地球表面是由幾塊大陸地和環(huán)繞著大陸地的海洋組成,海水所占的面積約為3.6億平方公里,占地球表面積的71%左右,可以說地球大部分被海水覆蓋著。海洋不僅是世界貿(mào)易的主要路徑,還蘊含著豐富的自然資源。我國和西方發(fā)達國家一直重視發(fā)展海洋裝備,提高對海洋的控制和開發(fā)能力。水面無人艇(unmanned surface vehicle,一般簡稱為USV),是近年來研究出來的一種無人控制的水面艦艇。水面無人艇可以應用于多種民用和軍事任務,例如,海上環(huán)境監(jiān)測、人員搜索、反水雷;海島地圖測繪、海上設(shè)施維護和水文地理勘察;潛艇反潛、反特種作戰(zhàn)以及港口巡邏、打擊海上走私、反海盜等。因此開展水面無人艇的研究具有重要的理論意義和現(xiàn)實應用價值。本文依靠“WAM-V-USV”作為載體研究對象,主要研究了非穩(wěn)像條件下無人艇的水面運動目標的深度檢測與跟蹤方法。本文的研究目標是所提方法能通過水面無人艇實際應用,能應用到水面目標檢測和跟蹤問題。通過水面圖像處理,得到運動目標或障礙物的信息,作為水面無人艇進行自主作業(yè)的必要條件,有助于提高水面無人艇的智能化程度。根據(jù)研究內(nèi)容,本文主要分為以下5個部分:首先,介紹了該課題研究的背景及研究意義,回顧了國內(nèi)外水面無人艇的研究現(xiàn)狀和水面無人艇水面環(huán)境感知技術(shù)的發(fā)展,梳理了水面無人艇基于光視覺感知和激光雷達感知技術(shù)的研究現(xiàn)狀,包括水面目標檢測技術(shù)及水面目標跟蹤技術(shù)。其次,總結(jié)了水面圖像特點,研究了評價水面圖像質(zhì)量的評價指數(shù)PNSR和SSIM,對兩種方法進行了水面圖像的驗證。在此基礎(chǔ)上,提出了基于彩色圖像三通道距離差異的評價圖片質(zhì)量的方法,驗證了方法的實用性和準確性。實現(xiàn)了 canny和Hough結(jié)和的水天線檢測以及SVM和Roberts結(jié)合的水天線檢測,分別驗證了兩種方法的優(yōu)缺點。最后對水面目標存在倒影的問題進行了研究,提出了一種用形態(tài)學方法消除倒影的方法,解決了因為水面目標倒影存在造成目標檢測跟蹤性能降低的問題。然后,利用相機采集到的光學圖像信息和激光雷達采集到的點云信息進行了信息融合,利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對光學圖像進行處理,得到目標的種類,檢測置信度及目標位置。同時利用激光雷達圖像的點云信息,得到目標的距離和方位信息。最后,融合兩者信息,得到水面目標或障礙物的種類、檢測置信度及距離水面無人艇的距離和方位信息。接著,研究了水面目標的跟蹤方法,分別利用改進YOLO-V3框架、Dlib目標跟蹤和改進光流場法對水面運動目標位置信息進行跟蹤,并對方法進行了改進,通過制作的數(shù)據(jù)集對跟蹤方法進行了驗證,驗證了所使用方法在水面運動目標跟蹤的性能和有效性。最后,介紹了“WAM-V-USV”試驗平臺的體系結(jié)構(gòu),并基于該試驗平臺的硬件系統(tǒng)和軟件體系系統(tǒng)設(shè)計了環(huán)境感知系統(tǒng)。進行外場試驗,對基于深度學習的信息融合目標檢測算法和目標跟蹤算法進行驗證,對試驗數(shù)據(jù)進行處理分析,驗證了所使用目標檢測和跟蹤方法的準確性和實用性。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：U664.82;TP391.41
【部分圖文】：

第１章緒論??研制系統(tǒng)中，水面無人艇無疑是處于世界領(lǐng)先地位的。以色列已開發(fā)多種型號的水面無艇，包括以色列國家航空公司和拉斐爾先進防御系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)的“保護者”、埃爾特系統(tǒng)公司的“銀色馬林魚”和“黃貂魚”、航空防御系統(tǒng)公司的“海星”等水面無人艇。??“保護者”是由以色列國家航空公司和拉斐爾先進防御系統(tǒng)公司聯(lián)合開發(fā)設(shè)計的，圖Ｌ４所示，其攜帶的感知裝備有激光雷達和“托普拉伊特”光學系統(tǒng)�！巴衅绽撂亍睂W系統(tǒng)包括第三代前視紅外攝像機、黑白、彩色ＣＣＤ攝像機、激光測距儀、先進關(guān)聯(lián)蹤器和激光指示器等。圖１．５是改進的“保護者”?ＵＳＶ?，?２０１３年以色列開發(fā)出新型“護者”無人水面艦艇，體積更大、性能更好。??

第１章緒論??一號”水面無人艇，集智能航行、雷達搜索、自身定位和目標檢測與信息傳輸模塊于一身。??在同年的珠海航展上，該公司研發(fā)了?“ＸＧ－３”型閃電號水面無人艇，如下圖１．１０所示，??能克服惡劣環(huán)境，進行目標檢測和對敵方目標攻擊等任務。２０１８珠海航展展會上，珠海云??洲首次公開展示了剛剛成功進行導彈飛行試驗的偵查打擊一體導彈無人艇“瞭望者ＩＩ?”，??這是中國第一艘導彈無人艇，也是全球第二個成功發(fā)射導彈的無人艇，具有全自主、半自??主、遠程手動遙控、人工駕駛等多種駕駛模式。艇上搭載光電和雷達系統(tǒng)，艇艏位置搭載??四聯(lián)裝導彈發(fā)射裝置，利用圖像信息制導。??Ｌ?Ｉ??圖１．９?“天象一號”?ＵＳＶ?圖１．１０?“ＸＧ－３”型閃電號ＵＳＶ?圖１．１１?“瞭望者ＩＩ?”無人艇??廣東華中科技大學工業(yè)技術(shù)研宄院研制了?ＨＵＳＴＥＲ－６８型水面無人艇，配備有有相機、??激光雷達、光纖組合慣導、激光測距儀等先進設(shè)備。上海大學聯(lián)合中船重工青島北海船舶??有限公司和中國海事局，設(shè)計制造了“精�！毕盗兴鏌o人艇，該系列水面無人艇主要攜??帶高清攝像機和激光雷等環(huán)境感知設(shè)備

光視覺的水面無人艇感知研究現(xiàn)狀??要承擔情報收集、監(jiān)視偵察、掃雷、反潛、搜捕、水文地理人艇要具備水面目標的檢測及識別能力，即要獲取目標的和激光雷達獨特優(yōu)勢，在水面近距離探測區(qū)域內(nèi)，光視覺易獲得水面目標的位置信息和目標的運動信息情況。??無人艇的水面圖像預處理??息是實現(xiàn)無人艇視覺系統(tǒng)功能的有力保障之一。然而在海攝出來的景物能見度和對比度大幅降低。海霧使大氣能見度辨率降低，無法獲得清晰的圖像表面特征信息，嚴重影響了提取帶來了極大的困難。因此，有效地消除海霧影響成為提要途徑。目前，國內(nèi)外許多學者對影響圖像質(zhì)量的霧化進行了１１］基于物理模型的恢復方法，建立圖像退化模型，利用現(xiàn)有
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本文編號：2845807