粒子滤波算法原理

Ⅰ 粒子滤波算法是什么时间，由谁最先提出来的

我通俗解释一下,粒子滤波（PF）的应用大致这样：（其实目标跟踪的理论就是对状态向量的实时估值）

设有一堆样本,假设有N个,初始给他们同样的权值1/N.

这个系统状态转移方程,一般是非线性的,我们只需要知道怎么做才能把这时刻的状态值传播到下一个时刻.具体做法,N个样本值通过状态转移得下一时刻的样本预测值,包含过程噪声因素.d

系统还有一个非线性的观测方程,通过它得到真正的观测值Z.这时候,把N个样本预测值带进去获得Z‘.

根据Z’和Z相差的程度,决定对这个样本的可信程度,当然越接近的越好,然后把这些可信程度进行权值归一化.

重采样环节,把这些样本按照权值进行随机采样（权值越高的,当然越容易被抽中.比如说,下一时刻的值,有四个样本说等于1,有两个样本说等于1.5,那么有2/3概率认为等于1.这个解释起来真的有够复杂的,一般做起来200~300个样本获得的值都接近一样了,还要设个2/3n的阈值防止粒子匮乏,也就是防止所有样本得到相同的后验估计结果）,获得的值尽可能接近真实发生的情况.

循环2~5

Ⅱ 粒子滤波（CSDN通俗解释）

关于卡尔曼滤波和粒子滤波最直白的解释

卡尔曼滤波本来是控制系统课上学的，当时就没学明白，也蒙混过关了，以为以后也不用再见到它了，可惜没这么容易，后来学计算机视觉和图像处理，发现用它的地方更多了，没办法的时候只好耐心学习和理解了。一直很想把学习的过程记录一下，让大家少走弯路，可惜总也没时间和丛伏机会，直到今天。。。
我一直有一个愿望，就是把抽象的理论具体化，用最直白的方式告诉大家--不提一个生涩的词，不写一个数学公式，像讲故事一样先把道理说明白，需要知道细节的同学可以自己去查所有需要知道的一切。因为学习的过程告诉我，最难的其实是最初和这个理论和应用背景亲和的过程--这些理论它究竟是做什么的，又是怎么做到的。可惜我们能看到的关于这些理论的资料大多数都是公式的堆砌并且假定我们明白许多“基本的道理”，其实这些培郑悔“基本的道理”往往是我们最难想象和超越的。以卡尔曼滤波为例，让我们尝试一种不同的学习方法。
相信所有学习卡尔曼滤波的同学首先接触的都是状态方程和观测方程，学过控制系统的同学可能不陌生，否则，先被那两个看起来好深奥的公式给吓跑了，关键是还不知道他们究竟是干什么的，什么是状态，什么是观测。。。。。。如果再看到后面的一大串递归推导增益，实在很晕很晕，更糟糕的是还没整明白的时候就已经知道卡尔曼滤波其实已经不够使了，需要extended kalmanfilter 和particle filter了。。。
其实我们完全不用理会这些公式。先来看看究竟卡尔曼滤波是做什么的，理解了卡尔曼滤波，下面的就顺其自然了。
用一句最简单的话来说，卡尔曼滤配正波是来帮助我们做测量的，大家一定不明白测量干嘛搞那么复杂？测量长度拿个尺子比一下，测量温度拿温度表测一下不就完了嘛。的确如此，如果你要测量的东西很容易测准确，没有什么随机干扰，那真的不需要劳驾卡尔曼先生。但在有的时候，我们的测量因为随机干扰，无法准确得到，卡尔曼先生就给我们想了个办法，让我们在干扰为高斯分布的情况下，得到的测量均方误差最小，也就是测量值扰动最小，看起来最平滑。
还是举例子最容易明白。我最近养了只小兔子，忍不住拿小兔子做个例子嘻嘻。
