隨著機(jī)器視覺(jué)研究的深入,基于視覺(jué)的跟蹤導(dǎo)航逐漸被廣泛應(yīng)用到各個(gè)重要領(lǐng)域中,如無(wú)人駕駛、智能機(jī)器人、軍事打擊等。本論文以國(guó)際空中機(jī)器人大賽(IARC)的第七代任務(wù)作為課題背景,以四旋翼飛行器作為平臺(tái)對(duì)用于實(shí)現(xiàn)比賽任務(wù)的單目視覺(jué)里程計(jì)、邊界檢測(cè)以及目標(biāo)定位跟蹤等算法進(jìn)行研究。首先,為了給飛行器制定處相應(yīng)的飛行策略,系統(tǒng)需要知道目標(biāo)與飛行器在場(chǎng)地中的位置,即它們的世界坐標(biāo)。但單目攝像機(jī)采集來(lái)的圖像為二維圖像坐標(biāo),為此本文提出了一套基于相機(jī)標(biāo)定和逆透視映射原理的單目視覺(jué)里程計(jì),實(shí)現(xiàn)了對(duì)飛行器的全局定位。同時(shí)為了使策略更加有效,對(duì)地面機(jī)器人進(jìn)行了建模分析,大致預(yù)測(cè)了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)區(qū)域。其次,本文將計(jì)算機(jī)視覺(jué)和無(wú)人機(jī)慣性導(dǎo)航相結(jié)合,對(duì)跟蹤算法進(jìn)行了研究與分析,考慮到比賽中對(duì)魯棒性、實(shí)時(shí)性的要求以及機(jī)載計(jì)算機(jī)對(duì)計(jì)算能力限制等,設(shè)計(jì)了改進(jìn)型Camshift算法(連續(xù)自適應(yīng)的Meanshift算法)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)和跟蹤。針對(duì)該算法需要手動(dòng)選取目標(biāo),引入目標(biāo)模板,實(shí)現(xiàn)算法的自動(dòng)跟蹤;針對(duì)實(shí)際比賽中可能出現(xiàn)的目標(biāo)遮擋情況,在跟蹤算法中融合了 Kalman濾波器對(duì)遮擋后的目標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)。最后,為了滿足飛行器不得飛出邊界超過(guò)5秒的比賽要求,需要對(duì)比賽邊界進(jìn)行高精度檢測(cè)且及時(shí)回飛。由于比賽場(chǎng)地邊界特征復(fù)雜,傳統(tǒng)的特征檢測(cè)方法難以滿足要求且失敗率高,為此,文章設(shè)計(jì)了一種以方向梯度直方圖(HOG)為特征的支持向量機(jī)(SVM)邊界檢測(cè)器�？紤]到聚類算法計(jì)算量巨大,采用CUDA對(duì)其加速,實(shí)現(xiàn)該檢測(cè)器對(duì)場(chǎng)地邊界的尺度、旋轉(zhuǎn)、光照變化都有很好的魯棒性,且實(shí)時(shí)性能夠滿足比賽要求。
【學(xué)位單位】：寧夏大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP391.41;V249.3
【部分圖文】：

目前己經(jīng)逐漸從消費(fèi)級(jí)應(yīng)用廣泛進(jìn)入到各專業(yè)級(jí)應(yīng)用．例如無(wú)人機(jī)送貨、農(nóng)業(yè)植逡逑保、軍事偵察、電力線路巡檢、目標(biāo)搜索、橋梁檢測(cè)、反恐任務(wù)、災(zāi)難救援等［？］多個(gè)領(lǐng)域逡逑為行業(yè)級(jí)四旋翼無(wú)人機(jī)的應(yīng)用提供了廣闊的舞臺(tái)，圖１．１為各場(chǎng)景應(yīng)用實(shí)例圖片。逡逑一邋１逡逑．：邋：邋ｍ－：邐邐—邋邋？邐邐？逡逑、ｖ、、Ａ邋＇邋ｓ逡逑■＂Ｃｒ逡逑ｒ＾％邐－逡逑圖１．１各應(yīng)用場(chǎng)景下的四旋翼無(wú)人機(jī)逡逑無(wú)人機(jī)一般可以選擇遙控飛行以及非人為操作的自主飛行Ｗ，上面講到的這些行業(yè)級(jí)應(yīng)逡逑用一般為遙控飛行，且大部分應(yīng)用項(xiàng)目是在野外空曠的環(huán)境中進(jìn)行。對(duì)于遙控飛行，由于工逡逑作場(chǎng)景一般較為復(fù)雜，需要遙控員掌握熟練的飛行技能，高水平飛行員短缺也是存在的一個(gè)逡逑問(wèn)題。遙控飛行需要事先在地面站做好任務(wù)規(guī)劃，同時(shí)還要在執(zhí)行時(shí)根據(jù)實(shí)時(shí)的環(huán)境信息變逡逑化做出調(diào)整，重新規(guī)劃任務(wù)。遙控飛行由于控制信號(hào)傳輸問(wèn)題限制，飛行時(shí)一般需要飛行器逡逑與飛行員在一定范圍之內(nèi)，難以符合長(zhǎng)距離飛行的需求，所以無(wú)人機(jī)的自主飛行或許會(huì)成為逡逑無(wú)人機(jī)技術(shù)研究的重點(diǎn)。逡逑－１邋－逡逑

近年來(lái)美國(guó)斯坦福大學(xué)致力于研究飛行器的仿生以及精準(zhǔn)控制，融合了邋ＩＮＳ／ＥＣ的ＧＰＳ逡逑定位系統(tǒng)，主要的研宄成果有Ｎｉｘｉｅ以及ＳＣＡＭＰ無(wú)人機(jī)。其設(shè)計(jì)的飛行器不僅能按固定軌逡逑跡飛行，還能夠模擬昆蟲沿著墻壁和懸停，如圖１．４所示。其搭載了多個(gè)高精度傳感器，可逡逑以實(shí)時(shí)回傳周圍空間環(huán)境信息，以及圖片傳輸。逡逑－３邋－逡逑

積分法進(jìn)行室內(nèi)自主飛行，其精度可以達(dá)到±邋５°。逡逑Ｘ邋＼逡逑圖１．３邋ＯＳ４飛行器逡逑近年來(lái)美國(guó)斯坦福大學(xué)致力于研究飛行器的仿生以及精準(zhǔn)控制，融合了邋ＩＮＳ／ＥＣ的ＧＰＳ逡逑定位系統(tǒng)，主要的研宄成果有Ｎｉｘｉｅ以及ＳＣＡＭＰ無(wú)人機(jī)。其設(shè)計(jì)的飛行器不僅能按固定軌逡逑跡飛行，還能夠模擬昆蟲沿著墻壁和懸停，如圖１．４所示。其搭載了多個(gè)高精度傳感器，可逡逑以實(shí)時(shí)回傳周圍空間環(huán)境信息，以及圖片傳輸。逡逑－３邋－逡逑

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