آموزش فیلتر ذره particle filter

ایران متلب — Sat, 24 Sep 2016 10:09:21 +0000

به طور کلی می توان عمل ردیابی اشیا متحرک توسط دوربین را به عنوان تطابق اشیای تشخیص داده شده به وسیله مجموعه ای از نقاط فرموله بندی نمود. تطابق نقاط و تطابق شی به نحوه نمایش تصاویر توسط تعدادی از نقاط کلیدی پراکنده بستگی دارد. به طور کلی روش تطابق نقطه را می توان به دو طبقه اصلی به نام روش های قطعی[1] و روش های تصادفی[2] تقسیم بندی نمود.

روش های قطعی با به کارگیری یک روش جستجوی تکراری برای یافتن ماکزیمم محلی تابع هزینه شباهت بین تصویر الگو و تصویر جاری به شدت مورد استفاده قرار می گیرد. معیارهای اندازه گیری بهتر و بهینه تری همچون الگوریتم انتقال میانگین و الگوریتم ردیابی مبتنی بر مدل[3] به عنوان تابع هزینه مورد استفاده قرار می گیرد. روش های قطعی از روش های اکتشافی حرکت کیفی به منظور محدود کردن مشکل تطابق استفاده می کنند و شی ردیابی شده را در هر فریم به وسیله جستجوی تکراری برای یک ناحیه که بیشترین شباهت بین این ناحیه و پنجره شی وجود دارد را نمایش می دهد. این روش ها از نظر محاسباتی کارا هستند و به در هم ریختگی پس زمینه، نویز ، انسداد و حرکت سریع اشیا حساس هستند. از طریف دیگر روش های تصادفی به طور واضح و صریح اندازه گیری شی را انجام می دهند و از فضای حالت به منظور مدلسازی حرکات سیستم های ردیابی استفاده می نمایند. در مدل گوسین و خطی از فیلتر کالمن استفاده می شود که فیلتر کالمن میانگین و کوواریانس توزیعات را منتشر کرده و به روزرسانی می نمایند. برای مسائل غیر خطی و غیرگوسین این امکان وجود ندارد که توزیع ها را به صورت تحلیلی مورد ارزیابی قرار داد به همین دلیل الگوریتم های متعددی برای تخمین این توزیع ها به وجود آمده است. از جمله این الگوریتم ها و روش ها فیلتر ذره یا روش مونت کارلو ترتیبی است.

روش فیلتر ذره یک روش عددی است که اجازه می دهد یک راه حل تقریبی جهت تخمین پی در پی پیدا شود و برای مسائل غیرگوسین و غیرخطی می تواند بسیار موفق باشد. ایده اولیه فیلتر ذره در سال 1949 توسط آقای متروپلیس مطرح شد که بررسی جزییات مجموعه ای از ذره ها را به جای یک ذره را مورد مطالعه قرار داد[4]. اما در سال 1945 یکی از اولین ایده های اصلی تر و پایه و اساس فیلتر ذره با محاسبه و بکارگیری الگوریتم مونت کارلو توسط آقایان همرسلی و مورتون ارائه گردید. فیلتر ذره یک مبحث کاملا آماری می باشد و دلیل مطرح شدن آن این است که بتواند برای مسائلی به کار گرفته شود که تخمین آنها توسط فیلتر کالمن مشکل باشد.

[1] Deterministic method

[2] Scholastic method

[3] Model based tracking

[4] Metropolis, Nicholas, and Stanislaw Ulam. “The monte carlo method.” Journal of the American statistical association 44.247 (1949): 335-341.

لینک دانلود فیلم آموزشی کامل فیلتر ذره

در چند قسمت اول این فیلم آموزشی تئوری فیلتر ذره توضیح داده می شود. اسلایدهای استفاده شده در این آموزش از سیمنار پیاده سازی الگوریتم های مختلف توسط شرکت mathworks در ژاپن استخراج شده اند.

قسمت های پایانی اختصاص به برنامه نویسی متلب فیلتر ذره دارد و چندین مثال از ردیابی شی در ویدئو آورده می شود.