基于KCF-TLD的多旋翼无人机自主目标跟踪
发布时间：2022-01-04 15:17
多旋翼无人机是一种飞行性能出色的无人飞行器,它通过改变各旋翼的转速来调整自身的姿态进而实现位置控制,具有悬停性能优异、移动灵活、机械结构紧凑、系统可靠性高等优点。无人机可通过自身挂载的传感器获取当前环境信息,发出控制指令引导无人机完成具体的飞行任务。本文研究中,采用视觉传感器,获取当前环境和跟踪目标的视频流信息,研究具有环境适应力的跟踪算法,最终达到无人机自主目标跟踪的目的,以下为具体研究内容:针对无人机自主控制问题,本文建立了基于多旋翼无人机自主目标跟踪系统的数学模型,其中包括无人机自身的动力学模型和视觉目标成像模型。通过建立无人机动力学模型,分析无人机飞行姿态控制原理,进而通过建立目标成像模型解算无人机与目标物相对位置关系,为无人机自主目标跟踪奠定基础。针对视觉跟踪问题,首先研究了核相关滤波（KCF）算法和跟踪检测学习（Tracking-Learning-Detection,TLD）算法的原理及数学模型。然后基于无人机挂载相机获得的图像序列,研究了融合后的KCF-TLD算法,该算法引入了 KCF算法替代原始TLD算法中的跟踪模块。在测试后发现KCF-TLD算法在解决目标遮挡问题和提...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２跟踪系统结构Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
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【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单目摄像机的无人机动态目标实时跟踪[J]. 辛长浩,常玉克,赵宏智,张彬. 科技创新与应用. 2020(08)
[2]基于KCF相似度的TLD目标跟踪算法[J]. 张晶,熊晓雨,鲍益波. 计算机工程与科学. 2019(02)
[3]基于自适应深度网络的无人机目标跟踪算法[J]. 刘芳,王洪娟,黄光伟,路丽霞,王鑫. 航空学报. 2019(03)
[4]An improved radar detection and tracking method for small UAV under clutter environment[J]. Cheng HU,Yixuan WANG,Rui WANG,Tianran ZHANG. Science China（Information Sciences）. 2019(02)
[5]基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪研究[J]. 李国仁,年晓红,周志豪. 控制与信息技术. 2018(06)
[6]基于视觉的无人机地面目标自主跟踪系统[J]. 成慧,林立山,郑卓祺,杨睿. 人工智能. 2017 (06)
[7]TLD目标跟踪算法综述[J]. 杨丰瑞,杜奎,庄园. 电视技术. 2016(10)
[8]复杂环境下高效物体跟踪级联分类器[J]. 江伟坚,郭躬德. 中国图象图形学报. 2014(02)
[9]旋翼无人机视觉跟踪系统[J]. 范保杰,朱琳琳,崔书平,李向军,唐延东. 红外与激光工程. 2011(01)
[10]计算机视觉在工业机器人上的应用[J]. 钱新恩,夏朝猛. 计算技术与自动化. 2006(01)
博士论文
[1]四旋翼小型无人直升机自适应逆控制研究[D]. 李劲松.上海交通大学 2014
[2]可视对象跟踪算法研究及应用[D]. 权伟.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]基于机器视觉的旋翼无人机跟踪系统研究[D]. 车玉涵.吉林大学 2019
[2]基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统的设计与实现[D]. 刘奇胜.电子科技大学 2019
[3]基于KCF的目标跟踪算法研究及嵌入式系统实现[D]. 李凯峰.天津理工大学 2019
[4]基于改进KCF算法的四旋翼无人机视觉跟踪系统设计[D]. 褚天鹏.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于双目视觉的多旋翼无人机自主降落定位方法研究[D]. 徐焕太.哈尔滨理工大学 2018
[6]基于TLD模型改进的目标跟踪算法[D]. 滕瑞玲.西安电子科技大学 2017
[7]无人机地面运动目标识别与跟踪技术研究[D]. 陈时雨.哈尔滨工业大学 2017
[8]基于TLD框架的目标跟踪算法研究[D]. 龚小彪.西南交通大学 2014
[9]图像的素描/水墨风格化研究[D]. 张瑶.北京交通大学 2012
本文编号：3568576
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２跟踪系统结构Ｍ??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｒａｃｋｉｎｇ?ｓｙｓｔｅｍ??