每天给兔子拔草，看她香甜地吃啊吃地，就忍不住关心一下她的体重增长情况。那么我们就以小兔子的体重作为研究对象吧。假定我每周做一次观察，我有两个办法可以知道兔子的体重，一个是拿体重计来称：或许你有办法一下子就称准兔子的体重（兽医通常都有这办法），但现在为了体现卡尔曼先生理论的魅力，我们假定你的称实在很糟糕，误差很大，或者兔子太调皮，不能老实呆着，弹簧秤因为小兔子的晃动会产生很大误差。尽管有误差，那也是一个不可失去的渠道来得到兔子的体重。还有一个途径是根据书本上的资料，和兔子的年龄，我可以估计一下我的小兔子应该会多重，我们把用称称出来的叫观察量，用资料估计出来的叫估计值，无论是观察值还是估计值显然都是有误差的，假定误差是高斯分布。现在问题就来了，按照书本上说我的兔子该3公斤重，称出来却只有2.5公斤，我究竟该信哪个呢？如果称足够准，兔子足够乖，卡尔曼先生就没有用武之地了呵呵，再强调一下是我们的现状是兔兔不够乖，称还很烂呵呵。在这样恶劣的情景下，卡尔曼先生告诉我们一个办法，仍然可以估计出八九不离十的兔兔体重，这个办法其实也很直白，就是加权平均，把称称出来的结果也就是观测值和按照书本经验估算出来的结果也就是估计值分别加一个权值，再做平均。当然这两个权值加起来是等于一的。也就是说如果你有0.7分相信称出来的体重，那么就只有0.3分相信书上的估计。说到这里大家一定更着急了，究竟该有几分相信书上的，有几分相信我自己称的呢？都怪我的称不争气，没法让我百分一百信赖它，还要根据书上的数据来做调整。好在卡尔曼先生也体会到了我们的苦恼，告诉我们一个办法来决定这个权值，这个办法其实也很直白，就是根据以往的表现来做决定，这其实听起来挺公平的，你以前表现好，我就相信你多一点，权值也就给的高一点，以前表现不好，我就相信你少一点，权值自然给的低一点。那么什么是表现好表现不好呢，表现好意思就是测量结果稳定，方差很小，表现不好就是估计值或观测值不稳定，方差很大。想象你用称称你的哦兔子，第一次1公斤第二次10公斤，第三次5公斤，你会相信你的称吗，但是如果第一次3公斤第二次3.2公斤，第三次2.8公斤，自然我就相信它多一点，给它一个大的权值了。
有了这个权值，下面的事情就很好办了。很显然卡尔曼先生是利用多次观察和估计来达到目的的，我们也只能一步一步地调整我们的观察和估计值，来渐渐达到准确的测量，所以整个 算法 是递归的，需要多次重复调整的。调整的过程也很简单，就是把实测值（称出来的体重）和估计值（书上得来的体重）比较一下，如果估计值比测量值小，那就把估计值加上他们之间的偏差作为新的估计值，当然前面要加个系数，就是我们前面说的加权系数，这个地方我要写个公式，因为很简单就能说明白
比如我们的观查值是Z，估计值是X， 那么新的估计值就应该是 Xnew = X + K ( Z-X），从这个公式可以看到，如果X估计小了，那么新的估计值会加上一个量K ( Z-X）, 如果估计值大了,大过Z了，那么新的估计值就会减去一个量K ( Z-X），这就保证新的估计值一定比现在的准确，一次一次递归下去就会越来越准却了，当然这里面很有作用的也是这个K，也就是我们前面说的权值，书上都把他叫卡尔曼增益。。。(Xnew = X + K ( Z-X） = X ×（1-K) + KZ ，也就是说估计值X的权值是1-k，而观察值Z的权值是k，究竟k 取多大，全看估计值和观察值以前的表现，也就是他们的方差情况了）
发现把一个问题讲明白还真不是件容易的事情，谁听明白了我佩服谁，因为我已经把自己讲糊涂了哈
顺便就把extended kalman filter和particle filter提一下，因为高斯模型有时不适用，于是有了extended kalman filter，而particle filter是用于多个对象的，比如除了兔子我还有只猫，他们的体重有一个联合概率模型，每一个对象就是一个particle。无论是卡尔曼滤波还是particle滤波，都是概率分布传递的过程，卡尔曼传递的是高斯分布，particle filter 传递的是高斯混合分布，每一个峰代表一个动物在我们的例子。

