多旋翼無人機是一種飛行性能出色的無人飛行器,它通過改變各旋翼的轉(zhuǎn)速來調(diào)整自身的姿態(tài)進而實現(xiàn)位置控制,具有懸停性能優(yōu)異、移動靈活、機械結(jié)構(gòu)緊湊、系統(tǒng)可靠性高等優(yōu)點。無人機可通過自身掛載的傳感器獲取當前環(huán)境信息,發(fā)出控制指令引導無人機完成具體的飛行任務。本文研究中,采用視覺傳感器,獲取當前環(huán)境和跟蹤目標的視頻流信息,研究具有環(huán)境適應力的跟蹤算法,最終達到無人機自主目標跟蹤的目的,以下為具體研究內(nèi)容:針對無人機自主控制問題,本文建立了基于多旋翼無人機自主目標跟蹤系統(tǒng)的數(shù)學模型,其中包括無人機自身的動力學模型和視覺目標成像模型。通過建立無人機動力學模型,分析無人機飛行姿態(tài)控制原理,進而通過建立目標成像模型解算無人機與目標物相對位置關(guān)系,為無人機自主目標跟蹤奠定基礎。針對視覺跟蹤問題,首先研究了核相關(guān)濾波（KCF）算法和跟蹤檢測學習（Tracking-Learning-Detection,TLD）算法的原理及數(shù)學模型。然后基于無人機掛載相機獲得的圖像序列,研究了融合后的KCF-TLD算法,該算法引入了 KCF算法替代原始TLD算法中的跟蹤模塊。在測試后發(fā)現(xiàn)KCF-TLD算法在解決目標遮擋問題和提... 

【文章來源】：大連海事大學遼寧省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：68 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．２跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??

??電子科技大學設計了一套基于ＲＯＳ通信的無人機視覺跟蹤系統(tǒng)平臺該??平臺首先通過目標檢測算法檢測并篩選出感興趣的運動目標，然后利用視覺追蹤??算法獲得某個指定目標在后續(xù)視頻流中的像素位置，再以雙目原始立體測量數(shù)據(jù)??以及四旋翼無人機的狀態(tài)信息作為輸入，估計跟蹤目標與無人機的相對距離、跟??蹤目標在無人機導航坐標系下的位置速度等狀態(tài)信息，最后以跟蹤目標的狀態(tài)信??息及期望的相對位置作為輸入，運行跟蹤控制算法，控制無人機對選定的跟蹤目??標進行長期穩(wěn)定跟蹤飛行。其整體的軟件架構(gòu)如圖１．３所示。??無人機平臺?，?地面站平＆??（?＿Ｊ７１?廣?ＱＴ上位機?＼??視覺跟蹤目標?跟蹤系統(tǒng)????卜餅“?溫?財?ｒ?自動目標檢測??狀態(tài)估計！?＾?候選目標??＾?ｒｚｚＴｉ，?機?任務下達?＾???ｉ觸＆〒?＜?目標選定??跟隨控制器?＾??期望速？?????度給定?狀態(tài)數(shù)據(jù)?手動框選目標??飛?ｇ?ｊ?Ｖ?）??圖１．３軟件架構(gòu)［２２］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??為了不增加整體無人機目標跟蹤系統(tǒng)執(zhí)行跟蹤任務的控制時延，減輕機載計??算機的算力負擔，該系統(tǒng)將目標檢測算法運行在地面站計算機上，其余算法流程??則是運行于機載計算機之上，其間通過ｗｉｎ傳輸信號。但是在目標狀態(tài)估計算??法的設計中，采用的單一的勻加速模型對跟蹤目標狀態(tài)轉(zhuǎn)移的建模并不準確，在??目標發(fā)生較大速度變化時，狀態(tài)估計結(jié)果存在明顯的滯后。??１．３研究難點??，?■?？?｜??無人機視覺跟蹤過程其實就是一個進行大量的目標跟蹤和檢測的過程，而這??個活

?大連海事大學專業(yè)學位碩士學位論文???〇ｐ＇???ｘｐ????〇／（ｍ〇，＾ｑ）?＾??ｙｐ?ｙｕ，??圖２．?５圖像坐標系轉(zhuǎn)換至像素坐標系??Ｆｉｇ．?２．５?Ｃｏｎｖｅｒｔ?ｉｍａｇｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｔｏ?ｐｉｘｅｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??（２）圖像坐標系與相機坐標系的相互轉(zhuǎn)換??如圖２．６所示，圖像坐標系與相機坐標系的轉(zhuǎn)換雖然是三維向二維的轉(zhuǎn)換，??但其實Ｏ／Ｘｊ／平面與面平行，所以只需要將相機坐標系中的一點??投影到圖像坐標系平面，然后通過相似三角形的相關(guān)性質(zhì)，即可得??到相機坐標系中該點在圖像坐標系中的表示??．＼Ｘｃ／ｚｃ?＝?Ｘ，ｌｆ?（２．１１）??｛ｙｃ／ｚｃ?＝?ｙｉ／ｆ??將其表示為矩陣形式為??Ｘｊ?ｘｃ??ｙｉ?￣￣?ｙ〇?（２．１２）??■?Ｍ??．Ｗｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）??〇ｃ?，??丨ｃ??ｙｃｉ??圖２．?６相機坐標系轉(zhuǎn)換至圖像坐標系??Ｆｉｇ．?２．６?Ｃｏｎｖｅｒｔ?ｃａｍｅｒａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｔｏ?ｉｍａｇｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??１３??？ｋ?ｖ??

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]四旋翼小型無人直升機自適應逆控制研究[D]. 李勁松.上海交通大學 2014
[2]可視對象跟蹤算法研究及應用[D]. 權(quán)偉.西南交通大學 2013

碩士論文
[1]基于機器視覺的旋翼無人機跟蹤系統(tǒng)研究[D]. 車玉涵.吉林大學 2019
[2]基于視覺的四旋翼無人機目標跟蹤系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D]. 劉奇勝.電子科技大學 2019
[3]基于KCF的目標跟蹤算法研究及嵌入式系統(tǒng)實現(xiàn)[D]. 李凱峰.天津理工大學 2019
[4]基于改進KCF算法的四旋翼無人機視覺跟蹤系統(tǒng)設計[D]. 褚天鵬.哈爾濱工業(yè)大學 2018
[5]基于雙目視覺的多旋翼無人機自主降落定位方法研究[D]. 徐煥太.哈爾濱理工大學 2018
[6]基于TLD模型改進的目標跟蹤算法[D]. 滕瑞玲.西安電子科技大學 2017
[7]無人機地面運動目標識別與跟蹤技術(shù)研究[D]. 陳時雨.哈爾濱工業(yè)大學 2017
[8]基于TLD框架的目標跟蹤算法研究[D]. 龔小彪.西南交通大學 2014
[9]圖像的素描/水墨風格化研究[D]. 張瑤.北京交通大學 2012



本文編號：3568576