一种改进的粒子滤波跟踪算法的应用研究
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入 局 部 最大 且 无法 恢 复 。因此 ，本 文 提 出 了将 两
种 方法 相 结 合 应用 于 目标 跟踪 系统 ，最后 通 过 仿
移 动 时 。会 导 致跟 踪 系 统 非 线 性 、非 高斯 分 布 的
出 现 。虽 然 扩 展 卡尔 曼 滤 波 能 够通 过对 非 线 性 系
真 实 验 表 明 ＭｅｎＳ ｉ 粒 子 滤 波算 法 在 目标 跟 踪 ａ ｈｆ ｔ
中具 有更 高 的精度 ，实 时性 能得 到很大 提高 。
统进 行 局 部 线 性化 。但 在 线 性 化处 理过 程 中会 造
２粒 子 滤 波 的 基 本 原 理
粒 子滤 波 就 是 利 用 一 系列 随机 抽取 的样 本 以
器 或扩 展 卡 尔 曼 滤波 器 。该 种 方 法 假定 目标 的状 态 为高 斯 分 布 ，再 通 过 卡 尔 曼 滤 波 器方 程 估 计 的 均 值 向量 和 协方 差 矩 阵刻 画 目标 的行 为 ［。但 它 １ ］ 要 求适 用 环 境 为 线性 系统 ．当运 动 目标被 遮 挡 或 发 生旋 转 ，或 光 线发 生 变 化 。或 摄 像 机发 生 相 对
究与
一
种 改
摘 要 ：粒 子 滤 波 跟 踪 算 法 计 法 ，该 算 法 可 以 改 善 粒 子 滤
复 的 缺 点 。 监 控 系 统 应 用 的 关 键 词 ：粒 子 滤 波 ：粒 子 退 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｐ０． ６
Ｔｈ ｔ ｄ ｆａ ｍ ｐ ｏ ｅ ａ ｋ ｎ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｒｉｌ ｉ ｅ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ Ｉ ｒ ｖ ｄ Ｔｒ ｃ ｉ ｇ Ａｌ ｏ ｉｈ Ｂａ ｅ ｎ Ｐａ ｔ ｅ Ｆ ｌ ｒ ｃ ｔ
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｓ ａ ｔ ｌ ｌ ｒ ｈ ｅ ｅ ｅ ａ ｙ ｏ ｅ ｐ ｒｉｌ ｌｅ ； Ｍｅ ｎ Ｓ ｉ ｄ ：ｐ ｒｉ ｅ ｆ ｔ ；ｔ ｅ ｄ ｇ ｎ ｒ ｃ ｆｔ ａ ｔｃ ｅ ｆ ｔｒ ｃ ｉ ｅ ｈ ｉ ａ ｈｆ ｔ
１引 言
近 年 来 ．智 能视 频 监 控 已成 为 计 算 机视 觉 领 域 中最 为活 跃 的研究 内容 之 一 。如 何 对 运 动 目标
其 中系 统状 态 的后 验分 布 用 一组 带 有 权 重 的离 散 采 样来 表达 。其优 点是 适 用 于所 有 非 线性 、非 高 斯 的 运 动 系 统 中 ，能 够 处 理 后 验 概 率 密 度 函 数
