樹人征稿淺析改進(jìn)的MHT算法

　　本篇文章是由《計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)》發(fā)表的一篇電子論文，(半月刊)創(chuàng)刊于1975年，由信息產(chǎn)業(yè)部電子無線通信專業(yè)情報網(wǎng)主辦。本刊辦刊宗旨為認(rèn)真貫徹執(zhí)行國家對科技期刊制定的有關(guān)政策和法規(guī)，堅持本刊的電子技術(shù)類科技期刊屬性，充分發(fā)揮本刊科技信息載體的作用，堅持立足IT業(yè)，以信息網(wǎng)絡(luò)為中心。

　　1引言

　　隨著CCD成像技術(shù)的應(yīng)用，得到的數(shù)字圖像一般包括視場內(nèi)所有目標(biāo)和背景，使得圖像的復(fù)雜性和隨機(jī)性增加，經(jīng)目標(biāo)分割提取的目標(biāo)塊就會增加，因此需要跟蹤系統(tǒng)在高雜波的環(huán)境中具有較強(qiáng)的跟蹤能力、較強(qiáng)的消除虛警能力。1978年，DonaldB.Reid最先提出了一種在高雜波背景中跟蹤多個目標(biāo)的多假設(shè)跟蹤算法(MHT)，此算法根據(jù)幀間數(shù)據(jù)匹配形成所有可能的軌跡，并構(gòu)造假設(shè)對軌跡進(jìn)行分析評價。雖然MHT算法給多目標(biāo)跟蹤帶來了希望，但是MHT算法所產(chǎn)生的假設(shè)數(shù)目隨著虛警量、目標(biāo)數(shù)以及所處理的數(shù)據(jù)幀數(shù)呈指數(shù)關(guān)系，它的計算量使得MHT算法在實(shí)時跟蹤處理中不大可能實(shí)現(xiàn)。近年來，國內(nèi)外許多學(xué)者對MHT算法提出了改進(jìn)，其中休斯公司提出并測試了一種新的MHT算法，被稱作是結(jié)構(gòu)化分支多假設(shè)跟蹤SB/MHT(strueturedBranehingMHT)。SB/MHT和MHT相比，大大降低了計算量，提供了一種在高虛警率情況下，保持相當(dāng)數(shù)t的假設(shè)的軌跡，增加了在專用計算機(jī)上實(shí)時處理的可能性。本文在此研究基礎(chǔ)上進(jìn)行了新的改進(jìn)和簡化，并利用現(xiàn)有計算機(jī)系統(tǒng)用軟件實(shí)現(xiàn)了算法，處理速度達(dá)到25c/s，在工程實(shí)踐中取得了良好的效果。

　　2SB/MHT算法原理

　　SB/MHT算法對MHT算法改進(jìn)后，計算量顯著降低，其流程如圖1所示。SB/MHT算法先構(gòu)造目標(biāo)軌跡，然后根據(jù)目標(biāo)軌跡處在不同狀態(tài)的幾率來構(gòu)造不同的假設(shè)，隨著探測時間的推移，SB/MHT可以獲得并處理越來越多的潛目標(biāo)數(shù)據(jù)，因此可以刪除不太可能的假設(shè)，而只保留一個最接近真實(shí)情況的假設(shè).決定哪一個假設(shè)是最后需要的，直接方法就是比較所有的假設(shè)的概率值。但在高虛警的情況下，MHT的效率低下，因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下，幾乎所有的假設(shè)都是由虛普組成的。急劇爆炸的假設(shè)數(shù)量，使得這種算法失去了實(shí)時應(yīng)用的可能性，而改進(jìn)的SB/MHT算法可以大大減小算法的計算量。

　　3改進(jìn)的MHT算法及其在工程上的應(yīng)用

　　圖2為改進(jìn)的MHT算法流程圖。整個處理分成內(nèi)外兩大循環(huán)，內(nèi)部循環(huán)只是外部循環(huán)的軌跡初始化階段，而外部循環(huán)根據(jù)已得到初步確認(rèn)的軌跡來構(gòu)造假設(shè)并刪除假設(shè)，最后刪除那些不屬于任何保留下來的假設(shè)的軌跡。這樣通過減少初步確認(rèn)軌跡的數(shù)量，假設(shè)構(gòu)造的數(shù)盆得以大大減少。

　　3.1軌跡預(yù)側(cè)

　　軌跡預(yù)測是用一個標(biāo)準(zhǔn)的Kalman濾波模型來估值和預(yù)測，它是一個線性、無偏、最小方差統(tǒng)計估值方法。首先列出目標(biāo)運(yùn)動的狀態(tài)方程及系統(tǒng)測量方程，然后根據(jù)初始條件購t目標(biāo)狀態(tài)的預(yù)測估值方程及濾波估值方程，進(jìn)而組成Kalman濾波器。

　　3.2潛目標(biāo)與軌跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)

　　潛目標(biāo)與軌跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)是通過計算潛目標(biāo)狀態(tài)值與預(yù)測的目標(biāo)狀態(tài)值之間的歸一化距離來進(jìn)行的。提高目標(biāo)測量點(diǎn)落人對應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)門限的概率和減小數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)門限面積既相互矛盾又相互聯(lián)系。在實(shí)際應(yīng)用中，采用自適應(yīng)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)門限選擇的方法，門限根據(jù)不同的情況適當(dāng)?shù)臄U(kuò)大或縮小，使目標(biāo)跟蹤具有一定的自適應(yīng)能力，可以跟蹤機(jī)動目標(biāo)，并能克服目標(biāo)在某些幀中丟失的情況。

　　3.3軌跡修正和軌跡工伯度修正

　　利用互相靠近的交叉目標(biāo)和兩條軌跡分別相關(guān)，

　　4結(jié)論

　　本文提出了一種在SB/MHT基礎(chǔ)上改進(jìn)的MHT算法，結(jié)合應(yīng)用環(huán)境，簡化了運(yùn)算，提高了運(yùn)算速度，并用軟件實(shí)現(xiàn)了算法，處理速度可達(dá)25c/s，在工程實(shí)踐中取得了良好的應(yīng)用效果，實(shí)踐表明該算法是有效的。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1〕吳晗平.軍用紅外目標(biāo)圖像識別跟蹤系統(tǒng)的現(xiàn)狀與研究[Jj.現(xiàn)代防御技術(shù)，1996，5.

　　[2] 王家兵，程詠梅一種機(jī)動目標(biāo)的PMHT限蹤算法[J].計算機(jī)側(cè)t與控制，2006，9.