四旋翼飞行器目标识别与跟踪算法研究

发布时间：2020-03-24 16:42

【摘要】：随着无人机技术的快速发展,无人机在民用和军事领域得到了越来越多的关注,基于图像的目标识别与跟踪技术成为各国学者研究的热点。为了实现飞行器对目标的识别与跟踪,本文以四旋翼飞行器为载体,对基于图像的目标识别与跟踪算法进行了研究,阐述了图像处理技术的基本原理,并对常用算法进行分析,同时完成了实验平台的搭建,为飞行器识别与跟踪算法验证奠定基础。对于识别算法,本文主要研究基于特征匹配的目标识别算法,首先阐述了图像预处理的基本原理,并综合分析常用的特征点检测算法的优缺点,最终选用SURF特征点提取算法,再针对最近邻特征匹配方法耗时较长,匹配正确率低的问题,研究使用基于BBF的Kd-树最近邻查询的双向SURF匹配方法加快匹配进程,同时初步消除错配点,提高准确性,然后通过RANSAC方法提纯匹配对,进一步提高精确性。再进行特征匹配实验验证本文匹配方法可以取得较好的效果,最后阐述了识别流程并通过目标识别实验证明本文目标识别算法的有效性和实用性。对于跟踪算法,本文针对传统的Camshift算法需要人工确定第一帧的搜索窗口,在背景干扰以及目标发生短时遮挡时,容易丢失目标的问题,给出基于SURF和Camshift的目标跟踪算法解决方案。首先分析传统Camshift算法的基本原理和缺陷,研究通过SURF特征点的位置信息确定第一帧搜索窗口,再提出依据跟踪结果判断条件判断是否进行目标重定位,并介绍本文改进的跟踪算法的运行流程。最后通过测试视频实验证明本文改进的跟踪算法的有效性和鲁棒性。最后,在实验平台上进行实际飞行实验,首先建立世界,机体,摄像机三者的坐标系,并设计了飞行器跟踪路径和控制参数,通过不同高度下的识别实验确定跟踪飞行的高度,最后再对静止目标和移动目标进行跟踪,证明本文目标识别与改进的跟踪算法有效可行。
【图文】：

第一章 绪论1.1 课题研究背景与意义无人驾驶飞行器(UnmannedAerial Vehicle, UAV)，又称无人机，是一种能够远程遥控，也可以自主，或者半自主飞行的飞行器[1]。常用的无人机可分为两种：固定翼式和旋翼式，如图 1.1 所示，固定翼式无人机具有航行时间长，搜索范围大，速度快等优点，但是只能按照固定的航线飞行，不够灵活，操作难度较大，旋翼式无人机中应用最广泛的是四旋翼飞行器[2]。四旋翼飞行器可实现悬停、超低空低速巡航，偏航，横滚等飞行方式，具有机动性强，，体积小，成本低，可在小空间飞行的优点。近年来世界各国无人机事业发展迅猛，在军事领域，可执行物资运输，战场侦查，打击效果评估等任务，在民用领域，可用于航拍，输电网巡线，快递配送，农药喷洒等，具有非常大的应用前景[3,4]。

究现状机的目标识别与跟踪算法研究比较早，各项技术也相的研究成果介绍一下国外对带有视觉传感器的无人机的克利分校于 19 世纪 90 年代就开始了无人机平台和应相关技术的研究，项目组设计了 4 种无人机实验平台，分别为代号分别为 Yamaha R-max、Yamaha R-50、Berg，为后人无人机相关技术的研究奠定基础。该项目组已能避障等目标[7-9]。
【学位授予单位】：长春理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V279;TP391.41

【参考文献】

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1 翟卫欣;程承旗;;基于Kalman滤波的Camshift运动跟踪算法[J];北京大学学报(自然科学版);2015年05期

2 修春波;魏世安;;显著性直方图模型的Camshift跟踪方法[J];光学精密工程;2015年06期

3 杨超;余厚云;刘斌;;基于Harris角点和改进SURF描述子的图像快速拼接[J];现代电子技术;2015年11期

4 葛盼盼;陈强;顾一禾;;基于Harris角点和SURF特征的遥感图像匹配算法[J];计算机应用研究;2014年07期

5 王保云;范保杰;;基于颜色纹理联合特征直方图的自适应Meanshift跟踪算法[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2013年03期

6 李俊;李运堂;;四旋翼飞行器的动力学建模及PID控制[J];辽宁工程技术大学学报(自然科学版);2012年01期

7 仝如强;黄玉清;田瑞娟;;SURF算法及其对运动目标的检测跟踪效果[J];西南科技大学学报;2011年03期

8 彭欣;刘富强;宋华军;;基于SURF目标跟踪算法研究[J];长春理工大学学报(自然科学版);2011年02期

9 刘波;张洪涛;管明森;;无人直升机技术的发展[J];舰船电子工程;2011年03期

10 杨庆华;宋召青;时磊;;四旋翼飞行器建模、控制与仿真[J];海军航空工程学院学报;2009年05期

相关博士学位论文 前3条

1 曹健;基于局部特征的图像目标识别技术研究[D];北京理工大学;2010年

2 辛哲奎;基于视觉的小型无人直升机地面目标跟踪技术研究[D];南开大学;2010年

3 丁卫;基于超小型无人机的地面目标实时图像跟踪[D];上海大学;2007年

相关硕士学位论文 前9条

1 马建磊;基于视觉的无人飞行器目标识别与跟踪控制[D];大连海事大学;2017年

2 陈丹丹;基于Camshift的运动目标跟踪算法研究[D];哈尔滨工业大学;2017年

3 邱思雨;小型无人直升机视觉跟踪与识别系统实现[D];黑龙江大学;2016年

4 孟祥怡;运动目标的跟踪与识别算法研究[D];吉林大学;2014年

5 安哲;基于视觉的Qball-X4四旋翼无人机地面目标跟踪[D];东北大学;2014年

6 朱玮;基于视觉的四旋翼飞行器目标识别及跟踪[D];南京航空航天大学;2014年

7 庞庆霈;四旋翼飞行器设计与稳定控制研究[D];中国科学技术大学;2011年

8 孙磊;视频监控中运动目标检测与跟踪技术的研究[D];电子科技大学;2011年

9 郑伟光;四旋翼无人机飞行姿态控制系统研究[D];长春理工大学;2010年

本文编号：2598582