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Ⅳ 粒子滤波的粒子滤波的发展

Unscented Kalman滤波器(UKF)是Julier等人提出的。EKF(Extended Kalman Filter)使用一阶Taylor展开式逼近非线性项，用高斯分布近似状态分布。UKF类似于EKF，用高斯分布逼近状态分布，但不需要线性化只使用少数几个称为Sigma点的样本。这些点通过非线性模型后，所得均值和方差能够精确到非线性项Taylor展开式的二阶项，从而对非线性滤波精度更高。Merwe等人提出使用旅败斗UKF产生PF的重要性分布，称为Unscented粒子滤波器(UPF)，由UKF产生的重要性分布与真实状态PDF的支集重叠部分更大，估计精度更高。
Rao－Blackwellised粒子滤波器(RBPF)
在高维状态空间中采样时,PF的效率很低。对某些状态空间模型，状态向量的一部分在其余部分的条件下的后验分布可以用解析方法求得，例如某些状态是条件线性高斯模型，可用Kalman滤波器得到条件后验分布，对另外部分状态用PF，从而得到一种混合滤波器，降低了PF采样空间的维数，RBPF样本的重要性权的方差远远低于SIR方法的权的方差，为使用粒子滤波器解决 SLAM问题提供了理论基础。而Montemerlo等人在2002年首次将Rao-Blackwellised粒子滤波器应用到机器人SLAM中，并取名为FastSLAM算法。该算法将SLAM问题分解成机器人定位问题和基于位姿估计的环境特征位置估计问题，用粒子滤波算法做整个路径的位置估计，用EKF估计环境特征的位置，每一个EKF对应一个环境特征。该方法融合EKF和概率方法的优点，既降低了计算的复杂度，又具有较好的鲁棒性。
最近几年，粒子方法又出现了一些新的发展，一些领域用传统的分析方法解决不了的问题，现在可以借助基于粒子仿真的方法来解决。在动态系统的模型选择、故障检测、诊断方面，出现了基于粒子的假设检验、粒子多模型、粒子似然度比检测等方法。在参数估计方面，通常把静止的参数作为扩展的状态向量的一部分，但是由于参数是静态的，粒子会很快退枯铅化成一个样本，为避免退化，常用的方法有给静态参数人为增加动态噪声以及Kernel平滑方法，而Doucet等提出的点估计方法避免对参数直接采样，在粒子框架下使用最大似然估计(ML)以及期望值最大(EM)算法直接估计未拆磨知参数。

