基于粒子滤波的高原鼠兔突变运动跟踪

摘要

高原鼠兔是青藏高原地区的优势鼠种，其正常的种群数量是维持生态系统平衡的关键，但当其种群数量超过一定范围时就会发生鼠害，而鼠害是加速草地退化的主要原因之一。为了实现对高原鼠兔无接触、动态、连续的监测，可通过基于机器视觉的智能监控系统对其种群进行监测，根据监测结果采取相应的措施防治鼠害。监测时采用目标跟踪的方式实现对高原鼠兔的定位，为后续数量统计以及行为分析奠定基础。但高原鼠兔的运动具有随机性和不可预测性，平滑运动时会发生运动形式的突变，并且目标与背景颜色对比度较低，加大了对其跟踪的难度。 1.针对粒子滤波跟踪方法的运动模型中忽略了加速度信息，对高原鼠兔突变运动跟踪时性能不佳的问题，鉴于加速度方差与加速度绝对值成线性关系，并且加速度增量与位置增量也有线性关系，在粒子滤波跟踪方法的运动模型中引入加速度方差因子，对高原鼠兔突变运动进行跟踪。针对高原鼠兔具有保护色，而粒子滤波跟踪方法以颜色特征作为目标表示，对目标与背景颜色对比度较低的目标跟踪时鲁棒性不佳的问题，对观测模型进行多特征融合，将颜色信息与梯度信息进行融合，在权值分配上，通过Pearson相关系数，自适应地改变各个特征的权重。实验结果表明：通过对运动模型进行改进，可以提高粒子滤波跟踪方法对突变运动跟踪的准确度；对观测模型进行特征融合，增加了方法对相似背景的抗干扰能力。 2.针对传统跟踪方法在对目标跟踪时多采用一种跟踪方法，在跟踪方法中加入运动形式判别方法，对不同运动形式采用不同的跟踪方法，使得对高原鼠兔跟踪更加精细。实验结果表明：通过目标的运动形式判别后，对不同的运动形式采用不同跟踪方法，增加了整体跟踪的准确性。

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附表索引

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 高原鼠兔跟踪难点

1.3 目标跟踪国内外研究现状

1.3.1 目标跟踪方法研究现状

1.3.2 动物目标跟踪研究现状

1.3.3 突变运动跟踪研究现状

1.4 研究数据来源

1.5 本文组织结构

第2章 粒子滤波目标跟踪方法理论

2.1 贝叶斯估计理论

2.2 粒子滤波算法重要步骤

2.2.1 蒙特卡洛近似法

2.2.2 序贯重要性采样

2.2.3 重采样

2.3 粒子滤波算法流程

2.4 本章小结

第3章 基于改进粒子滤波的高原鼠兔突变运动跟踪

3.1 引言

3.2 常用运动模型

3.2.1 匀速运动模型

3.2.2 恒定加速运动模型

3.2.3 当前运动模型

3.3 基于改进运动模型的多特征融合粒子滤波跟踪

3.3.1 改进的运动模型

3.3.2 改进运动模型跟踪方法实现步骤

3.3.3 仿真实验及结果

3.3.4 多特征融合观测模型

3.3.5 相似性度量

3.3.6 方法实现步骤

3.3.7 仿真实验及结果

3.4 本章小结

第4章 基于运动形式判别的高原鼠兔突变运动跟踪

4.1 引言

4.2 运动形式判别方法

4.3 运动形式判别跟踪方法实现步骤

4.4 仿真实验及结果

4.5 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

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