本文關(guān)鍵詞：小型無(wú)人直升機(jī)視覺(jué)定位與跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：小型無(wú)人機(jī)直升機(jī)具有體積小、重量輕、成本低、可懸停、可垂直起降、無(wú)人員傷亡、隱蔽性好等優(yōu)點(diǎn)。無(wú)論是在軍用還是在民用上,都得到廣泛的應(yīng)用,例如：軍事偵察、地質(zhì)勘探、目標(biāo)追蹤等。而大部分應(yīng)用又離不開(kāi)機(jī)載視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展,基于視覺(jué)的目標(biāo)定位與跟蹤也是很多無(wú)人機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)。與聲納、激光、雷達(dá)等傳感器相比,視覺(jué)傳感器的信息量更加豐富,可以直觀的對(duì)目標(biāo)或場(chǎng)景進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 本文以小型無(wú)人機(jī)為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),對(duì)機(jī)載視覺(jué)定位與跟蹤系統(tǒng)進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)、研究與開(kāi)發(fā)。針對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中的理論算法和工程問(wèn)題,本文對(duì)其進(jìn)行了闡述與研究。本文的研究目的在于完成小型無(wú)人機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)的硬件搭建、軟件開(kāi)發(fā)、以及定位與跟蹤算法的理論研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。其中,本文突出論述了研究中需要解決的幾大問(wèn)題,包括增強(qiáng)目標(biāo)識(shí)別算法在惡劣氣象條件下的自適應(yīng)性、研究針對(duì)無(wú)人機(jī)非穩(wěn)定平臺(tái)特性的目標(biāo)定位算法、解決發(fā)動(dòng)機(jī)的強(qiáng)烈機(jī)械振動(dòng)帶來(lái)的噪聲影響、優(yōu)化視覺(jué)系統(tǒng)并提高其整體實(shí)時(shí)性等。同時(shí),本文在最后給出了詳細(xì)的視覺(jué)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)方案以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果。 對(duì)于地面移動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別,主要問(wèn)題在于真實(shí)實(shí)驗(yàn)中會(huì)有尾氣油煙遮擋目標(biāo),而且還可能出現(xiàn)霧靄、陰天等天氣。這些都需要目標(biāo)識(shí)別算法具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力。同時(shí),視覺(jué)系統(tǒng)在目標(biāo)識(shí)別過(guò)程中無(wú)人工參與,因此還需要識(shí)別算法具有較高的識(shí)別率和魯棒性。本文將Retinex理論、矩不變算法、色調(diào)分割等多個(gè)理論和算法相結(jié)合,并進(jìn)行簡(jiǎn)化、改進(jìn)和創(chuàng)新,最終達(dá)到預(yù)期性能。本文還對(duì)基于HMAX模型對(duì)人類大腦視覺(jué)皮層的仿生視覺(jué)進(jìn)行了探索性的研究,為將來(lái)無(wú)人機(jī)視覺(jué)的發(fā)展做鋪墊,使其走向智能化。 在目標(biāo)的定位方面,本文主要研究的問(wèn)題是如何確保和提高定位的精度。無(wú)人機(jī)姿態(tài)的變化和發(fā)動(dòng)機(jī)的劇烈振動(dòng)是造成定位誤差的主要原因。本文融合組合慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的姿態(tài)信息提出了一種快速的位置校正算法,該算法可消除無(wú)人機(jī)在隨機(jī)動(dòng)態(tài)飛行時(shí)姿態(tài)變化對(duì)定位的影響。然后,為了解決機(jī)械振動(dòng)導(dǎo)致的定位振蕩和噪聲模型不易建立的問(wèn)題。本文首先對(duì)無(wú)味卡爾曼濾波器(UKF)進(jìn)行了簡(jiǎn)化,以解決噪聲模型不確定的問(wèn)題,同時(shí)將數(shù)字低通濾波器(DLF)的強(qiáng)平滑性融合到UKF中,以彌補(bǔ)簡(jiǎn)化后UKF濾波器平滑性變?nèi)醯膯?wèn)題。最終本文提出了一種新的LUKF濾波器,可以達(dá)到跟蹤性和平滑性兼顧的效果。 本文在最后詳細(xì)論述了視覺(jué)系統(tǒng)硬件的選型與搭建,以及系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)和流程。并且展示了部分地面實(shí)驗(yàn)和試飛實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,旨在驗(yàn)證視覺(jué)系統(tǒng)各方面性能,并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析。最終給出系統(tǒng)性能的結(jié)論性總結(jié)。
【關(guān)鍵詞】：小型無(wú)人直升機(jī) 視覺(jué)系統(tǒng) 目標(biāo)識(shí)別 定位與跟蹤 UKF濾波 仿生視覺(jué) Retinex理論
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：V279;TP391.41
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• 目錄10-13