Ⅳ 谁有粒子滤波C++实现的代码

程序流程：
1.命令行参数处理 －>
2.设置随机数生成器环境，创建随机数生成器、并且对其初始化。->
3.初始化视频句柄 －>
4.取视频中的一帧进行处理 －>
1）GRB－>HSV
2）保存当前帧在frames
3) 判断是否为第一帧，
若是则，
（1）忙等用户选定欲跟踪的区域
（2）计算相关区域直方图
（3）得到跟踪粒子
若不是则，
（1）对每个粒子作变换，并计算每个粒子的权重
（2）对粒子集合进行归一化
（3）重新采样粒子
4）画出粒子所代表的区域
5.释放图像
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之命令行参数处理
void arg_parse( int argc, char** argv )
{
int i = 0;
pname = remove_path( argv[0] );
while( TRUE )
{
char* arg_check;
int arg = getopt( argc, argv, OPTIONS );
if( arg == -1 )
break;
switch( arg )
{
case 'h':
usage( pname );
exit(0);
break;
case 'a':
show_all = TRUE;
break;
case 'o':
export = TRUE;
break;
case 'p':
if( ! optarg )
fatal_error( "error parsing arguments at -%c\n" \
"Try '%s -h' for help.", arg, pname );
num_particles = strtol( optarg, &arg_check, 10 );
if( arg_check == optarg || *arg_check != '\0' )
fatal_error( "-%c option requires an integer argument\n" \
"Try '%s -h' for help.", arg, pname );
break;
default:
fatal_error( "-%c: invalid option\nTry '%s -h' for help.",
optopt, pname );
}
}
if( argc - optind < 1 )
fatal_error( "no input image specified.\nTry '%s -h' for help.", pname );
if( argc - optind > 2 )
fatal_error( "too many arguments.\nTry '%s -h' for help.", pname );
vid_file = argv[optind];
}
作者使用Getopt这个系统函数对命令行进行解析，－h表示显示帮助，－a表示将所有粒子所代表的位置都显示出来，－o表示输出tracking的帧，－p number进行粒子数的设定，然后再最后指定要处理的视频文件。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之RGB->HSV
IplImage* bgr2hsv( IplImage* bgr )
{
IplImage* bgr32f, * hsv;
bgr32f = cvCreateImage( cvGetSize(bgr), IPL_DEPTH_32F, 3 );
hsv = cvCreateImage( cvGetSize(bgr), IPL_DEPTH_32F, 3 );
cvConvertScale( bgr, bgr32f, 1.0 / 255.0, 0 );
cvCvtColor( bgr32f, hsv, CV_BGR2HSV );
cvReleaseImage( &bgr32f );
return hsv;
}
程序现将图像的像素值归一化，然后使用OpenCV中的cvCvtcolor函数将图像从RGB空间转换到HSV空间。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之设定随机数
gsl_rng_env_setup();//setup the enviorment of random number generator
rng = gsl_rng_alloc( gsl_rng_mt19937 );//create a random number generator
gsl_rng_set( rng, time(NULL) );//initializes the random number generator.
作者使用GSL库进行随机数的产生，GSL是GNU的科学计算库，其中手册中random部分所述进行随机数生成有三个步骤：
随机数生成器环境建立，随机数生成器的创建，随机数生成器的初始化。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之计算选定区域直方图
histogram** compute_ref_histos( IplImage* frame, CvRect* regions, int n )
{
histogram** histos = malloc( n * sizeof( histogram* ) );
IplImage* tmp;
int i;
for( i = 0; i < n; i++ )
{
cvSetImageROI( frame, regions[i] );//set the region of interest
tmp = cvCreateImage( cvGetSize( frame ), IPL_DEPTH_32F, 3 );
cvCopy( frame, tmp, NULL );
cvResetImageROI( frame );//free the ROI
histos[i] = calc_histogram( &tmp, 1 );//calculate the hisrogram
normalize_histogram( histos[i] );//Normalizes a histogram so all bins sum to 1.0
cvReleaseImage( &tmp );
}
return histos;
}
程序中先设置了一个类型为histogram的指向指针的指针，是histogram指针数组的指针，这个数组是多个选定区域的直方图数据存放的位置。然后对于每一个用户指定的区域，在第一帧中都进行了ROI区域设置，通过对ROI区域的设置取出选定区域，交给函数calc_histogram计算出直方图，并使用normalize_histogram对直方图进行归一化。
计算直方图的函数详解如下：
histogram* calc_histogram( IplImage** imgs, int n )
{
IplImage* img;
histogram* histo;
IplImage* h, * s, * v;
float* hist;
int i, r, c, bin;
histo = malloc( sizeof(histogram) );
histo->n = NH*NS + NV;
hist = histo->histo;
memset( hist, 0, histo->n * sizeof(float) );
for( i = 0; i < n; i++ )
{
img = imgs[i];
h = cvCreateImage( cvGetSize(img), IPL_DEPTH_32F, 1 );
s = cvCreateImage( cvGetSize(img), IPL_DEPTH_32F, 1 );
