基于混合粒子滤波的多目标跟踪算法研究

Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄＡｐｐｌｉｅａｔｉｏｎｓ计算机工程与应用　

遗传重采样粒子滤波的目标跟踪研究　

刘　刚　，梁晓庚　

ＬＩＵ　Ｇａｎｇ　，ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｇｅｎｇ　，　

１．西北工业大学自动化学院，西安７１００７２　

２＿洛阳光电技术发展中心，河南洛阳４７１００９　

１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７　１　００７２，Ｃｈｉｎａ　

２．Ｌｕｏｙａｎｇ　Ｐｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　Ｃｅｎｔｅｒ，Ｌｕｏｙａｎｇ，Ｈｅｎａｎ　４７１００９，Ｃｈｉｎａ　

Ｅ—ｍａｉｌ：ｌｇ１９７４１０１１＠１６３．ｃｏｒｎ　

ＬＩＵ　Ｇａｎｇ．ＬＩＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｇｅｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔａｒｇｅｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｇｅｎｅ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ’Ｓ　ｒｅｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ．Ｃｏｍ—　ｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ。２０１０，４６（１９）：１９６—１９９．　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｇｉｖｅｓ　ａｎ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＧＡ’Ｓ　ｒｅｓａｍｐｌｉｎｇ　ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｏｆ　ｐａｒｔｉ—　ｃｌｅ’Ｓ　ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｃａｒｃｉｔｙ．Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ．ｔｈｅ　ｐａｒｔｉｃｌｅ’Ｓ　ｓｅｔ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｒｅｓａｍｐｌｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｔｈｅ　ＧＡ’Ｓ　ｏｐｅｒ—　

ａｔｏｒ，ｆｏｒ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ，ｃｒｏｓｓｉｎｇ，ｍｕｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ＳＯ　ｏｎ．Ｂｙ　ｔｈｅ　ＧＡ’Ｓ　ｉｔｅｒａｔｉｏｎ，ｍｏｒｅ　ｂｅＲｅｒ　ｐａｒｔｉｃｌｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐａｒ－　

２０１３年第２２卷第１１期　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　计算机系统应用　

于ＣＵＤＡ与粒子滤波的多特征融合视频目标跟踪　

±①　／厶　

刘伟，孟朝晖，薛东伟　

（河海大学计算机与信息学院，南京２１　１　１００）　

摘　要：针对复杂环境中非线性运动目标跟踪，单一特征无法满足对目标的准确描述，造成不能准确跟踪的问题，　

提出了一种基于粒子滤波与多种特征自适应融合的跟踪方法．该方法先对目标区域提取轮廓方向分布与颜色分　布，根据自适应规则融合后，然后与粒子滤波理论相结合，实现对各种复杂环境中视频运动目标的有效跟踪．同　

时，通过使用ＣＵＤＡ（Ｃｏｍｐｕｔｅ　Ｕｎｉｆｉｅｄ　Ｄｅｖｉｃｅ　ｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ）加速，实现了目标跟踪的实时性．实验结果表明，该方　

法可对非线性、非高斯的运动目标进行有效的跟踪，对目标的遮挡与暂时消失，背景焦距的拉伸与背景颜色的变　

换，有很强的鲁棒性和实时性．　

关键词：视频目标跟踪；粒子滤波；轮廓方向分布；颜色分布；ＣＵＤＡ　

Ｍｕｌｔｉ—Ｆｅａｔｕｒｅ　Ｆｕｓｉｏｎ　Ｖｉｄｅｏ　０ｂｊ　ｅｅｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＵＤＡ　ａｎｄ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｆｉｌｔｅｒ　

ＬＩＵ　Ｗｅｉ，ＭＥＮＧ　Ｚｈａｏ－Ｈｕｉ，ＸＵＥ　Ｄｏｎｇ－Ｗｌｅｉ　

（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＨｅｈａｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２　１　１　１００，Ｃｈｍａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｂｌｅｍ　ｔｈａｔ　ｓｉｎｇｌｅ　ｆｅａｔｕｒｅ　ｃａｎ’ｔ　ｄｅｓｃｒｉｂｅ　ｔｈｅ　ｎｏｎｌｉｎｅａｒ　ｍｏｖｉｎｇ　ｔａｒｇｅｔｓ　ａｃｃｕｒａｔｅｌｙ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｐｓｅｄ　ａ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ａｎｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ．Ｉｔ　ｆｉｒｓｔ　ｅｘｔｒａｃｔｅｄ　ｃｏｎｔｏｕｒ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｃｏｌｏｒ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｔｈｅ　ｔａｒｇｅｔ　ａｒｅａ．Ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｗｉｔｈ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ　

Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　计算机应用，２０１２，３２（２）：５０４—５０６　ＩＳＳＮ　１００ｌ一９０８ｌ　ＣＯＤＥＮ　ＪＹＩＩＤＵ　２０１２—０２．０１　ｈｔｔｐ：ｆ，　．　ｏｃａ．ｃｎ　

文章编号：１００１—９０８１（２０１２）０２—０５０４—０３　ｄｏｉ：１０．３７２４／ＳＰ．Ｊ．１０８７．２０１２．００５０４　

改进的均值漂移和粒子滤波混合跟踪方法　

李科　，徐克虎，黄大山　

（装甲兵工程学院控制工程系，北京１０００７２）　（￥通信作者电子邮箱ｌｉｋｅａｉｘｕｔｉａｎ＠１６３．ｃｏｍ）　

摘要：为提高粒子滤波视觉目标跟踪算法的准确性和实时性，提出一种基于均值漂移和粒子滤波的混合跟踪　

算法。将相异性较小的粒子进行聚类，利用均值漂移算法迭代各个聚类中的代表点，通过减少参与均值漂移迭代的　粒子数来降低运算复杂度；根据跟踪情况自适应调整采样粒子数目和过程噪声分布，以提高跟踪精度和减少运算时　

间。实验结果表明，所提算法平均每帧计算时间不到传统混合跟踪法的一半，而且跟踪精度也有所提高。　

关键词：目标跟踪；均值漂移；粒子滤波；重采样；过程噪声　

中图分类号：ＴＰ３１７．４　文献标志码：Ａ　

Ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ｏｂｊｅｃｔ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｍｅｔｈｏｄ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｍｅａｎ　ｓｈｉｆｔ　ａｎｄ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ　

ＬＩ　Ｋｅ　．ＸＵ　Ｋｅ－ｈｕ．ＨＵＡＮＧ　Ｄａ－ｓｈａｎ　

（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ａｒｍｏｒｅｄ　Ｆｏｒｃｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｃｃｕｒａｃｙ　ａｎｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｐａｒｔｉｃｌｅ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ　ｔｒａｃｋｉｎｇ　ｖｉｓｉｏｎ　ｏｂｊｅｃｔ，ａｎ　

计算机系统应用　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－Ｓ－ａ．ｏｒｇ．ｃｎ　２０１２年第２ｌ卷第９期　

基于粒子滤波和多特征融合的目标跟踪算法①　

于金霞。，一，许景民　，一，汤永利　，一，赵倩。　

（河南理工大学计算机科学与技术学院，焦作４５４００３）　（河南理工大学河南省高等学校矿山信息化重点学科开放实验室，焦作４５４００３）　（河南省电力公司济源供电公司，济源４５４６５０）　

摘　要：为了克服单纯基于颜色特征的跟踪方法在复杂环境下易导致跟踪失败的缺点，提出了将颜色和结构信　

息相结合的跟踪方法．利用基于ＨＳＶ颜色空间的加权颜色直方图表示目标的颜色模型，利用目标的灰度图像建　

立结构模型，并将两者融合于粒子滤波的框架中，结合的纽带就是粒子权值的计算，同时自适应的调整颜色和结　

构信息的融合系数．实验表明，该算法的稳定性较高，同时提高了跟踪的精度。　关键词：粒子滤波；加权颜色直方图；结构模型；融合；自适应　

ｏｂｊｅｃｔ　Ｔｒａｃｋｉｎｇ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐａｒｔｉｃｌｅ　Ｆｉｌｔｅｒ　ａｎｄ　Ｍｕｌｔｉ—ｆｅａｔｕｒｅ　Ｆｕｓｉｏｎ　‘　

ＹＵ　Ｊｉｎ．Ｘｉａ　，一，ＸＵ　Ｊｉｎｇ．Ｍｉｎ　，ＴＡＮＧ　Ｙｏｎｇ．Ｌｉ’　，ＺＨＡＯ　Ｑｉａｎ３　

（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４００３，Ｃｈｉｎａ）　（Ｋｅｙ　Ｄｉｓｃｉｐｌｉｎｅ　Ｏｐｅｎ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　Ｏｉｌ　Ｍｉｎｅ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｅｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｈｉｇｈｅｒ　Ｌｅａｒｎｉｎ￣Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４００３，Ｃｈｉｎａ）　（Ｊｉｙｕａｎ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｈｅｎａｎ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｐｏｗｅｒ　Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊｉｙｕａｎ　４５４６５０，Ｃｈｉｎａ）