进 行稳 定 、鲁 棒 的 实 时跟 踪 是 监 控 系 统 的最 终 目 标 ． 目前 常 用 的 目标 跟 踪 方 法 是 基 于 卡 尔曼 滤 波
ＷＡ Ｇ Ｘ ａ ｇ ｙ ，Ｌ ｉ－ｕ ｎ Ｎ ｉ － ｕ Ｉ ｕ ｊቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ，ＷＡ Ｇ Ｌ ｎ ｙ ｇ Ｉ ｕ ｎ － ｕ ｎ Ｘ Ｎ ａ — ｉ ，Ｎ Ｕ Ｇ ａ ｇ ｈ ａ ｎ
（ ｏｌ ｅｏ ｌ ｔ ｃ ｌ ｎ ｉ ｅｉｇ Ｃ ｌ ｇ ｆ ｅ ｒ ａ Ｅ ｇ ｅ ｒ ，Ｈｅ ｎ ｎＵ ｉｅｓ ｙｏ ｅ ｈ ｏ ｇ ，Ｚ ｅ ｇｈ ｕ４ ０ ０ ，Ｃ ｉａ ｅ Ｅ ｃｉ ｎ ｎ ｎ ａ ｎｖ ｒ ｔ ｆ ｃ ｎ ｌ ｙ ｈ ｎ ｚ ｏ ５ ０ ７ ｈｎ ） ｉ Ｔ ｏ
Ａｂｓｒ ｃ：Ａｎ ａ ｐ ｏ ｅ ｌｏｉ ｍ ｓｓ ｐ ｏ ｅ ｅ ａ ｓ ｈ ｒ ａ ｅｌｒｅ ａ ｕ ｔｏ ａｃ ｌｔｏ ｎ ｅ ｏ ｓｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ｔａｔ ｐ ｒ ｖｄ ａｇ ｒｔ ｈ ｗａ ｕ ｐ ｓｄ ｂ ｃ ｕ ｅｔｅｅ ｈ ｖ ａｇ ｍｏ ｎ ｆｃ ｌｕａｉｎａ ｄ ｓｒ ｕ ｅ ｅ ｅａｉ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｎ ｉ ｏ ｔｅａｇ ｒｔｍ ｆｐ ｒｉｌ ｌｅ．Ｔ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｆＭｅ ｎ Ｓ ｉ ｓｅ ｅ ｅ ｎｏ ｔｅ ａｇ ｒｔｍ ｆｐ ｒｉｌ ｌｅ．Ｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ａ ｍｐ ｖ ｈ ｌｏｉ ｈ ｏ ａｔ ｅ ｆｔｒ ｈ ｌｏｉｈ ｏ ａ ｈｆ ｗａ ｍｂ ｄ ｄ ｉｔ ｈ ｏ ｈ ｏ ａｔ ｅｆ ｔｒ ｈ ｐ ｒａ ｈ ｃ ｎ ｉ ｒ ｅ ｃ ｉ ｔ ｌ ｉ ｃ ｉ ｏ ｔ ｅｄ ｇ ｎ ｒ ｃ ｆｔｅ ｐ ｒｉｌ ｌｅ ｎｄｒｄｕ ｅｔ ｅｒ ｎ ｉｇ ｔ ．Ｍｅｎ ｉｅｔ ｅｎ ｗ ｌｏ ｔｍ ａ ｖ ｒｏ ｈ ｒ ｏ ｎ ｆＭｅ ｈｆ ｈ ｅ ｅ ｅａ ｙｏ ａｔｃｅ ｆ ｔｒａ ｅ ｃ ｈ ｕ ｎｎ ｉ ｈ ｉ ｍｅ ａ ｗｈ ｌ ｈ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｃ ｎ ｏ ｅｃ ｍｅｓ ｏｔ ｍｉｇ ｏ ａ Ｓ ｉ ｉ ｃ ｎ ｔ ｗｈｃ ｓｅ ｓ ｏ ｆｌ ｎ ｏｔｅ ｌｃ ｌｍ￣ ｉ ｍ ｎ ａ ｏ ｅ ｒｓｏｅ ．Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｏ ｙ ｔｍ ｉ ｌｔ ｎ ｓ ｏ ｔ ｔｔｅ ｎ ｗ ｐ ｒａ ｈ ｓ ｐ ｉｈ ｉ ａ ｙｔ ａｌｉｔ ｈ ｏ ａ ｍｕ ａ ｄ ｃ ｎ ｎ ｔｂ ｅ ｔｒｄ ｈ ｅ ｕｔ ｆｓｓｅ ｓｍｕａｉ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｅ ａ ｐｏ ｃ ｕ — ｏ ｐｏｅ ａ ｔｏ ｇｒａ－ｉ ｎ ｏ ｕ ｔｅｓｉ ｈ ｎｉ ｒｎ ｙ ｔｍ． ｓ ｄｈ ｓｓｒｎ ｅ ｔｍｅａ ｄｒ ｂ ｓｎ ｓ ｎ ｔｅｍｏ ｔｉ ｇ ｓｓｅ ｌ ｏ