v = cvCreateImage( cvGetSize(img), IPL_DEPTH_32F, 1 );
cvCvtPixToPlane( img, h, s, v, NULL );
for( r = 0; r < img->height; r++ )
for( c = 0; c < img->width; c++ )
{
bin = histo_bin( pixval32f( h, r, c ),
pixval32f( s, r, c ),
pixval32f( v, r, c ) );
hist[bin] += 1;
}
cvReleaseImage( &h );
cvReleaseImage( &s );
cvReleaseImage( &v );
}
return histo;
}
这个函数将h、s、 v分别取出，然后以从上到下，从左到右的方式遍历以函数histo_bin的评判规则放入相应的bin中（很形象的）。函数histo_bin的评判规则详见下图：
｜－－－－｜－－－－｜－－－－｜。。。。｜－－－－｜－－－－－－｜－－－－－－｜。。。。｜－－－－－－－｜
1NH 2NH 3NH NS＊NH NS＊NH＋1 NS*NH+2 NS＊NH＋NV
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之初始化粒子集
particle* init_distribution( CvRect* regions, histogram** histos, int n, int p)
{
particle* particles;
int np;
float x, y;
int i, j, width, height, k = 0;
particles = malloc( p * sizeof( particle ) );
np = p / n;
for( i = 0; i < n; i++ )
{
width = regions[i].width;
height = regions[i].height;
x = regions[i].x + width / 2;
y = regions[i].y + height / 2;
for( j = 0; j < np; j++ )
{
particles[k].x0 = particles[k].xp = particles[k].x = x;
particles[k].y0 = particles[k].yp = particles[k].y = y;
particles[k].sp = particles[k].s = 1.0;
particles[k].width = width;
particles[k].height = height;
particles[k].histo = histos[i];
particles[k++].w = 0;
}
}
i = 0;
while( k < p )
{
width = regions[i].width;
height = regions[i].height;
x = regions[i].x + width / 2;
y = regions[i].y + height / 2;
particles[k].x0 = particles[k].xp = particles[k].x = x;
particles[k].y0 = particles[k].yp = particles[k].y = y;
particles[k].sp = particles[k].s = 1.0;
particles[k].width = width;
particles[k].height = height;
particles[k].histo = histos[i];
particles[k++].w = 0;
i = ( i + 1 ) % n;
}
return particles;
}
程序中的变量np是指若有多个区域n，则一个区域内的粒子数为p/n，这样粒子的总数为p。然后程序对每个区域（n个）中p/n个粒子进行初始化，三个位置坐标都为选定区域的中点，比例都为1，宽度和高度为选定区域的高度。然后又跑了个循环确定p个粒子被初始化。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之粒子集合变换
particle transition( particle p, int w, int h, gsl_rng* rng )
{
float x, y, s;
particle pn;
x = A1 * ( p.x - p.x0 ) + A2 * ( p.xp - p.x0 ) +
B0 * gsl_ran_gaussian( rng, TRANS_X_STD ) + p.x0;
pn.x = MAX( 0.0, MIN( (float)w - 1.0, x ) );
y = A1 * ( p.y - p.y0 ) + A2 * ( p.yp - p.y0 ) +
B0 * gsl_ran_gaussian( rng, TRANS_Y_STD ) + p.y0;
pn.y = MAX( 0.0, MIN( (float)h - 1.0, y ) );
s = A1 * ( p.s - 1.0 ) + A2 * ( p.sp - 1.0 ) +
B0 * gsl_ran_gaussian( rng, TRANS_S_STD ) + 1.0;
pn.s = MAX( 0.1, s );
pn.xp = p.x;
pn.yp = p.y;
pn.sp = p.s;
pn.x0 = p.x0;
pn.y0 = p.y0;
pn.width = p.width;
pn.height = p.height;
pn.histo = p.histo;
pn.w = 0;
return pn;
}
程序使用动态二阶自回归模型作为基本变换思路，变换的对象有坐标x，坐标y，和比例s。变换的x和y要符合在width和height之内的条件。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之粒子集重新采样
particle* resample( particle* particles, int n )
{
particle* new_particles;
int i, j, np, k = 0;
qsort( particles, n, sizeof( particle ), &particle_cmp );
new_particles = malloc( n * sizeof( particle ) );
for( i = 0; i < n; i++ )
{
np = cvRound( particles[i].w * n );
for( j = 0; j < np; j++ )
{
new_particles[k++] = particles[i];
if( k == n )
goto exit;
}
}
while( k < n )
new_particles[k++] = particles[0];
exit:
return new_particles;
}
程序先使用C标准库中的qsort排序函数，按照权重，由大到小将原粒子集排序。然后将权重大的在新的粒子集中分配的多一点。
OpenCV学习——物体跟踪的粒子滤波算法实现之权重归一化
void normalize_weights( particle* particles, int n )
{
float sum = 0;
int i;
for( i = 0; i < n; i++ )
sum += particles[i].w;
for( i = 0; i < n; i++ )
particles[i].w /= sum;
}

