固定翼无人机地面车辆目标自动检测与跟踪

发布时间:2018-01-02 07:15

  本文关键词:固定翼无人机地面车辆目标自动检测与跟踪 出处:《中国科学院国家空间科学中心》2017年博士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 无人机 小目标 检测与跟踪 目标特性 机器学习 神经网络 ARM


【摘要】:目标检测与跟踪是计算机视觉方向的重要研究领域,而无人机地面目标自动检测与跟踪在侦查、预警等领域均具有重要作用及战略需求。在这些应用场景中,地面目标在视场中一般尺寸较小,现有的检测算法对于小目标而言仍然比较乏力。无人机在进行目标跟踪的初始阶段,目标由于距离较远,在视场中尺寸过小(目标像素尺寸小于10×10),仅有边缘信息和少量甚至缺失的纹理信息,给目标检测与跟踪带来极大挑战。此外,小型固定翼无人机地面目标检测与跟踪还面临着背景环境复杂、视场变化剧烈、干扰物多等诸多难题。本论文主要研究小型固定翼无人机对车辆小目标的自动检测与跟踪方法。本文首先介绍了目前国内外的无人机目标检测与跟踪系统的研究和发展现状,跟紧趋势找出不足;同时算法层面上,分析了国内外目标检测、跟踪算法的发展趋势,找寻算法的难点和待突破的地方,从而为本篇论文的研究内容奠定方向。论文提出了一种基于目标特性的微小目标检测方法,通过一种融合了梯度响应的显著性检测来提取候选目标,同时引入局部敏感直方图特征,有效解决室外环境光照条件复杂变化的难题。将视场中相应像素位置的候选目标尺寸与固定翼无人机的位姿信息耦合起来,可以有效排除伪目标。对HOG特征进行傅里叶分析,生成具有旋转不变特性的FHOG特征,联合FHOG与LBP这两种旋转不变特征,充分利用小目标宝贵的边缘特征和极少量的纹理特征,将目标的检测问题转换为对候选目标的分类确认问题,同时大大减小了逐像素遍历搜索带来的巨大运算量,实现算法的实时性。训练时加入难样本挖掘重训练,将目标检测的精度提升10.23%。本文研究比较了最新的卷积神经网络在小目标检测中的应用,并分析其不足和原因,在负样本选取和难样本重训练上进行了优化和改进,有效解决了复杂背景下各种干扰物对小目标检测的影响,优化后的Faster R-CNN较原有默认参数在VEDAI数据库小目标的检测精度上高出40%多。另外提出一种基于目标特性的神经网络检测方法,对VEDAI航拍车辆数据库精度达85.34%。在检测到目标后,采用基于KCF的时空上下文目标跟踪方法实现对小目标的实时跟踪,固定翼无人机采用嵌入式ARM平台,基于嵌入式linux进行算法移植,实现对地面车辆目标的实时自动检测和跟踪。通过固定翼无人机在复杂背景环境下航拍模飞进行目标检测和跟踪试验,并且在公开数据集上比较验证算法。论文在多种场景下进行固定翼无人机模飞,尽可能多地模拟各种环境,验证算法的鲁棒性,同时在公开数据集上与目前state-of-the-art算法横向比较。通过试验分析验证了基于目标特性的微小目标检测算法、基于FHOG+LBP联合旋转不变特征的目标检测算法以及适用于小目标检测的神经网络方法,以及基于KCF的时空上下文目标跟踪方法,最后实现了相关算法的嵌入式平台移植。
[Abstract]:Target detection and tracking is an important research direction of computer vision, and UAV automatic target detection and tracking in the investigation, has an important role and strategic demand early warning and other fields. In these scenarios, the ground target in the generally smaller field of view, the existing detection algorithm for small targets is still relatively weak. In the initial stage of the UAV target tracking target, because of distance, the size is too small in the field of view (the target pixel size is less than 10 * 10), only little or lack of edge information and texture information, bring great challenge to the target detection and tracking. In addition, small fixed wing UAV Ground Target Detection and tracking is facing the complex background environment, multiple field change, and many other problems. This paper mainly studies the small fixed wing UAV vehicle target automatic detection and with Trace method. This paper introduces the research and development status of UAV target detection and tracking system at home and abroad at present, and find out the trend of tight; at the same time the algorithm level, analyzes the domestic and international development trend of target detection, tracking algorithm, algorithm and difficult to place to find a breakthrough, so this thesis the research content lay direction. This paper presents a small target detection method based on target characteristic, was detected by a combination of the gradient response to extract candidate targets, while the introduction of local sensitive histogram, effectively solve the problem of complex outdoor environment illumination condition changes. The candidate target size and pixel position corresponding fixed wing the field of UAV pose information coupling, can effectively eliminate false targets. Fourier analysis of HOG features, generate rotation invariant features of FHOG. Sign, combined with FHOG and LBP these two kinds of rotation invariant features, make full use of edge features of small targets valuable and very little texture features, converting the detection target to confirm the classification of candidate targets, and greatly reduces the pixel traversal search brings huge computational complexity, real-time implementation of the algorithm training. When added to sample mining heavy training application will enhance the precision of detection of 10.23%. in this study compared the convolutional neural network is the latest in small target detection, and analyze the problems and causes, in the negative sample selection and sample weight training to optimized and improved, effectively solves the influence of various complex interference under the background of small target detection, the optimized Faster R-CNN detection accuracy than the original default parameters in the VEDAI database of small targets on more than 40% higher. In addition we propose a target characteristics based on God The network detection method of VEDAI aerial vehicle database to the target in the detection accuracy of 85.34%., the temporal spatial context target KCF tracking method to achieve real-time tracking of small target based on fixed wing UAV Based on embedded ARM platform based on Embedded Linux algorithm transplantation, real-time automatic detection and tracking of ground vehicles. Through the fixed wing UAV in complex background aerial flight simulation for target detection and tracking test and verification algorithm. In the open data set in a variety of scenarios for fixed wing UAV flight simulation, as much as possible to simulate all kinds of environment, the robustness of the algorithm is verified, and in the public data set with the current state-of-the-art algorithm horizontal comparison. Through experimental analysis verified the small target detection algorithm based on the characteristics of target, FHOG+LBP combined with rotation invariant features based on The target detection algorithm and the neural network method suitable for small target detection, as well as the spatio-temporal context tracking method based on KCF, are finally implemented. Finally, the embedded platform transplantation of related algorithm is realized.

