跟踪方法很难获得鲁棒性高、精确稳定的目标跟踪的问题,提出了利用多特征混沌粒子滤波的视觉目标跟踪方法。首先,基于非线性动力学预测进行混沌建模,利用混沌映射的梯度优化函数来搜索状态空间以找到参考轨迹;然后设计了一种用于视觉跟踪的混沌粒子滤波器,并改进运动表观模型,引入颜色、纹理和深度的特征完善滤波器的性能;最后,将多特征混沌粒子滤波器与其他视觉目标跟踪方法应用于VOT17和TB 数据集进行对比分析,以论证该方法的准确性。结果表明,提出的多特征混沌粒子滤波方法显著减少了粒子数量、搜索空间和滤波器发散,其精度高出其他方法约10%,在突然运动、遮挡和运动模糊等情况下整体性能优于其他几种对比方法。     

运动像机下基于粒子滤波的多目标跟踪算法

针对摄像机运动情况下的多目标跟踪问题,提出了基于粒子滤波的跟踪算法.在粒子滤波算法基础上,将二阶自回归过程作为系统状态转移模型,HSV颜色直方图作为观测模型,对视频中多个目标的位置、大小进行跟踪.实验结果表明,该算法能实时正确地跟踪多个目标,并对局部遮挡有较好的鲁棒性,也能在目标短暂消失导致跟踪失败后,在目标重新出现后及时捕获并继续进行跟踪.     

基于“新息误差”的粒子流滤波算法

在粒子滤波（PF）过程中存在粒子权值退化、维度灾难、计算成本高等问题。粒子流滤波通过构造对数同伦函数避免了粒子权值退化问题，但是在求解边值问题时过于依赖观测方程，当噪声较大时效果较差。针对上述问题，提出了一种改进的粒子流滤波算法。首先，该算法在粒子流动的过程中引入了一种“新息误差”结构，使每个粒子的更新相互独立；其次，利用Galerkin有限元法求得边值问题的数值解，从而消除了拟合样本先验可能导致的数值不稳定问题；最后，分别在通用非线性滤波模型和机动目标跟踪模型中对改进的算法进行了性能测试。仿真结果表明，改进的算法可以抑制系统对观测信息的依赖性，在噪声增大的情况下也能得到相对较好的结果，有效改善了滤波精度，而在多维目标跟踪情况下算法的计算效率与滤波精度高于标准粒子滤波。     

Qualitative estimation of camera motion parameters from the linear composition of optical flow

In this paper, we propose a new method for estimating camera motion parameters based on optical flow models. Camera motion parameters are generated using linear combinations of optical flow models. The proposed method first creates these optical flow models, and then linear decompositions are performed on the input optical flows calculated from adjacent images in the video sequence, which are used to estimate the coefficients of each optical flow model. These coefficients are then applied to the parameters used to create each optical flow model, and the camera motion parameters implied in the adjacent images can be estimated through a linear composition of the weighted parameters.We demonstrated that the proposed method estimates the camera motion parameters accurately and at a low computational cost as well as robust to noise residing in the video sequence being analyzed.     

基于事件相机的连续光流估计

事件相机对场景的亮度变化进行成像, 输出异步事件流, 具有极低的延时, 受运动模糊问题影响较少. 因此, 可以利用事件相机解决高速运动场景下的光流(Optical flow, OF)估计问题. 基于亮度恒定假设和事件产生模型, 利用事件相机输出事件流的低延时性质, 融合存在运动模糊的亮度图像帧, 提出基于事件相机的连续光流估计算法, 提升了高速运动场景下的光流估计精度. 实验结果表明, 相比于现有的基于事件相机的光流估计算法, 该算法在平均端点误差、平均角度误差和均方误差3个指标上, 分别提升11%、45% 和8%. 在高速运动场景下, 该算法能够准确重建出高速运动目标的连续光流, 保证了存在运动模糊情况时, 光流估计的精度.     

基于“新息误差”的粒子流滤波算法

在粒子滤波（PF）过程中存在粒子权值退化、维度灾难、计算成本高等问题。粒子流滤波通过构造对数同伦函数避免了粒子权值退化问题,但是在求解边值问题时过于依赖观测方程,当噪声较大时效果较差。针对上述问题,提出了一种改进的粒子流滤波算法。首先,该算法在粒子流动的过程中引入了一种“新息误差”结构,使每个粒子的更新相互独立;其次,利用Galerkin有限元法求得边值问题的数值解,从而消除了拟合样本先验可能导致的数值不稳定问题;最后,分别在通用非线性滤波模型和机动目标跟踪模型中对改进的算法进行了性能测试。仿真结果表明,改进的算法可以抑制系统对观测信息的依赖性,在噪声增大的情况下也能得到相对较好的结果,有效改善了滤波精度,而在多维目标跟踪情况下算法的计算效率与滤波精度高于标准粒子滤波。