鲁棒的基于均值漂移的自适应卡尔曼滤波目标跟踪.pdf

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1、2015年9月西安石油大学学报(自然科学版)Sep．2015第30卷第5期JournalofXianShiyouUniversity(NaturalScienceEdition)Vo1．30No．5文章编号：1673-064X(2015)05-0106-05鲁棒的基于均值漂移的自适应卡尔曼滤波目标跟踪李小和，屈展，王魁生(西安石油大学计算机学院，陕西西安710065)摘要：提出了一种鲁棒的基于均值漂移的自适应卡尔曼滤波目标跟踪算法。首先建立卡尔曼滤波的系统模型，用卡尔曼滤波预测目标在当前帧的位置，并将该预测值作为初始值，用均值漂移算法搜索目标位置。然后

2、将搜索结果作为观测值来修正预测值，并根据目标模型与由均值漂移算法搜索得到的候选目标模型及相应背景模型的Bhattacharyya系数自适应调整卡尔曼滤波的参数，从而提出了一种鲁棒的自适应卡尔曼滤波目标跟踪算法。仿真实验表明，该算法具有较好的跟踪精度，对遮挡具有较强的鲁棒性。关键词：目标跟踪；卡尔曼滤波；均值漂移；AKF算法；鲁棒性中图分类号：TP391．4文献标识码：A近年来均值漂移(MS)算法被广泛应用于目charyya系数白适应调整KF算法的参数，从而提出标跟踪领域。文献[2]提出了一种MS目标跟踪了一种自适应卡尔曼滤波(AKF)目标跟踪算法。算法

3、，计算简单快捷，且具有实时性。该算法要求相AKF算法在目标运动速度较快或目标被遮挡时，能邻两帧目标位置必须有重叠，因此，当目标的运动速够有效跟踪目标。度较小时，能够得到比较理想的跟踪效果，而当目标虽然AKF算法对遮挡具有较好的鲁棒性，但是运动速度较快或目标较小导致相邻两帧的目标位置当目标被具有与目标相似特征的物体遮挡时无法有没有重叠时，无法有效跟踪目标。效跟踪目标。为了克服以上不足，本文首先用KF为了进一步提高MS目标跟踪算法的鲁棒性，预测目标在当前帧的位置，并将预测值作为初值，用在当前帧，可先用卡尔曼滤波(KF)算法¨预测目MS算法搜索目标的位置。然

4、后将搜索结果作为观标的位置，然后将KF的预测值作为初值，用MS算测值修正预测值，并根据目标模型与MS算法确定法搜索目标的位置。虽然该方案在一定程度上的候选目标模型及相应背景模型的Bhattacharyya系提高了跟踪算法的鲁棒性，但是当日标被遮挡时无数自适应调整KF算法的参数，从而提出了一种鲁法有效跟踪目标。文献[8]通过在目标区域采用多棒的自适应卡尔曼滤波(RAKF)目标跟踪算法。仿个MS模型解决部分遮挡问题。文献[9]通过目标真实验表明，该算法具有较好的跟踪精度，对遮挡具模型与由MS算法确定的候选目标模型的Bhatta．有较强的鲁棒性。收稿日期：2

5、015-01—14基金项目：国家自然科学基金(编号：51174162)；陕西省教育厅专项科研计划(编号：14JK1584)；西安市科技计划(编号CXY1346(7))；西安石油大学青年科技创新基金(编号：2013BS021)作者简介：李小和(1974一)，男，博士，讲师，主要从事图像处理与模式识别研究。E—mail：lixhxsyu@gmail．COrn李小和等：鲁棒的基于均值漂移的自适应卡尔曼滤波目标跟踪一107—自适应调整KF算法的参数。1均值漂移目标跟踪为了降低跟踪算法的时间复杂度，将目标中心的坐标和Y坐标分开考虑，采用2个RAKF分别对在MS目

6、标跟踪算法中，目标模型和候选目标应于目标中心的坐标和Y坐标，从而将2一D跟踪降模型分别定义为规则化的核加权颜色直方图垂=为2个1D跟踪。{由}．⋯和P(y)={(j，)}，，m为直方图2．1卡尔曼滤波模型．收件箱的个数。以Y为中心的候选目标区域像素KF通过递归的方式估计动态系统的状态。KF{}，⋯，的候选目标模型的系统方程为：f()=A(一)+’．，(一)；(5)()=Ch(1ll1)()，【Z(t)=C(t)+(t)。(1)式中：X(t)表示t时刻的状态向量；A为状态转移矩式中：c为归一化常数；(·)为核函数；为核函数阵；(一1)为激励噪声；z(t)

7、为观察向量；C为观带宽；6(·)为Kroneckerdelta函数；b(x)表示坐标测矩阵(t)为观察噪声。(t一1)和(t)为相互为的像素所对应的直方图颜色区间。目标模型奇独立的高斯白噪声。(t一1)和(t)的均值为零，的计算与p(Y)类似。协方差矩阵分别为Q(t一1)和R(t)。目标模型与候选目标模型的Bhattacharyya系定义=(，，。)，Z=，其中、和。分布表数为示目标(水平或垂直方向)的中心、速度和加速度。在实际应用中，由于目标的运动模型通常不断变化，()p[p()，亩]=∑／。(2)很难得到一个精确的系统状态方程。然而在一个较Bhat

8、tacharyya系数(J，)∈[0，1]，其值越大，2短的时间内，通常目标以某种近似恒定的规