【学位授予单位】:中国科学院国家空间科学中心
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP391.41;V279

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 王旭辉;刘云猛;裴浩东;;基于嵌入式图像处理平台的实时多目标识别算法[J];科学技术与工程;2014年03期

2 朱峰,窦丽华,杨国胜,陈文颉;基于异类传感器的战场运动目标识别算法[J];北京理工大学学报;2002年03期

3 孔刚,张启衡,许俊平;一种复杂背景下运动扩展目标识别算法[J];仪器仪表学报;2005年S1期

4 刘祥林;;复杂地面背景下多目标的检测和识别[J];飞航导弹;1988年08期

5 康鹏;现代防空系统中目标识别算法研究之一[J];现代防御技术;1998年01期

6 党二升;李丽;;激光探测“猫眼”效应目标识别算法[J];航空科学技术;2011年06期

7 梁伟;崔宁;孟东起;;一种基于复合匹配的目标识别算法[J];弹箭与制导学报;2008年02期

8 宋皓;徐小红;;基于生物视觉通路的目标识别算法[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2012年04期

9 潘秀琴,侯朝桢,苏利敏;一种新的基于分形特征融合的图像目标识别算法(英文)[J];Journal of Beijing Institute of Technology(English Edition);2002年04期

10 聂振钢;张晓林;;一种新的无人机监控图像实时目标识别算法[J];遥测遥控;2007年02期

相关会议论文 前5条

1 徐小琴;;多传感器数据融合目标识别算法综述[A];2006年全国光电技术学术交流会会议文集(D 光电信息处理技术专题)[C];2006年

2 孔刚;张启衡;许俊平;;一种复杂背景下运动扩展目标识别算法[A];第三届全国信息获取与处理学术会议论文集[C];2005年

3 常青;;分形特征目标识别算法[A];2005年中国智能自动化会议论文集[C];2005年

4 王明芬;李翠华;;基于形状外观的海面目标识别算法[A];第十四届全国图象图形学学术会议论文集[C];2008年

5 王伟明;;一种使用并行黑板模型仿真系统实现的基于知识的图象目标识别算法[A];'99系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];1999年

相关博士学位论文 前10条

1 张抒;可视目标检测与分割关键技术研究[D];电子科技大学;2015年

2 徐培;基于少量样本的快速目标检测与识别[D];电子科技大学;2014年

3 窦建方;视频图像处理中的关键技术研究[D];上海交通大学;2014年

4 刘明;基于流形学习与稀疏描述的SAR目标识别算法研究[D];西安电子科技大学;2015年

5 李大伟;固定翼无人机地面车辆目标自动检测与跟踪[D];中国科学院国家空间科学中心;2017年

6 喻晓源;基于特征学习的目标检测、跟踪、识别算法研究[D];华中科技大学;2014年

7 于加其;基于激光成像雷达距离像的地面目标识别算法研究[D];北京理工大学;2015年

8 严忠贞;内河在航船舶动态跟踪和航迹融合方法研究[D];武汉理工大学;2013年

9 张兵;光学图像末制导中的点目标检测与识别算法研究[D];国防科学技术大学;2005年

10 汪洋;极化合成孔径雷达图像处理及其应用研究[D];安徽大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 韩卫洁;入侵报警系统中振动源的目标识别算法研究[D];长安大学;2015年

2 曾诚宇;基于时序光度信号的目标卫星状态特性估计[D];哈尔滨工业大学;2015年

3 闫晓敏;智能监控视频中的目标检测、识别与跟踪算法研究[D];电子科技大学;2015年

4 黄浩;双波段红外成像目标检测与识别方法研究[D];国防科学技术大学;2013年

5 曹昊然;基于LLE与HMM的飞机序列目标识别算法研究[D];东南大学;2015年

6 季康;基于多分类器融合的多视点飞机目标识别算法研究[D];南昌航空大学;2016年

7 宫世杰;视频监控中基于ICP算法的多目标跟踪技术研究与实现[D];山东大学;2016年

8 周小龙;具有旋转与尺度不变性的多目标识别算法研究与应用[D];暨南大学;2016年

9 姜化冰;探地雷达地下空洞目标探测研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 丁文静;多传感器信息融合目标识别算法研究[D];江南大学;2016年



本文编号:1368205

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xxkjbs/1368205.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户d587a***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com