水面无人艇的非稳像运动目标检测与跟踪方法

发布时间：2020-10-18 04:33

　　 地球表面是由几块大陆地和环绕着大陆地的海洋组成,海水所占的面积约为3.6亿平方公里,占地球表面积的71%左右,可以说地球大部分被海水覆盖着。海洋不仅是世界贸易的主要路径,还蕴含着丰富的自然资源。我国和西方发达国家一直重视发展海洋装备,提高对海洋的控制和开发能力。水面无人艇(unmanned surface vehicle,一般简称为USV),是近年来研究出来的一种无人控制的水面舰艇。水面无人艇可以应用于多种民用和军事任务,例如,海上环境监测、人员搜索、反水雷;海岛地图测绘、海上设施维护和水文地理勘察;潜艇反潜、反特种作战以及港口巡逻、打击海上走私、反海盗等。因此开展水面无人艇的研究具有重要的理论意义和现实应用价值。本文依靠“WAM-V-USV”作为载体研究对象,主要研究了非稳像条件下无人艇的水面运动目标的深度检测与跟踪方法。本文的研究目标是所提方法能通过水面无人艇实际应用,能应用到水面目标检测和跟踪问题。通过水面图像处理,得到运动目标或障碍物的信息,作为水面无人艇进行自主作业的必要条件,有助于提高水面无人艇的智能化程度。根据研究内容,本文主要分为以下5个部分:首先,介绍了该课题研究的背景及研究意义,回顾了国内外水面无人艇的研究现状和水面无人艇水面环境感知技术的发展,梳理了水面无人艇基于光视觉感知和激光雷达感知技术的研究现状,包括水面目标检测技术及水面目标跟踪技术。其次,总结了水面图像特点,研究了评价水面图像质量的评价指数PNSR和SSIM,对两种方法进行了水面图像的验证。在此基础上,提出了基于彩色图像三通道距离差异的评价图片质量的方法,验证了方法的实用性和准确性。实现了 canny和Hough结和的水天线检测以及SVM和Roberts结合的水天线检测,分别验证了两种方法的优缺点。最后对水面目标存在倒影的问题进行了研究,提出了一种用形态学方法消除倒影的方法,解决了因为水面目标倒影存在造成目标检测跟踪性能降低的问题。然后,利用相机采集到的光学图像信息和激光雷达采集到的点云信息进行了信息融合,利用深度神经网络对光学图像进行处理,得到目标的种类,检测置信度及目标位置。同时利用激光雷达图像的点云信息,得到目标的距离和方位信息。最后,融合两者信息,得到水面目标或障碍物的种类、检测置信度及距离水面无人艇的距离和方位信息。接着,研究了水面目标的跟踪方法,分别利用改进YOLO-V3框架、Dlib目标跟踪和改进光流场法对水面运动目标位置信息进行跟踪,并对方法进行了改进,通过制作的数据集对跟踪方法进行了验证,验证了所使用方法在水面运动目标跟踪的性能和有效性。最后,介绍了“WAM-V-USV”试验平台的体系结构,并基于该试验平台的硬件系统和软件体系系统设计了环境感知系统。进行外场试验,对基于深度学习的信息融合目标检测算法和目标跟踪算法进行验证,对试验数据进行处理分析,验证了所使用目标检测和跟踪方法的准确性和实用性。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：U664.82;TP391.41
【部分图文】：

第１章绪论??研制系统中，水面无人艇无疑是处于世界领先地位的。以色列已开发多种型号的水面无艇，包括以色列国家航空公司和拉斐尔先进防御系统公司联合开发的“保护者”、埃尔特系统公司的“银色马林鱼”和“黄貂鱼”、航空防御系统公司的“海星”等水面无人艇。??“保护者”是由以色列国家航空公司和拉斐尔先进防御系统公司联合开发设计的，图Ｌ４所示，其携带的感知装备有激光雷达和“托普拉伊特”光学系统。“托普拉伊特”学系统包括第三代前视红外摄像机、黑白、彩色ＣＣＤ摄像机、激光测距仪、先进关联踪器和激光指示器等。图１．５是改进的“保护者”?ＵＳＶ?，?２０１３年以色列开发出新型“护者”无人水面舰艇，体积更大、性能更好。??