Ⅵ 贫化的解释及造句

贫化拼音

【注音】： pin hua

贫化解释

【意思】：在采出的矿石中，有用矿物含量比在矿体中的含量低，叫做货化，是由于开采过程中矿石与废石相混而造成的。

贫化造句

贫化造轮薯腊句：

1、进行这种结合的目的，是降低放矿过程中的矿石损失和贫化。

2、针对四川泸沽铁矿的实际情况，提出下盘切岩时应采取的具体措施，达到多回收矿石、低贫化，取得最大经济效益的目的。

3、建立了矿体模型、损失贫化动态模型和配矿优化模型。

4、运用最小二乘原理对试验数据进行回归拟合，得到回收率与贫化率的关系，并分析得出了较优的实验方案。

5、对于矿岩界阶不明显，必须注意矿体的二次圈定工作，以减少贫化和损失。

6、样本贫化现腊滑象是应用粒子滤波算法的一个主要障碍，对估计长时间维持不变量的影响尤为严重。

7、根据矿体赋存条件和所选用的采矿方法，各种采矿方法所占的比例，计算采矿综合法损失率为12%、贫化率为15%。

8、在中厚倾斜矿体的开采过程中，改变人道和溜井在采场面的相对位置，可适应矿体的变化，降低贫化率。

9、回采过程中要随时作好直接顶板和上下盘围岩的维护工作，以保证生产安全，减少损失、贫化。

10、采用内圆柱体转动法测定了贫化电炉渣的粘度系数，并计算出了其在低温及高温区间的粘滞活化能。

11、在腐蚀区以下的合金基体中没有铬的贫化现象发生。

12、稀土元素的强烈分馏以及重稀土元素显着贫化，意味着这些火山岩源自于大陆岩石圈地幔的石榴石二辉橄榄岩。

13、两种方法均具有生产能力高，采掘比低，贫化损失较小，改善通风条件等优点。

14、狮岭南地段矿体规模、形态、产状特征与其他主生产地段相比，差异很大，该地段采矿贫化率较难控制。

15、实践证明，双指标出矿管理方法取得了较好的效果，能有效地防止丢矿和过贫化的现象。

16、该研究对我国类似资源贫化型矿山低品位矿石的预选是一个有益的探索。

17、采矿贫化率与损失率的降低是采矿工作者重点研究和攻克的难点之一手瞎。

18、从生产实践出发，阐述了降低采矿贫化率是提高矿石质量（品位），提高矿山经济效益的有效途径之一。

19、本文根据实验及生产放矿结果，分析研究了无底柱分段崩落法放矿过程中矿石损失贫化的关系问题。

20、并对今后无底柱分段崩落法降低损失贫化具有重要的'指导意义。

21、充填体在开采过程中往往由于剪切滑移而产生垮落破坏，造成矿石贫化。

22、粒子滤波算法（PF）中，序列重要性采样引起采样点贫化，进一步经过重采样后造成分集度损失。

23、有色金属矿山企业的采矿回收率、选矿回收率和综合回收率普遍高于全国平均水平，采矿贫化率低于全国平均水平。

24、该方法提高了矿石的回采率，降低了矿石的贫化率，为矿山寻找出一条合理的开采方法。

25、岩金作为贵金属矿床，提倡使用损失率、贫化率低的充填采矿法开采。

26、矿石的贫化率与损失率较高，是造成资源浪费和制约企业经济效益的突出问题。

27、降低了矿石的贫化损失，提高了回收率，减少了采矿成本，获得了良好的经济效益和社会效益。

28、并根据无底柱分段崩落法矿山的不同情况，提出了各种应用无贫化放矿的实施方案。

29、这种采矿方法极大地提高了采场生产能力，降低了矿石贫化损失和采矿成本，对同类矿体的开采有明显的现实意义。

Ⅶ 初值对粒子滤波算法有影响吗

您好，初值对粒子滤波算法的影响是非常重要的。粒子滤波算法是一种基于概率的滤波算法，它的基本思想是根据测量值和状态转移模型，通过蒙特卡洛方法来估计状态变量的分布，从而求解最优状态估计问题。粒子滤波算法的初值对算法的结果影响很大，因为粒子滤波算法是一种基于概率的滤波算法，它的基本思想是根据测量值和状态转移模型，渣态通过蒙特卡洛方法来估计状态变量的分布，从而求解最优状态估计问题。如果初值不改旁准确，会导致粒如歼源子滤波算法的结果不准确，从而影响算法的有效性。因此，在使用粒子滤波算法时，初值的准确性对算法的结果有很大的影响。

Ⅷ 无人驾驶(三)行人跟踪算法

姓名：王梦妮

学号：20021210873

学院：电子工程学院

【嵌牛导读】本文主要介绍了无人驾驶中所需的拿肢行人跟踪算法

【嵌牛鼻子】无人驾驶 环境感知 计算机视觉 卡尔曼滤波 粒子滤波 均值漂移

【嵌牛提问】无人驾驶中所用到的行人跟踪算法有哪些

【嵌牛正文】

行人跟踪一直是视觉领域的一个难点，实际应用环境复杂、遮挡以及行人姿态变化等外界因素都影响着行人跟踪算法的研究。行人跟踪算法模型主要分为生成模型和判别模型。

（一）生成式模型

生成式模型是一种通过在线学习行人目标特征，建立行人跟踪模型，然后使用模型来搜索误差最小的目标区域，从而完成对行人的跟踪。这种算法在构建模型只考虑了行人本身的特征，忽略了背景信息，没有做到有效利用图像中的全部信息。其中比较经典的算法主要有卡尔曼滤波，粒子滤波，mean-shift等。

