基于光學相控陣的運動目標捕獲與跟蹤研究.pdf

1、激光雷達在保障空間安全中扮演重要角色，主要用于對空間運動目標的搜索、捕獲與跟蹤。光學相控陣作為一種激光束控制裝置，能夠?qū)崟r、無慣性、高精度地控制多束激光束，故使用光學相控陣的激光雷達與常規(guī)激光雷達相比，能夠以更靈活的方式、更高效率、更高精度地跟蹤運動目標，本文研究基于光學相控陣的運動目標捕獲與跟蹤方法。
　　光學相控陣的優(yōu)勢之一是可以靈活、敏捷地改變光束的形狀和能量分布，并與圖像實時采集系統(tǒng)組成主動照明閉環(huán)跟蹤系統(tǒng)。系統(tǒng)通過光學相

2、控陣發(fā)射的激光網(wǎng)搜索目標，一旦發(fā)現(xiàn)運動目標，光學相控陣即自適應(yīng)改變光束形狀，將光能量集中于目標，在該系統(tǒng)內(nèi)，運動目標捕獲與跟蹤軟件系統(tǒng)首先要快速從激光網(wǎng)圖像中發(fā)現(xiàn)并分離出目標，其次要能預(yù)測目標運動軌跡，向光學相控陣給出控制光束方位的指令，使激光束精確跟蹤目標，實現(xiàn)對運動目標的主動照明快速、穩(wěn)定跟蹤。本文的主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)研究在激光網(wǎng)照明條件下研究捕獲運動目標的理論方法。理論上，運動目標的捕獲方法由運動目標檢測、圖像閾

3、值分割和圖像濾波三部分構(gòu)成。在運動目標圖像灰度特性的基礎(chǔ)上，分別研究了運動目標檢測、圖像閾值分割和圖像濾波的不同方法，然后就其所組成的多種捕獲方法進行了仿真對比，通過對比結(jié)果確定快速、穩(wěn)定的捕獲方法。該捕獲方法首先采用背景差分法檢測到運動目標，然后對運動目標圖像進行中值濾波以減弱噪聲影響，接著采用最大類間方差法分割圖像，最后進行形態(tài)學濾波消除目標內(nèi)的孔洞。
　　(2)在捕獲到運動目標的基礎(chǔ)上研究跟蹤運動目標的方法。運動目標的跟蹤方

4、法由運動目標圖像跟蹤和運動目標空間位置變換兩部分構(gòu)成。其中，運動目標圖像跟蹤采用波門形心跟蹤法，該方法不但可計算當前幀圖像目標的形心位置，還可預(yù)測下一幀圖像目標的形心位置。通過運動目標空間位置變換將圖像目標的形心位置變換為目標的實際空間位置，以控制激光網(wǎng)指向，從而主動照亮運動目標，以達到跟蹤目標的目的。
　　(3)通過跟蹤實驗驗證運動目標捕獲與跟蹤方法的可行性。設(shè)計并實現(xiàn)了基于光學相控陣的運動目標捕獲與跟蹤實驗平臺，完成了軟件編寫