【摘要】：基于機載視覺的地面目標(biāo)跟蹤技術(shù),不僅在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮著重要的作用,而且在森林防火、城市安防方面也發(fā)揮著不可替代的作用,而其中的關(guān)鍵就是對移動目標(biāo)跟蹤算法的研究。隨著社會需求的增加和科技的進(jìn)步,人們對無人機跟蹤地面目標(biāo)的能力要求越來越高,這也就對算法的跟蹤能力提出了更高的要求。本文從機載視覺的特點出發(fā),在大量實驗的基礎(chǔ)上,對多種移動目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行精確的驗證分析,選擇能適用于機載視覺且跟蹤效果相對較好的目標(biāo)跟蹤算法進(jìn)行更進(jìn)一步的研究。在進(jìn)行了大量實驗分析之后,針對選中的目標(biāo)跟蹤算法的缺點,進(jìn)行針對性的改進(jìn),以使其更好的滿足基于機載視覺的目標(biāo)跟蹤的要求。本文的主要研究內(nèi)容如下:1.分析了無人機跟蹤地面目標(biāo)時的環(huán)境影響因素,選擇了圖像預(yù)處理算法。無人機在空中會受到風(fēng)等自然因素的影響,產(chǎn)生劇烈的抖動,這就會引起視頻的抖動;在視頻信號的傳輸過程中,接收到的圖像通常會含有高斯噪聲;這些影響因素,通常會影響目標(biāo)跟蹤的效果,所以需要進(jìn)行圖像預(yù)處理,得到質(zhì)量較高的輸出圖像。2.針對適用于機載視覺且跟蹤效果較好的具有快速尺度估計特點的DSST(Discriminative Scale Space Tracking)目標(biāo)跟蹤算法對目標(biāo)形變敏感的缺點,將顏色特征和HOG(Histogram of Oriented Gradient)特征進(jìn)行融合,以提高跟蹤能力。DSST算法對目標(biāo)像素的空間分布有很高的依賴性,對于目標(biāo)形變非常敏感,所以在目標(biāo)發(fā)生劇烈形變時,跟蹤效果不佳。而顏色直方圖只是統(tǒng)計顏色的概率分布,所以對于目標(biāo)像素的空間分布依賴性不高,對目標(biāo)的形變不敏感。因此為了解決無人機在跟蹤地面非剛性目標(biāo)時,因目標(biāo)劇烈形變導(dǎo)致跟蹤失敗的問題,對原DSST算法進(jìn)行改進(jìn),將顏色特征和HOG特征進(jìn)行有效結(jié)合。3.針對DSST算法在遇到目標(biāo)被遮擋導(dǎo)致跟蹤失敗的問題,設(shè)計了一種改進(jìn)的模型更新策略。無人機在跟蹤地面目標(biāo)的過程中,目標(biāo)經(jīng)常被樹木、燈柱等遮擋,如果此時模型依然進(jìn)行更新,就會引入過多的錯誤信息,進(jìn)而導(dǎo)致跟蹤失敗。所以在目標(biāo)被嚴(yán)重遮擋時不更新模型,在滿足模型更新條件時更新模型。4.針對改進(jìn)后算法運行速度慢的缺點,通過改進(jìn)目標(biāo)搜索策略并采用特征降維的方法,提高了算法的運行速度。無人機在跟蹤地面目標(biāo)時,需要算法具有良好的運行速度,但是上述改進(jìn)引入一定的計算量,降低運行速度。為了提高算法運行速度,設(shè)計了一種新的搜索策略,在跟蹤情況良好時,進(jìn)行局部搜索,在情況不好時,進(jìn)行全局搜索。同時通過數(shù)據(jù)降維,降低特征維度,減少計算量,提高算法運行速度和實時性。
【圖文】：

機技術(shù)研究現(xiàn)狀第一架無人機由英國研制成功，但是這款無人機并不是真正意義上被用作靶機，真正意義上的無人機誕生于 1930 年左右，它是全尺寸 1950 年左右，無人機開始朝著多用途的方向發(fā)展，各種用途的無人，其中無人偵察機、無人駕駛研究機開始成建制的服役。伴隨著科學(xué)是智能控制技術(shù)的快速發(fā)展，無人機技術(shù)不斷的更新，智能化程度越民用和戰(zhàn)爭中嶄露頭角[2,39]。國內(nèi)外的發(fā)展情況來看，各國對于無人機的研究已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展機研究相對較早，技術(shù)相對比較先進(jìn)。如卡耐基梅隆大學(xué)的 AHP 無），這是一款帶有機器視覺的無人機，這款無人機可以在惡劣的環(huán)境帶的機載智能系統(tǒng)和航電系統(tǒng)獨立的完成設(shè)定的任務(wù)。其中就包括在主起飛，按照即設(shè)路線完成指定任務(wù)，搜索和定位既定目標(biāo)，，并在執(zhí)既定目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，并把被跟蹤目標(biāo)的相關(guān)信息傳回地面指揮中心，著陸等[3]。

圖 1.2 全球鷹無人機（如圖 1.3 所示）是以色列研制的大型無人機，在這款無人設(shè)備，可以在高空對地面及海面目標(biāo)進(jìn)行搜索、識別、定位無人機不僅可以用于軍事活動，還可用于環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)考相對于其他無人機的顯著優(yōu)點就是可以同時對 32 個目標(biāo)進(jìn)圖 1.3 蒼鷺無人機無人機的研究起步較晚，但是已經(jīng)呈現(xiàn)出全面發(fā)展的態(tài)勢機相繼被研究出來，并且被大量的應(yīng)用于民用和軍事中。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2636993