（1）卡尔曼滤波算法

卡尔曼滤波算法是一种通过对行人构建状态方程和观测方程为基础，计算最小均方误差来实现跟踪的最优线性递归滤波算法，通过递归行人的运动状态来预测行人轨迹的变化。

首先设定初始参数，读取视频序列。然后进行背景估计，产生初始化背景图像。然后依次读取视频序列，利用Kahnan滤波算法，根据上一帧估计的背景和当前帧数据得到当前帧的前景目标。然后对前景目标进行连通计算，检测出运动目标的轨迹。经典的卡尔曼滤波算法．只能对线性运动的行人实现跟踪，之后学者改进了卡尔曼滤波算法，能够实现对非线性运动的行人进行跟踪，计算量小，能实现实时跟踪，但是跟踪效果不理想。

（2）粒子滤波

    粒子滤波的核心就是贝叶斯推理和重要性采样。粒子滤波可用于非线性非高斯模型，这是由于贝叶斯推理采用蒙特卡洛法，以某个时间点事件出现的频率表示其概率。通过一组粒子消宴世对整个模型的后验概率分布进行近似的表示，通过这个表示来估计整个非线性非高斯系统的状态。重要性采用就是通过粒子的置信度来赋予不同的权重，置信度高的粒子，赋予较大的权重，通过权重的分布形式表示相似程度。

（3）均值漂移（mean-shift）

    Mean-shift算法属于核密度估计法。不必知道先验概率，密度函数值由采样点的特征空间计算。通过计算当前帧目标区域的像素特征值概率来描述目标模型，并对候选区域进行统一描述，使用相似的函数表示目标模型与候选模板之间的相似度，然后选择在具有相似函数值最大的候选模型中，您将获得关于目标模型的均值漂移向量，该向量表示目标从当前位置移动到下一个位置的向量。通过连续迭代地计算均值偏移矢量，行人跟踪算法将最终收敛到行人的实际位置，从而实现行人跟踪。

（二） 判别式模型

判别模型与生成模型不同，行人跟踪被视为二分类问题。提取图像中的行人和背景信息，并用于训练分类器。通过分类将行人从图像背景中分离出来，以获取行人的当前位置。以行人区域为正样本，背景区域为负样本，通过机器学习算法对正样本和负样本进行训练，训练后的分类器用于在下一帧中找到相似度最高的区域，以完成行人轨迹更新。判别式模型不像生成式模型仅仅利用了行人的信息，还利用了背景信息，因此判别式模型的跟踪效果普遍优于生成式模型。

（1）基于相关滤波的跟踪算法

      核相关滤波(KCF)算法是基于相关滤波的经典跟踪算法，具有优良的跟踪效果和跟踪速度。这是由于其采用了循环移位的方式来进行样本生产，用生成的样本来训练分类器，通过高斯核函数来计算当前帧行人与下一帧中所有候选目标之间的相似概率图，找到相似概率图最大的那个候选目标，就得到了行人的新位置。KCF算法为了提高跟踪精度，使用HOG特征对行人进行描述，同时结合了离散傅里叶变换来降低计算量。

（2）基于深度学习的跟踪算法

    近年来，深度学习在图像和语音方面取得了较大的成果，因此有许多科研人员将深度学习与行人跟踪相结合，取得了比传统跟踪算法更好的性能。DLT就是一个基于深度学习的行人跟踪算法，利用深度模型自动编码器通过离线训练的方式，在大规模行人数据集上得到一个行人模型，然后在线对行人进行跟踪来微调模型。首先通过粒子滤波获取候选行人目标，然后利用自动编码器进行预测，最终得到行人的预测位置即最大输出值的候选行人目标位置。2015年提出的MDNet算法采用了分域训练的方式祥森。对于每个类别，一个单独的全连接层用于分类，并且全连接层前面的所有层都是共享，用于特征提取。2017年提出的HCFT算法使用深度学习对大量标定数据进行训练，得到强有力的特征表达模型，结合基于相关滤波的跟踪算法，用于解决在线进行跟踪过程中行人样本少、网络训练不充分的问题。此外，通过深度学习提取特征，利用数据关联的方法来实现跟踪的算法，其中最为着名的就JPDAF与MHT这两种方法。

Ⅸ 粒子滤波算法的具体流程是怎样的

粒子滤波(PF: Particle Filter)算法起源于20世纪50年代Poor Man's Monte Carlo问题的研究，但第一个具有应用性的粒子滤波算法于1993年由Gordon等提出（“A novel Approach to nonlinear/non-Gaussian Bayesian State estimation”）。它是利用粒子集来表示概率，可以用在任何形式的状态空间模型上。其核心思想是通过从后验概率中抽取的随机状态粒子来表示其分布情况，是一种顺序重要性采样法(Sequential Importance Sampling)。