（ Ｄ ）出现 多 峰 的情 况 。但 粒子 滤 波存 在 粒子 退 ＰＦ 化 现 象 和 计 算 量 大 等 问 题 。 均 值 漂 移 （ ａ Ｍｅｎ Ｓ ｉ ）算 法 实 时 跟 踪 性 能 比较 好 ，计 算 量 较 小 ， ｈｆ ｔ 作 为一个 模块 应 用于 粒子 的序 列重 要性 采样 阶段 ． 提 高 粒 子 的使 用效 率 。但 是均 值 漂 移 算 法 容易 陷
种 方法 相 结 合 应用 于 目标 跟踪 系统 ，最后 通 过 仿
移 动 时 。会 导 致跟 踪 系 统 非 线 性 、非 高斯 分 布 的
出 现 。虽 然 扩 展 卡尔 曼 滤 波 能 够通 过对 非 线 性 系
真 实 验 表 明 ＭｅｎＳ ｉ 粒 子 滤 波算 法 在 目标 跟 踪 ａ ｈｆ ｔ
中具 有更 高 的精度 ，实 时性 能得 到很大 提高 。
统进 行 局 部 线 性化 。但 在 线 性 化处 理过 程 中会 造
２粒 子 滤 波 的 基 本 原 理
粒 子滤 波 就 是 利 用 一 系列 随机 抽取 的样 本 以
器 或扩 展 卡 尔 曼 滤波 器 。该 种 方 法 假定 目标 的状 态 为高 斯 分 布 ，再 通 过 卡 尔 曼 滤 波 器方 程 估 计 的 均 值 向量 和 协方 差 矩 阵刻 画 目标 的行 为 ［。但 它 １ ］ 要 求适 用 环 境 为 线性 系统 ．当运 动 目标被 遮 挡 或 发 生旋 转 ，或 光 线发 生 变 化 。或 摄 像 机发 生 相 对
究与
一
种 改
摘 要 ：粒 子 滤 波 跟 踪 算 法 计 法 ，该 算 法 可 以 改 善 粒 子 滤
复 的 缺 点 。 监 控 系 统 应 用 的 关 键 词 ：粒 子 滤 波 ：粒 子 退 中 图 分 类 号 ：Ｔ ３ １ Ｐ０． ６
Ｔｈ ｔ ｄ ｆａ ｍ ｐ ｏ ｅ ａ ｋ ｎ ｇ ｒｔ ｍ ｓ ｄ ｏ ｒｉｌ ｉ ｅ ｅ Ｓ ｕ ｙ ｏ ｎ Ｉ ｒ ｖ ｄ Ｔｒ ｃ ｉ ｇ Ａｌ ｏ ｉｈ Ｂａ ｅ ｎ Ｐａ ｔ ｅ Ｆ ｌ ｒ ｃ ｔ
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１引 言
近 年 来 ．智 能视 频 监 控 已成 为 计 算 机视 觉 领 域 中最 为活 跃 的研究 内容 之 一 。如 何 对 运 动 目标
其 中系 统状 态 的后 验分 布 用 一组 带 有 权 重 的离 散 采 样来 表达 。其优 点是 适 用 于所 有 非 线性 、非 高 斯 的 运 动 系 统 中 ，能 够 处 理 后 验 概 率 密 度 函 数
