卡尔曼滤波演示球追踪

时间: 2023-11-29 15:44:58 浏览: 42
以下是卡尔曼滤波演示球追踪的Python代码: ```python import numpy as np import cv2 # 定义视频文件路径 video_path = 'ball_tracking_example.mp4' # 打开视频文件 cap = cv2.VideoCapture(video_path) # 定义测量矩阵H H = np.array([[1, 0, 0, 0], [0, 1, 0, 0]], dtype=np.float32) # 定义状态转移矩阵F F = np.array([[1, 0, 1, 0], [0, 1, 0, 1], [0, 0, 1, 0], [0, 0, 0, 1]], dtype=np.float32) # 定义过程噪声协方差矩阵Q Q = np.eye(4, dtype=np.float32) * 0.1 # 定义测量噪声协方差矩阵R R = np.eye(2, dtype=np.float32) * 0.01 # 定义初始状态估计值x x = np.array([[0], [0], [0], [0]], dtype=np.float32) # 定义初始状态协方差矩阵P P = np.eye(4, dtype=np.float32) # 定义观测值 measurements = [] # 定义预测值 predictions = [] # 定义估计值 estimations = [] while True: # 读取视频帧 ret, frame = cap.read() if not ret: break # 转换为灰度图像 gray = cv2.cvtColor(frame, cv2.COLOR_BGR2GRAY) # 进行高斯滤波 blurred = cv2.GaussianBlur(gray, (11, 11), 0) # 进行二值化处理 thresh = cv2.threshold(blurred, 200, 255, cv2.THRESH_BINARY)[1] # 进行形态学操作 kernel = cv2.getStructuringElement(cv2.MORPH_ELLIPSE, (5, 5)) closed = cv2.morphologyEx(thresh, cv2.MORPH_CLOSE, kernel) # 寻找轮廓 contours, hierarchy = cv2.findContours(closed.copy(), cv2.RETR_EXTERNAL, cv2.CHAIN_APPROX_SIMPLE) # 如果没有找到轮廓,则跳过 if len(contours) == 0: continue # 找到面积最大的轮廓 c = max(contours, key=cv2.contourArea) # 计算轮廓的外接圆 ((x, y), radius) = cv2.minEnclosingCircle(c) # 计算轮廓的质心 M = cv2.moments(c) center = (int(M["m10"] / M["m00"]), int(M["m01"] / M["m00"])) # 将测量值添加到列表中 measurements.append(np.array([[np.float32(center[0])], [np.float32(center[1])]])) # 如果测量值列表长度大于1,则进行卡尔曼滤波 if len(measurements) > 1: # 计算时间间隔dt dt = 1.0 / 30 # 预测状态 x = np.dot(F, x) P = np.dot(np.dot(F, P), F.T) + Q # 更新状态 y = measurements[-1] - np.dot(H, x) S = np.dot(np.dot(H, P), H.T) + R K = np.dot(np.dot(P, H.T), np.linalg.inv(S)) x = x + np.dot(K, y) P = np.dot((np.eye(4) - np.dot(K, H)), P) # 将预测值和估计值添加到列表中 predictions.append(np.dot(H, x)) estimations.append(x) # 在图像上绘制圆和质心 cv2.circle(frame, (int(x), int(y)), int(radius), (0, 255, 255), 2) cv2.circle(frame, center, 5, (0, 0, 255), -1) # 显示图像 cv2.imshow("Frame", frame) # 按下q键退出 if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'): break # 释放视频文件和窗口 cap.release() cv2.destroyAllWindows() ```

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