本文關(guān)鍵詞：機載光電平臺穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國科學院長春光學精密機械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學位論文

  更多相關(guān)文章： 局部敏感直方圖 粒子群優(yōu)化 地理坐標跟蹤 機載光電平臺

【摘要】：機載光電平臺作為無人機的有效載荷,在軍用、警用、民用等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在機載光電平臺穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的實際應用中,暴露出一些亟待解決的問題:長時間跟蹤目標時,出現(xiàn)目標漂移的問題;目標被云、樹木等遮擋,造成目標丟失的問題;大霧、雨雪等惡劣天氣或目標采取偽裝措施,導致無法依靠圖像特征跟蹤目標的問題。本文針對這些實際問題進行了研究。針對長時間跟蹤目標時,由于誤差累積,產(chǎn)生目標漂移的問題,在圖像跟蹤器中采用基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標跟蹤算法。針對目標容易被云、樹木等遮擋的問題,在圖像跟蹤器中采用基于局部敏感直方圖的目標跟蹤算法,進行抗遮擋跟蹤。機載光電平臺的伺服系統(tǒng)與圖像跟蹤器形成閉環(huán),伺服系統(tǒng)驅(qū)動光電平臺,使其視軸始終對準目標。針對大霧、雨雪等惡劣天氣或目標采取了偽裝措施,導致圖像跟蹤器無法依靠圖像特征跟蹤目標時,本文采用地理坐標跟蹤的方法。該方法分為目標定位和目標引導兩個步驟,首先根據(jù)光電平臺的姿態(tài)信息、激光測距值和無人機的姿態(tài)信息,實時解算并存儲目標的經(jīng)緯度。當無人機位置、姿態(tài)變化后,目標地理坐標跟蹤系統(tǒng)實時解算出光電平臺應指向的方位角和俯仰角,機載光電平臺的伺服系統(tǒng)與地理坐標跟蹤系統(tǒng)形成閉環(huán),利用伺服系統(tǒng)驅(qū)動光電平臺,使其視軸始終對準目標。針對地理坐標跟蹤模式下,增加焦距,只能對主目標(視場中心目標)進行詳查,造成對次目標(非視場中心目標)跑出視場的問題,本文采用多目標實時定位的方法,對可見光攝像機視場中的多個目標同時進行定位,并在線存儲多個目標的地理坐標值,操作手對一個目標觀察完畢后,光電平臺可自動將下一個目標通過地理坐標跟蹤的方法引導入視場。本文建立了多目標定位模型與變焦距鏡頭畸變實時校正方法,提高了目標的定位精度。本文的主要研究成果如下:(1)傳統(tǒng)Mean-shift目標跟蹤算法,在長時間跟蹤后,容易出現(xiàn)目標漂移。本文提出了一種基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標跟蹤算法模型,該模型包含了目標顏色的空間分布信息,在跟蹤過程中,如出現(xiàn)較復雜背景的干擾,該模型可以通過核密度估計繼續(xù)跟蹤未被干擾的部分。與傳統(tǒng)的Mean-shift跟蹤算法相比,在長時間目標跟蹤過程中,基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標跟蹤模型具有更好的跟蹤穩(wěn)定性,不易出現(xiàn)目標漂移。(2)傳統(tǒng)局部敏感直方圖目標跟蹤算法,在目標被遮擋后,易發(fā)生目標丟失。本文提出了頂層區(qū)域、子區(qū)域的概念,建立了分層局部敏感直方圖跟蹤算法模型。根據(jù)頂層模板被遮擋的情況,通過擴大或縮小模板并調(diào)整特征更新速度,有效解決了目標在長時間被遮擋后,目標模板被錯誤更新的問題。(3)建立了地理坐標跟蹤誤差模型,并對影響主目標(視場中心目標)定位精度的因素進行了分析,地理坐標跟蹤方法解決了單純依靠圖像跟蹤器不能在目標特征不明顯、惡劣天氣下跟蹤目標的問題。推導了變焦距鏡頭畸變對定位精度的影響,提出了變焦距鏡頭實時畸變校正方法,有效提高了多目標的定位精度。通過同時存儲多個次目標(非視場中心目標)的地理坐標值,光電平臺依次將各個目標引導入視場,有效解決了單純依靠圖像跟蹤器不能持續(xù)跟蹤可見光鏡頭視場外多個目標的問題,提高了光電平臺的偵察效率,滿足機載光電平臺的實際需求。通過外場實驗,驗證了在短焦距情況下,運用地理坐標跟蹤方法對目標進行穩(wěn)定跟蹤是可行的。
【學位授予單位】：中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：V279;TP391.41

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