??电子科技大学设计了一套基于ＲＯＳ通信的无人机视觉跟踪系统平台该??平台首先通过目标检测算法检测并筛选出感兴趣的运动目标，然后利用视觉追踪??算法获得某个指定目标在后续视频流中的像素位置，再以双目原始立体测量数据??以及四旋翼无人机的状态信息作为输入，估计跟踪目标与无人机的相对距离、跟??踪目标在无人机导航坐标系下的位置速度等状态信息，最后以跟踪目标的状态信??息及期望的相对位置作为输入，运行跟踪控制算法，控制无人机对选定的跟踪目??标进行长期稳定跟踪飞行。其整体的软件架构如图１．３所示。??无人机平台?，?地面站平＆??（?＿Ｊ７１?广?ＱＴ上位机?＼??视觉跟踪目标?跟踪系统????卜餅“?溫?财?ｒ?自动目标检测??状态估计！?＾?候选目标??＾?ｒｚｚＴｉ，?机?任务下达?＾???ｉ触＆〒?＜?目标选定??跟随控制器?＾??期望速？?????度给定?状态数据?手动框选目标??飞?ｇ?ｊ?Ｖ?）??图１．３软件架构［２２］??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｏｆｔｗａｒｅ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??为了不增加整体无人机目标跟踪系统执行跟踪任务的控制时延，减轻机载计??算机的算力负担，该系统将目标检测算法运行在地面站计算机上，其余算法流程??则是运行于机载计算机之上，其间通过ｗｉｎ传输信号。但是在目标状态估计算??法的设计中，采用的单一的匀加速模型对跟踪目标状态转移的建模并不准确，在??目标发生较大速度变化时，状态估计结果存在明显的滞后。??１．３研究难点??，?■?？?｜??无人机视觉跟踪过程其实就是一个进行大量的目标跟踪和检测的过程，而这??个活
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???〇ｐ＇???ｘｐ????〇／（ｍ〇，＾ｑ）?＾??ｙｐ?ｙｕ，??图２．?５图像坐标系转换至像素坐标系??Ｆｉｇ．?２．５?Ｃｏｎｖｅｒｔ?ｉｍａｇｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｔｏ?ｐｉｘｅｌ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??（２）图像坐标系与相机坐标系的相互转换??如图２．６所示，图像坐标系与相机坐标系的转换虽然是三维向二维的转换，??但其实Ｏ／Ｘｊ／平面与面平行，所以只需要将相机坐标系中的一点??投影到图像坐标系平面，然后通过相似三角形的相关性质，即可得??到相机坐标系中该点在图像坐标系中的表示??．＼Ｘｃ／ｚｃ?＝?Ｘ，ｌｆ?（２．１１）??｛ｙｃ／ｚｃ?＝?ｙｉ／ｆ??将其表示为矩阵形式为??Ｘｊ?ｘｃ??ｙｉ?￣￣?ｙ〇?（２．１２）??■?Ｍ??．Ｗｃ（ｘｃ，ｙｃ，ｚｃ）??〇ｃ?，??丨ｃ??ｙｃｉ??图２．?６相机坐标系转换至图像坐标系??Ｆｉｇ．?２．６?Ｃｏｎｖｅｒｔ?ｃａｍｅｒａ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｔｏ?ｉｍａｇｅ?ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ?ｓｙｓｔｅｍ??１３??？ｋ?ｖ??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于单目摄像机的无人机动态目标实时跟踪[J]. 辛长浩,常玉克,赵宏智,张彬. 科技创新与应用. 2020(08)
[2]基于KCF相似度的TLD目标跟踪算法[J]. 张晶,熊晓雨,鲍益波. 计算机工程与科学. 2019(02)
[3]基于自适应深度网络的无人机目标跟踪算法[J]. 刘芳,王洪娟,黄光伟,路丽霞,王鑫. 航空学报. 2019(03)
[4]An improved radar detection and tracking method for small UAV under clutter environment[J]. Cheng HU,Yixuan WANG,Rui WANG,Tianran ZHANG. Science China（Information Sciences）. 2019(02)
[5]基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪研究[J]. 李国仁,年晓红,周志豪. 控制与信息技术. 2018(06)
[6]基于视觉的无人机地面目标自主跟踪系统[J]. 成慧,林立山,郑卓祺,杨睿. 人工智能. 2017 (06)
[7]TLD目标跟踪算法综述[J]. 杨丰瑞,杜奎,庄园. 电视技术. 2016(10)
[8]复杂环境下高效物体跟踪级联分类器[J]. 江伟坚,郭躬德. 中国图象图形学报. 2014(02)
[9]旋翼无人机视觉跟踪系统[J]. 范保杰,朱琳琳,崔书平,李向军,唐延东. 红外与激光工程. 2011(01)
[10]计算机视觉在工业机器人上的应用[J]. 钱新恩,夏朝猛. 计算技术与自动化. 2006(01)
博士论文
[1]四旋翼小型无人直升机自适应逆控制研究[D]. 李劲松.上海交通大学 2014
[2]可视对象跟踪算法研究及应用[D]. 权伟.西南交通大学 2013
硕士论文
[1]基于机器视觉的旋翼无人机跟踪系统研究[D]. 车玉涵.吉林大学 2019
[2]基于视觉的四旋翼无人机目标跟踪系统的设计与实现[D]. 刘奇胜.电子科技大学 2019
[3]基于KCF的目标跟踪算法研究及嵌入式系统实现[D]. 李凯峰.天津理工大学 2019
[4]基于改进KCF算法的四旋翼无人机视觉跟踪系统设计[D]. 褚天鹏.哈尔滨工业大学 2018
[5]基于双目视觉的多旋翼无人机自主降落定位方法研究[D]. 徐焕太.哈尔滨理工大学 2018
[6]基于TLD模型改进的目标跟踪算法[D]. 滕瑞玲.西安电子科技大学 2017
[7]无人机地面运动目标识别与跟踪技术研究[D]. 陈时雨.哈尔滨工业大学 2017
[8]基于TLD框架的目标跟踪算法研究[D]. 龚小彪.西南交通大学 2014
[9]图像的素描/水墨风格化研究[D]. 张瑶.北京交通大学 2012
本文编号：3568576
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