理解粒子濾波(particle filter)

1）初始化階段-提取跟蹤目標特徵

該階段要人工指定跟蹤目標，程序計算跟蹤目標的特徵，好比能夠採用目標的顏色特徵。具體到Rob Hess的代碼，開始時須要人工用鼠標拖動出一個跟蹤區域，而後程序自動計算該區域色調(Hue)空間的直方圖，即爲目標的特徵。直方圖能夠用一個向量來表示，因此目標特徵就是一個N*1的向量V。

2）搜索階段-放狗

好，咱們已經掌握了目標的特徵，下面放出不少條狗，去搜索目標對象，這裏的狗就是粒子particle。狗有不少种放法。好比，a)均勻的放：即在整個圖像平面均勻的撒粒子(uniform distribution)；b)在上一幀獲得的目標附近按照高斯分佈來放，能夠理解成，靠近目標的地方多放，遠離目標的地方少放。Rob Hess的代碼用的是後一種方法。狗放出去後，每條狗怎麼搜索目標呢？就是按照初始化階段獲得的目標特徵(色調直方圖，向量V)。每條狗計算它所處的位置處圖像的顏色特徵，獲得一個色調直方圖，向量Vi，計算該直方圖與目標直方圖的類似性。類似性有多種度量，最簡單的一種是計算sum(abs(Vi-V)).每條狗算出類似度後再作一次歸一化，使得全部的狗獲得的類似度加起來等於1.

3）決策階段

咱們放出去的一條條聰明的狗向咱們發回報告，「一號狗處圖像與目標的類似度是0.3」,「二號狗處圖像與目標的類似度是0.02」,「三號狗處圖像與目標的類似度是0.0003」,「N號狗處圖像與目標的類似度是0.013」...那麼目標究竟最可能在哪裏呢？咱們作次加權平均吧。設N號狗的圖像像素座標是(Xn,Yn),它報告的類似度是Wn,因而目標最可能的像素座標X = sum(XnWn),Y = sum(YnWn).

4）重採樣階段Resampling

既然咱們是在作目標跟蹤，通常說來，目標是跑來跑去亂動的。在新的一幀圖像裏，目標可能在哪裏呢？仍是讓咱們放狗搜索吧。但如今應該怎樣放狗呢？讓咱們重溫下狗狗們的報告吧。「一號狗處圖像與目標的類似度是0.3」,「二號狗處圖像與目標的類似度是0.02」,「三號狗處圖像與目標的類似度是0.0003」,「N號狗處圖像與目標的類似度是0.013」...綜合全部狗的報告，一號狗處的類似度最高，三號狗處的類似度最低，因而咱們要從新分佈警力，正所謂好鋼用在刀刃上，咱們在類似度最高的狗那裏放更多條狗，在類似度最低的狗那裏少放狗，甚至把原來那條狗也撤回來。這就是Sampling Importance Resampling，根據重要性重採樣(更具重要性從新放狗)。

(2)->(3)->(4)->(2)如是反覆循環，即完成了目標的動態跟蹤。

根據個人粗淺理解，粒子濾波的核心思想是隨機採樣+重要性重採樣。既然我不知道目標在哪裏，那我就隨機的撒粒子吧。撒完粒子後，根據特徵類似度計算每一個粒子的重要性，而後在重要的地方多撒粒子，不重要的地方少撒粒子。因此說粒子濾波較之蒙特卡洛濾波，計算量較小。這個思想和RANSAC算法真是不謀而合。RANSAC的思想也是(好比用在最簡單的直線擬合上)，既然我不知道直線方程是什麼，那我就隨機的取兩個點先算個直線出來，而後再看有多少點符合個人這條直線。哪條直線能得到最多的點的支持，哪條直線就是目標直線。想法很是簡單，但效果很好。