第１章绪论??一号”水面无人艇，集智能航行、雷达搜索、自身定位和目标检测与信息传输模块于一身。??在同年的珠海航展上，该公司研发了?“ＸＧ－３”型闪电号水面无人艇，如下图１．１０所示，??能克服恶劣环境，进行目标检测和对敌方目标攻击等任务。２０１８珠海航展展会上，珠海云??洲首次公开展示了刚刚成功进行导弹飞行试验的侦查打击一体导弹无人艇“瞭望者ＩＩ?”，??这是中国第一艘导弹无人艇，也是全球第二个成功发射导弹的无人艇，具有全自主、半自??主、远程手动遥控、人工驾驶等多种驾驶模式。艇上搭载光电和雷达系统，艇艏位置搭载??四联装导弹发射装置，利用图像信息制导。??Ｌ?Ｉ??图１．９?“天象一号”?ＵＳＶ?图１．１０?“ＸＧ－３”型闪电号ＵＳＶ?图１．１１?“瞭望者ＩＩ?”无人艇??广东华中科技大学工业技术研宄院研制了?ＨＵＳＴＥＲ－６８型水面无人艇，配备有有相机、??激光雷达、光纤组合惯导、激光测距仪等先进设备。上海大学联合中船重工青岛北海船舶??有限公司和中国海事局，设计制造了“精海”系列水面无人艇，该系列水面无人艇主要携??带高清摄像机和激光雷等环境感知设备

光视觉的水面无人艇感知研究现状??要承担情报收集、监视侦察、扫雷、反潜、搜捕、水文地理人艇要具备水面目标的检测及识别能力，即要获取目标的和激光雷达独特优势，在水面近距离探测区域内，光视觉易获得水面目标的位置信息和目标的运动信息情况。??无人艇的水面图像预处理??息是实现无人艇视觉系统功能的有力保障之一。然而在海摄出来的景物能见度和对比度大幅降低。海雾使大气能见度辨率降低，无法获得清晰的图像表面特征信息，严重影响了提取带来了极大的困难。因此，有效地消除海雾影响成为提要途径。目前，国内外许多学者对影响图像质量的雾化进行了１１］基于物理模型的恢复方法，建立图像退化模型，利用现有
【参考文献】

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1 张岩;易柳;;基于ICP与光流法结合的Kinect配准算法[J];湖北第二师范学院学报;2015年08期

2 吴迪;朱青松;;图像去雾的最新研究进展[J];自动化学报;2015年02期

3 马忠丽;文杰;梁秀梅;;海雾下的视频图像去雾算法研究[J];计算机应用研究;2014年09期

4 庞首颜;陈松;魏建猛;张元胜;;基于类中心的SVM训练样本集缩减改进策略[J];重庆交通大学学报(自然科学版);2014年02期

5 王孝通;郭珈;金鑫;马跃;;大气散射模型的海上视频图像去雾技术[J];中国航海;2013年01期

6 万磊;曾文静;张铁栋;徐玉如;;近海岸目标快速提取[J];哈尔滨工程大学学报;2012年09期

7 王刚;;《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》解读[J];物联网技术;2012年06期

8 刘燕君;刘奇;;基于同态滤波与直方图均衡化的超声图像增强[J];中国组织工程研究与临床康复;2011年48期

9 邵淑华;訾贵昌;刘尹霞;;分布式视觉检测系统在电子制造业中的应用[J];大众科技;2011年07期

10 张捍东;谢炜;;基于图像处理的机器人目标识别与定位系统[J];工业仪表与自动化装置;2008年03期

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2 曾文静;基于光视觉的无人艇水面目标检测与跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2013年

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3 刘冬寅;教室监控视频中人员异常行为检测研究[D];电子科技大学;2018年

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5 曾彩云;国产高分卫星影像质量评价及特征分析[D];成都理工大学;2017年

6 张蔚欣;基于CFD技术的波浪滑翔器自航模拟[D];哈尔滨工程大学;2017年

7 李畅;水面目标检测与识别算法研究[D];华中科技大学;2016年

8 张伊辉;水面无人艇视觉目标图像识别技术研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

9 文杰;海雾下无人艇视觉系统视频图像增强技术研究[D];哈尔滨工程大学;2015年

10 何茜;基于双目立体视觉的高速铁路异物侵限检测系统研究[D];北京交通大学;2011年

本文编号：2845807