發(fā)布時間：2020-08-01 18:02

【摘要】：目標(biāo)檢測與跟蹤一直是計算機(jī)視覺與人工智能領(lǐng)域的研究熱點,它為后續(xù)的模式識別和行為分析提供了先驗信息。目前對空目標(biāo)搜索與跟蹤技術(shù)發(fā)展迅速,但是對于地面場景,背景復(fù)雜、目標(biāo)多樣、雜波干擾等因素嚴(yán)重影響了目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確率與目標(biāo)跟蹤的精度。如何抑制這些干擾因素,在提高目標(biāo)探測率的同時降低虛警,是目前計算機(jī)視覺領(lǐng)域發(fā)展的重要任務(wù)和迫切需求。本文圍繞目標(biāo)檢測與跟蹤技術(shù),分析了地面場景下存在且會導(dǎo)致目標(biāo)檢測或跟蹤失敗的因素,針對這些因素,分別對移動平臺下的運動目標(biāo)檢測、復(fù)雜背景條件下的運動目標(biāo)檢測與跟蹤和偽裝目標(biāo)探測等三個方面的課題展開了研究,解決了地面場景下目標(biāo)檢測與跟蹤的一系列難題,為對地目標(biāo)搜索跟蹤系統(tǒng)的研制提供了參考依據(jù)。在對地移動光電搜索平臺中,攝像機(jī)自身的運動會使得地面場景中具有三維結(jié)構(gòu)的靜止物體在圖像上產(chǎn)生“強(qiáng)視差”,影響目標(biāo)檢測。本文首先從攝像機(jī)成像模型出發(fā),分析了在攝像機(jī)運動過程中,圖像序列之間滿足的幾何變換關(guān)系,據(jù)此將移動平臺下的目標(biāo)檢測分為兩大類:不存在視差的情況和存在視差的情況。對于不存在視差的應(yīng)用場合,提出了基于全局運動補償和運動歷史圖像的運動目標(biāo)檢測方法,該方法基于目標(biāo)輪廓在空間上的相關(guān)性,利用圖像序列所對應(yīng)的不同時刻將連續(xù)圖像加權(quán)疊加從而形成運動歷史圖像,使得目標(biāo)分割更為完整。針對存在視差的應(yīng)用場合,結(jié)合多視圖幾何理論,給出了靜止背景滿足的對極幾何約束、視差一致性約束和結(jié)構(gòu)一致性約束條件,并據(jù)此建立了完整的地面運動目標(biāo)檢測與分割框架。該方法能夠明顯克服強(qiáng)視差的干擾,提高了移動平臺下對地運動目標(biāo)檢測的準(zhǔn)確率。在復(fù)雜地面背景下,場景中的光照變化、背景雜波和探測噪聲等因素會對運動目標(biāo)檢測造成嚴(yán)重干擾,而光照、目標(biāo)姿態(tài)和尺度的變化以及部分遮擋會對目標(biāo)跟蹤造成干擾。本文在魯棒主成分分析(RPCA)框架的基礎(chǔ)上,首先分析了目標(biāo)檢測過程中的背景雜波與探測噪聲,提出了基于全變分約束的運動目標(biāo)檢測方法,該方法能夠明顯抑制雜波,降低目標(biāo)檢測虛警率。然后分析了RPCA方法中的凸松弛約束會導(dǎo)致目標(biāo)檢測結(jié)果不準(zhǔn)確的弊端,提出了基于非凸范數(shù)的運動目標(biāo)檢測方法,該方法能夠很好地約束前景目標(biāo)的稀疏性,使得提取的目標(biāo)更為完整。最后,針對目標(biāo)跟蹤過程中的干擾因素,提出了基于連續(xù)遮擋約束的目標(biāo)跟蹤方法,該方法對被遮擋目標(biāo)進(jìn)行精確建模,構(gòu)建了完整的目標(biāo)外觀模型,整個跟蹤過程在粒子濾波框架中實現(xiàn),從而對目標(biāo)姿態(tài)、光照、尺度的變化具有魯棒性。針對存在地面?zhèn)窝b干擾、目標(biāo)和背景的色彩灰度信息無法分辨等問題的應(yīng)用場合,本文提出了基于材料光學(xué)特性參數(shù)的目標(biāo)探測方方法,該方法利用偏振測量獲得目標(biāo)介質(zhì)表面的穆勒矩陣,并據(jù)此反演出目標(biāo)材料的光學(xué)常數(shù),利用目標(biāo)和背景的光學(xué)常數(shù)差異進(jìn)行目標(biāo)分割。同時,利用目標(biāo)表面的多角度光強(qiáng)信息,構(gòu)建了壓縮雙向反射分布函數(shù)(BRDF)光強(qiáng)特征,在此基礎(chǔ)上利用模式分類方法對目標(biāo)和背景的壓縮BRDF特征進(jìn)行聚類。最后,提出了基于主動光退偏穆勒矩陣的目標(biāo)探測方法,該方法構(gòu)造了與探測系統(tǒng)偏振態(tài)有關(guān)的偏振差異圖像,通過支持向量機(jī)最大化目標(biāo)與背景的偏振差異圖像來自適應(yīng)調(diào)節(jié)探測系統(tǒng)的偏振態(tài),使得偏振差異圖像中目標(biāo)和背景的對比度達(dá)到最大,為地面?zhèn)窝b目標(biāo)探測提供了新方法。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TP18
【圖文】：