粒子滤波的应用非常广泛，尤其是在目标跟踪（“A probabilistic framework for matching temporal trajectories”）等视觉任务方面。粒子滤波算法有许多不同的改进方式。针对不同的问题，PF算法被改造以适应更好的问题。本文主要侧重于目标跟踪方面的应用。以人脸跟踪为例，下图展示了粒子滤波的跟踪结果。下面介绍下粒子滤波的基本过程：初始化、概率转移、权重重计算和重采样四个阶段。

1.初始化阶段

跟踪区域初始化。在使用粒子滤波算法进行目标跟踪前需要选择要跟踪的目标物体。这个过程可以用人工划定方法和自动识别方法。使用人工的方法可以通过鼠标在图像区域标记出一个感兴趣矩形；使用自动的方法就是利用自动的目标检测技术，初步检测出图像中要跟踪物体的大致位置。以人脸跟踪为例，人工方法就是鼠标划定视频第一帧中人脸的区域；自动方法就是可以使用人脸检测算法检测出人脸的初始位置。

粒子初始化。对于本文人脸检测的示例，粒子就是图像中的矩形区域，主要由矩形中心(x,y)和宽高(w,h)四个变量表示。粒子初始化的步骤，就是在图像中选择指定数量的粒子（矩形），比如N=100个粒子。粒子初始化过程就是在图像中随机或指定方式放粒子。比如说，我们可以指定100个粒子初始状态和跟踪区域一致，即粒子参数和跟踪区域的(x,y,w,h)相等。

2.状态转移阶段

使用粒子滤波算法来对目标进行跟踪，即是通过前一次的先验概率来估算出当前环境下的后验概率密度，这个过程也是由粒子来完成的。具体来说，即根据上一帧中粒子的状态(x,y,w,h)t-1，来估计出本帧中各个粒子的状态(x,y,w,h)t。从上一帧图像的粒子状态转变为当前帧粒子的状态，这个变异过程就叫作转移（transmission）。粒子滤波的转移方程跟Kalman滤波的差不多：

上面的是状态转移方程，下面的为观测方程，wk和vk是高斯噪声。在本文示例中，xk=(x,y,w,h)t。变量x,y,w,h可以依据公式（1）分别更新。在不同的算法中，f采用的函数也不相同。如果xk=xk-1+wk，则状态转移方程其实是随机游走过程；如果xk=Axk-1+wk，状态转移方程则为一阶自回归方程；如果xk=A1xk-1+A2xk-2+wk，则状态转移方程为二阶自回归方程。

3.权重重计算阶段

转移阶段将上一帧中粒子的位置进行了转移，得到当前帧中新的位置。但并不是所有粒子的作用都有用。也就是有些粒子并不是跟踪区域所要所移动的位置。因此，在此阶段，粒子滤波算法将对每个粒子进行打分，将得分较低的粒子删除，将得分多的粒子生成更多的粒子（重采样过程完成）。具体打分的方法根据不同的需求会不同，例如人脸跟踪方法中使用距离作为衡量的标准。将每个粒子与跟踪区域进行相似度计算（在这里，分别提取粒子和跟踪区域的视觉特征进行计算，比如颜色直方图），使用相似度作为相应粒子的权重。每一个粒子都需要计算其权重，并且需要将其归一化。该阶段其实也是后验概率进行更新的过程。

4.重采样阶段

粒子滤波算法会淘汰权值低的粒子，让权值高的粒子来产生出更多的粒子，这就使得算法朝着权值高的地方收敛。假设有100个粒子，1号粒子的权重为0.02而2号粒子的权重为0.003。于是在重采样阶段，1号粒子生孩子的指标是0.02×100=2，2号粒子的指标是0.003×100=0.3，可以发现，1号粒子除了刚产生的粒子外还要再额外的产生一个粒子，而2号粒子就被铲除了。如此，最后得到的100个粒子即为所求，然后取个加权平均就得到了目标的状态值。

Ⅹ 粒子滤波算法是什么时间，由谁最先提出来的啊

1993年有Gordon和Salmond提出了一种新的基于SIS方法的Bootstrap非线性滤波方法，从此奠定了粒子滤波算法的基础。论文：Novel approach to non-linear and non-gaussion Bayesian state estimation.