• kalman 滤波 演示与opencv代码


    在机器视觉中追踪时常会用到预测算法,kalman是你一定知道的。它可以用来预测各种状态,比如说位置,速度等。关于它的理论有很多很好的文献可以参考。opencv给出了kalman filter的一个实现,而且有范例,但估计不少人对它的使用并不清楚,因为我也是其中一个。本文的应用是对二维坐标进行预测和平滑

     

    使用方法:

    1、初始化

    const int stateNum=4;//状态数,包括(x,y,dx,dy)坐标及速度(每次移动的距离)
    const int measureNum=2;//观测量,能看到的是坐标值,当然也可以自己计算速度,但没必要
    Kalman* kalman = cvCreateKalman( stateNum, measureNum, 0 );//state(x,y,detaX,detaY)


    转移矩阵或者说增益矩阵的值好像有点莫名其妙

    1. float A[stateNum][stateNum] ={//transition matrix  
    2.         1,0,1,0,  
    3.         0,1,0,1,  
    4.         0,0,1,0,  
    5.         0,0,0,1  
    6.     };  

    看下图就清楚了

    X1=X+dx,依次类推
    所以这个矩阵还是很容易却确定的,可以根据自己的实际情况定制转移矩阵

    同样的方法,三维坐标的转移矩阵可以如下

    1. float A[stateNum][stateNum] ={//transition matrix  
    2.         1,0,0,1,0,0,  
    3.         0,1,0,0,1,0,  
    4.         0,0,1,0,0,1,  
    5.         0,0,0,1,0,0,  
    6.         0,0,0,0,1,0,  
    7.         0,0,0,0,0,1  
    8.     };  

    当然并不一定得是1和0


    2.预测cvKalmanPredict,然后读出自己需要的值
    3.更新观测矩阵 
    4.更新CvKalman

     只有第一步麻烦些。上述这几步跟代码中的序号对应

     如果你在做tracking,下面的例子或许更有用些。

     

    1. #include <cv.h>  
    2. #include <cxcore.h>  
    3. #include <highgui.h>  
    4.   
    5. #include <cmath>  
    6. #include <vector>  
    7. #include <iostream>  
    8. using namespace std;  
    9.   
    10. const int winHeight=600;  
    11. const int winWidth=800;  
    12.   
    13.   
    14. CvPoint mousePosition=cvPoint(winWidth>>1,winHeight>>1);  
    15.   
    16. //mouse event callback  
    17. void mouseEvent(int event, int x, int y, int flags, void *param )  
    18. {  
    19.     if (event==CV_EVENT_MOUSEMOVE) {  
    20.         mousePosition=cvPoint(x,y);  
    21.     }  
    22. }  
    23.   
    24. int main (void)  
    25. {  
    26.     //1.kalman filter setup  
    27.     const int stateNum=4;  
    28.     const int measureNum=2;  
    29.     CvKalman* kalman = cvCreateKalman( stateNum, measureNum, 0 );//state(x,y,detaX,detaY)  
    30.     CvMat* process_noise = cvCreateMat( stateNum, 1, CV_32FC1 );  
    31.     CvMat* measurement = cvCreateMat( measureNum, 1, CV_32FC1 );//measurement(x,y)  
    32.     CvRNG rng = cvRNG(-1);  
    33.     float A[stateNum][stateNum] ={//transition matrix  
    34.         1,0,1,0,  
    35.         0,1,0,1,  
    36.         0,0,1,0,  
    37.         0,0,0,1  
    38.     };  
    39.   
    40.     memcpy( kalman->transition_matrix->data.fl,A,sizeof(A));  
    41.     cvSetIdentity(kalman->measurement_matrix,cvRealScalar(1) );  
    42.     cvSetIdentity(kalman->process_noise_cov,cvRealScalar(1e-5));  
    43.     cvSetIdentity(kalman->measurement_noise_cov,cvRealScalar(1e-1));  
    44.     cvSetIdentity(kalman->error_cov_post,cvRealScalar(1));  
    45.     //initialize post state of kalman filter at random  
    46.     cvRandArr(&rng,kalman->state_post,CV_RAND_UNI,cvRealScalar(0),cvRealScalar(winHeight>winWidth?winWidth:winHeight));  
    47.   
    48.     CvFont font;  
    49.     cvInitFont(&font,CV_FONT_HERSHEY_SCRIPT_COMPLEX,1,1);  
    50.   
    51.     cvNamedWindow("kalman");  
    52.     cvSetMouseCallback("kalman",mouseEvent);  
    53.     IplImage* img=cvCreateImage(cvSize(winWidth,winHeight),8,3);  
    54.     while (1){  
    55.         //2.kalman prediction  
    56.         const CvMat* prediction=cvKalmanPredict(kalman,0);  
    57.         CvPoint predict_pt=cvPoint((int)prediction->data.fl[0],(int)prediction->data.fl[1]);  
    58.   
    59.         //3.update measurement  
    60.         measurement->data.fl[0]=(float)mousePosition.x;  
    61.         measurement->data.fl[1]=(float)mousePosition.y;  
    62.   
    63.         //4.update  
    64.         cvKalmanCorrect( kalman, measurement );       
    65.   
    66.         //draw   
    67.         cvSet(img,cvScalar(255,255,255,0));  
    68.         cvCircle(img,predict_pt,5,CV_RGB(0,255,0),3);//predicted point with green  
    69.         cvCircle(img,mousePosition,5,CV_RGB(255,0,0),3);//current position with red  
    70.         char buf[256];  
    71.         sprintf_s(buf,256,"predicted position:(%3d,%3d)",predict_pt.x,predict_pt.y);  
    72.         cvPutText(img,buf,cvPoint(10,30),&font,CV_RGB(0,0,0));  
    73.         sprintf_s(buf,256,"current position :(%3d,%3d)",mousePosition.x,mousePosition.y);  
    74.         cvPutText(img,buf,cvPoint(10,60),&font,CV_RGB(0,0,0));  
    75.           
    76.         cvShowImage("kalman", img);  
    77.         int key=cvWaitKey(3);  
    78.         if (key==27){//esc     
    79.             break;     
    80.         }  
    81.     }        
    82.   
    83.     cvReleaseImage(&img);  
    84.     cvReleaseKalman(&kalman);  
    85.     return 0;  
    86. }  

     

    kalman filter 视频演示:

    http://v.youku.com/v_show/id_XMjU4MzEyODky.html

     

    demo snapshot:

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  • 原文地址:https://www.cnblogs.com/mtcnn/p/9410087.html
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