能夠?qū)?zhàn)場進(jìn)行大范圍、精確性地偵察與預(yù)警，快速準(zhǔn)確地識別有威脅性的敵方逡逑目標(biāo)從而能夠?qū)崟r觸發(fā)火控系統(tǒng)對目標(biāo)實施干擾和打擊；在民用領(lǐng)域，光電成像逡逑與監(jiān)控系統(tǒng)在社會安防中具有不可替代的地位，圖１．１（ｂ）中ＰＴＺ安防監(jiān)控相機(jī)具有目標(biāo)逡逑監(jiān)控、人流密度分析和場景異常監(jiān)測等作用［１１］［１２１；如圖１．１（ｃ），在機(jī)器視覺與人工智能逡逑領(lǐng)域，智能系統(tǒng)需要通過安裝各種視覺傳感器，對周邊的環(huán)境進(jìn)行視覺分析與處理，獲逡逑取場景的結(jié)構(gòu)信息以及場景中的目標(biāo)信息等，從而為系統(tǒng)決策提供更多的數(shù)據(jù)來源逡逑［１３］［１４］逡逑＿畫＿逡逑（ａ）國產(chǎn)翼龍－２無人機(jī)機(jī)載光電吊艙邐（ｂ）ＰＴＺ安防監(jiān)控相機(jī)邐（ｃ）視覺導(dǎo)航機(jī)器人逡逑圖１．１各種類型的光電探測系統(tǒng)逡逑光電探測系統(tǒng)根據(jù)其探測目標(biāo)所處的場景可以分為對地、對海和對空三種類型，后逡逑兩種光電探測系統(tǒng)較多應(yīng)用于軍事偵察中，其中天空與海面背景較為單一，沒有豐富的逡逑細(xì)節(jié)，從而空中和海面目標(biāo)探測相對比較簡單。目前，國內(nèi)對空搜索跟蹤系統(tǒng)發(fā)展迅速，逡逑已有型號產(chǎn)品應(yīng)用于防空、反導(dǎo)、制導(dǎo)等領(lǐng)域，然而對地目標(biāo)搜索跟蹤系統(tǒng)的研制與國逡逑外相比仍有很大差距

１）攝像機(jī)平臺繞光心近似作旋轉(zhuǎn)運動，平移分量足夠小可以忽略。逡逑這種假設(shè)廣泛存在。在軍事應(yīng)用領(lǐng)域，光電探測系統(tǒng)固定在靜止平臺上，通過不停逡逑地旋轉(zhuǎn)周視，檢測空中或地面的可疑目標(biāo)，如圖２．４（ａ）所示的“天狼星”ＩＲＳＴ預(yù)警系統(tǒng)［１３１］，逡逑其探測器固定在光電轉(zhuǎn)塔上，通過旋轉(zhuǎn)擴(kuò)大探測視場；在民事應(yīng)用領(lǐng)域，一些人流密度逡逑大、具有危險性的場合通常會安裝ＰＴＺ邋（Ｐａｎ／Ｔｉｌｔ／Ｚｏｏｍ）監(jiān)控攝像機(jī)［１３２］進(jìn)行２４小時全時逡逑段監(jiān)控，如圖２．４（ｂ）所示，這些攝像機(jī)安裝在可控云臺上，可以完成水平、俯仰方向的逡逑自由旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到對全領(lǐng)域視場的覆蓋。逡逑

本文編號：2777807