基于超小型無人機的地面目標實時圖像跟蹤.pdf

1、地面移動目標低空實時圖像跟蹤系統(tǒng)的研究是一個涉及多個學(xué)科具有重要意義的應(yīng)用研究，主要是研究和開發(fā)一套基于超小型旋翼機的地面移動目標低空實時圖像跟蹤系統(tǒng)。該系統(tǒng)懸掛在超小型旋翼機上，從空中對地面目標實施監(jiān)視與跟蹤。跟蹤系統(tǒng)能夠鎖定跟蹤目標，排除干擾目標的影響，并且能夠為飛行器的跟蹤飛行提供控制參數(shù)。本論文圍繞著地面移動目標低空實時圖像跟蹤系統(tǒng)所涉及的圖像處理算法，系統(tǒng)硬件、軟件及操作控制等多個方面進行研究。主要研究工作如下： 1.

2、分析地面移動目標低空實時圖像跟蹤系統(tǒng)的研究背景和意義，追蹤國內(nèi)外視覺監(jiān)控方面的多個大型研究項目的進展。依據(jù)圖像監(jiān)控的基本框架，結(jié)合本系統(tǒng)應(yīng)用的環(huán)境特征，分析得出構(gòu)建基于超小型旋翼機的地面目標實時圖像跟蹤系統(tǒng)存在的幾個問題，提出解決問題的房方案和技術(shù)路線。 2.構(gòu)建地面移動目標低空實時圖像跟蹤實驗系統(tǒng)，并根據(jù)其優(yōu)缺點給出了跟蹤系統(tǒng)的硬件框架的最佳方案。跟蹤系統(tǒng)采用并聯(lián)控制回路，實現(xiàn)人工監(jiān)視狀態(tài)與自動跟蹤狀態(tài)無縫切換。此外，還搭建了

3、一個跟蹤系統(tǒng)的室內(nèi)實驗平臺，模擬跟蹤過程中飛行載體惡劣的運動狀態(tài)。 3.研究分析數(shù)字圖像的閾值分割方法，根據(jù)跟蹤系統(tǒng)實際應(yīng)用環(huán)境的特征，采用基于直方圖的自適應(yīng)容忍度的多閾值分割方法對動態(tài)序列圖像的運動區(qū)域進行分割，在直方圖上，采用圖像灰度值像素頻率平均線限定圖像上一些干擾子集的影響，并采用限制搜索范圍的爬山算法來進一步確定每一幀圖像上每個灰度子集的容忍度，確保圖像分割的有效性和實時性，分割后可得到目標不完全分割的二值圖像。

4、 4.針對分割得到的運動區(qū)域中常常包含有目標和干擾目標的問題，依據(jù)各個目標之間的相對聚集性，系統(tǒng)分別采用兩種方法排除干擾目標。從數(shù)字圖像處理的角度出發(fā)，采用數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)方法或者金字塔結(jié)構(gòu)增加目標區(qū)域的連通性，然后采用數(shù)字圖像處理的區(qū)域標識方法標識目標與干擾目標，通過判斷靶框內(nèi)標識區(qū)域的位置識別目標區(qū)域；從模式識別的角度出發(fā)，采用基于雙重子窗口的動態(tài)聚類方法計算得到目標的形心位置，根據(jù)靶框內(nèi)運動區(qū)域的面積設(shè)置一子窗口，通過子窗口聚類，最終

5、搜索到目標的形心位置，從而排除了干擾目標的影響。動態(tài)聚類方法相對區(qū)域標識方法簡單明了，如果要獲得目標的形狀，則需要進行后處理。 5.針對目標的不完全分割對確定目標的形心位置可能存在影響的問題，系統(tǒng)根據(jù)形態(tài)學(xué)理論和計算幾何的凸殼理論分別計算生成目標的凸殼，從而完整地分割目標。通過計算凸殼所圍成的面積的形心位置，能夠部分地消除了目標不完全分割的影響。其中形態(tài)學(xué)方法生成的是一個近似的凸殼，并且計算量大；計算幾何方法生成的目標凸殼相對比

6、較精確，且計算量較小。 6.分析了跟蹤系統(tǒng)云臺的運動特性，實現(xiàn)了云臺的跟蹤運動與像平面上的目標跟蹤的統(tǒng)一，討論了云臺運動的控制方式--速度控制和位置控制的特性及應(yīng)用環(huán)境，并根據(jù)跟蹤過程中云臺相對于飛行器的姿態(tài)為飛行器的飛行控制提供必要的控制參數(shù)。 7.從人機工程學(xué)的角度出發(fā)，充分考慮人的主觀因素，設(shè)計良好的人機交互界面，將跟蹤系統(tǒng)絕大多數(shù)的功能操作都集中在跟蹤視野范圍內(nèi)的鼠標上，使得操作人員能夠集中注意力，簡單快捷地捕捉