进 行稳 定 、鲁 棒 的 实 时跟 踪 是 监 控 系 统 的最 终 目 标 ． 目前 常 用 的 目标 跟 踪 方 法 是 基 于 卡 尔曼 滤 波
ＷＡ Ｇ Ｘ ａ ｇ ｙ ，Ｌ ｉ－ｕ ｎ Ｎ ｉ － ｕ Ｉ ｕ ｊቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ，ＷＡ Ｇ Ｌ ｎ ｙ ｇ Ｉ ｕ ｎ － ｕ ｎ Ｘ Ｎ ａ — ｉ ，Ｎ Ｕ Ｇ ａ ｇ ｈ ａ ｎ
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Ａｂｓｒ ｃ：Ａｎ ａ ｐ ｏ ｅ ｌｏｉ ｍ ｓｓ ｐ ｏ ｅ ｅ ａ ｓ ｈ ｒ ａ ｅｌｒｅ ａ ｕ ｔｏ ａｃ ｌｔｏ ｎ ｅ ｏ ｓｄ ｇ ｎ ｒ ｔ ｎ ｐ ｅ ｏ ｎ ｎ ｉ ｔａｔ ｐ ｒ ｖｄ ａｇ ｒｔ ｈ ｗａ ｕ ｐ ｓｄ ｂ ｃ ｕ ｅｔｅｅ ｈ ｖ ａｇ ｍｏ ｎ ｆｃ ｌｕａｉｎａ ｄ ｓｒ ｕ ｅ ｅ ｅａｉ ｈ ｎ ｍｅ ｏ ｎ ｉ ｏ ｔｅａｇ ｒｔｍ ｆｐ ｒｉｌ ｌｅ．Ｔ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｆＭｅ ｎ Ｓ ｉ ｓｅ ｅ ｅ ｎｏ ｔｅ ａｇ ｒｔｍ ｆｐ ｒｉｌ ｌｅ．Ｔ ｅ ａ ｐ ｏ ｃ ａ ｍｐ ｖ ｈ ｌｏｉ ｈ ｏ ａｔ ｅ ｆｔｒ ｈ ｌｏｉｈ ｏ ａ ｈｆ ｗａ ｍｂ ｄ ｄ ｉｔ ｈ ｏ ｈ ｏ ａｔ ｅｆ ｔｒ ｈ ｐ ｒａ ｈ ｃ ｎ ｉ ｒ ｅ ｃ ｉ ｔ ｌ ｉ ｃ ｉ ｏ ｔ ｅｄ ｇ ｎ ｒ ｃ ｆｔｅ ｐ ｒｉｌ ｌｅ ｎｄｒｄｕ ｅｔ ｅｒ ｎ ｉｇ ｔ ．Ｍｅｎ ｉｅｔ ｅｎ ｗ ｌｏ ｔｍ ａ ｖ ｒｏ ｈ ｒ ｏ ｎ ｆＭｅ ｈｆ ｈ ｅ ｅ ｅａ ｙｏ ａｔｃｅ ｆ ｔｒａ ｅ ｃ ｈ ｕ ｎｎ ｉ ｈ ｉ ｍｅ ａ ｗｈ ｌ ｈ ｅ ａｇ ｒ ｈ ｃ ｎ ｏ ｅｃ ｍｅｓ ｏｔ ｍｉｇ ｏ ａ Ｓ ｉ ｉ ｃ ｎ ｔ ｗｈｃ ｓｅ ｓ ｏ ｆｌ ｎ ｏｔｅ ｌｃ ｌｍ￣ ｉ ｍ ｎ ａ ｏ ｅ ｒｓｏｅ ．Ｔ ｅ ｒｓ ｌ ｏ ｙ ｔｍ ｉ ｌｔ ｎ ｓ ｏ ｔ ｔｔｅ ｎ ｗ ｐ ｒａ ｈ ｓ ｐ ｉｈ ｉ ａ ｙｔ ａｌｉｔ ｈ ｏ ａ ｍｕ ａ ｄ ｃ ｎ ｎ ｔｂ ｅ ｔｒｄ ｈ ｅ ｕｔ ｆｓｓｅ ｓｍｕａｉ ｈ ｗ ｈａ ｈ ｅ ａ ｐｏ ｃ ｕ — ｏ ｐｏｅ ａ ｔｏ ｇｒａ－ｉ ｎ ｏ ｕ ｔｅｓｉ ｈ ｎｉ ｒｎ ｙ ｔｍ． ｓ ｄｈ ｓｓｒｎ ｅ ｔｍｅａ ｄｒ ｂ ｓｎ ｓ ｎ ｔｅｍｏ ｔｉ ｇ ｓｓｅ ｌ ｏ
（ Ｄ ）出现 多 峰 的情 况 。但 粒子 滤 波存 在 粒子 退 ＰＦ 化 现 象 和 计 算 量 大 等 问 题 。 均 值 漂 移 （ ａ Ｍｅｎ Ｓ ｉ ）算 法 实 时 跟 踪 性 能 比较 好 ，计 算 量 较 小 ， ｈｆ ｔ 作 为一个 模块 应 用于 粒子 的序 列重 要性 采样 阶段 ． 提 高 粒 子 的使 用效 率 。但 是均 值 漂 移 算 法 容易 陷