• 第一章 緒論13-21
• 1.1 概述13-15
• 1.1.1 無(wú)人機(jī)視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展歷程13-14
• 1.1.2 捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)介紹14
• 1.1.3 融合導(dǎo)航信息的視覺(jué)定位14-15
• 1.2 課題背景及研究意義15-19
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 課題研究意義18-19
• 1.3 論文主要內(nèi)容及章節(jié)安排19-21
• 第二章 小型無(wú)人直升機(jī)視覺(jué)定位跟蹤系統(tǒng)設(shè)計(jì)21-27
• 2.1 無(wú)人機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)介紹21-23
• 2.1.1 視覺(jué)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)21-22
• 2.1.2 視覺(jué)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22-23
• 2.2 研究的主要問(wèn)題及基本解決方案23-26
• 2.2.1 完全自動(dòng)的目標(biāo)識(shí)別與提取23-24
• 2.2.2 基于三軸-六自由度平臺(tái)的目標(biāo)定位24-25
• 2.2.3 濾除機(jī)械振動(dòng)引起的噪聲25-26
• 2.2.4 提高各部分算法實(shí)時(shí)性26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第三章 地面目標(biāo)的識(shí)別與定位算法27-61
• 3.1 地面目標(biāo)的識(shí)別27-44
• 3.1.1 基于Retinex理論的色彩增強(qiáng)27-32
• 3.1.2 基于色彩分布的疑似目標(biāo)提取32-35
• 3.1.3 改進(jìn)的Hu矩目標(biāo)輪廓匹配算法35-44
• 3.2 圖像信息的畸變校正44-47
• 3.2.1 攝像頭參數(shù)標(biāo)定44-45
• 3.2.2 廣角畸變校正45-47
• 3.3 融合導(dǎo)航信息的目標(biāo)定位47-53
• 3.3.1 垂向機(jī)體坐標(biāo)系47
• 3.3.2 目標(biāo)位置校正47-52
• 3.3.3 真實(shí)空間的目標(biāo)定位52-53
• 3.4 基于仿生視覺(jué)模型的目標(biāo)識(shí)別53-59
• 3.4.1 HMAX模型概述53-54
• 3.4.2 Gabor濾波器的設(shè)計(jì)54-57
• 3.4.3 特征提取與Max濾波57-58
• 3.4.4 基于GRBF的目標(biāo)特征匹配58-59
• 3.5 本章小結(jié)59-61
• 第四章 目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)與跟蹤策略61-81
• 4.1 目標(biāo)狀態(tài)估計(jì)61-75
• 4.1.1 UKF濾波器原理63-65
• 4.1.2 UKF濾波器的設(shè)計(jì)與改進(jìn)65-71
• 4.1.3 目標(biāo)實(shí)際位置和速度估計(jì)71-75
• 4.2 基于Mean-shift的跟蹤算法改進(jìn)75-79
• 4.2.1 Mean-shift算法原理及缺陷75-76
• 4.2.2 實(shí)時(shí)建立二維概率分布圖76-78
• 4.2.3 全局與局部轉(zhuǎn)換搜索機(jī)制78-79
• 4.3 本章小結(jié)79-81
• 第五章 無(wú)人機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)平臺(tái)搭建及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析81-99
• 5.1 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件平臺(tái)搭建81-86
• 5.1.1 控制與處理核心82-84
• 5.1.2 導(dǎo)航系統(tǒng)84
• 5.1.3 視覺(jué)傳感器84-85
• 5.1.4 無(wú)線數(shù)字傳輸模塊85
• 5.1.5 地面監(jiān)控站85-86
• 5.2 視覺(jué)系統(tǒng)軟件平臺(tái)開(kāi)發(fā)86-91
• 5.2.1 實(shí)時(shí)圖像處理模塊86-88
• 5.2.2 機(jī)載數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊88-89
• 5.2.3 系統(tǒng)間通信模塊89
• 5.2.4 地面監(jiān)控系統(tǒng)89-90
• 5.2.5 離線測(cè)試與鏡頭參數(shù)標(biāo)定90-91
• 5.3 視覺(jué)系統(tǒng)性能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)91-98
• 5.3.1 地面定位實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)分析92-95
• 5.3.2 實(shí)際飛行實(shí)驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)總結(jié)95-98
• 5.4 本章小結(jié)98-99
• 第六章 總結(jié)與展望99-101
• 6.1 論文總結(jié)99-100
• 6.2 研究展望100-101
• 參考文獻(xiàn)101-106
• 作者簡(jiǎn)介106
• 碩士期間發(fā)表的論文106

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：小型無(wú)人直升機(jī)視覺(jué)定位與跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：384867