【摘要】：四旋翼無人機是一種性能優(yōu)良的飛行器,自由度高,所以機動性強,能實現(xiàn)機體坐標(biāo)系下x和y方向的單獨控制,可定點懸浮。因其優(yōu)良的性能應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛。本文基于四旋翼無人機研究了視覺跟蹤系統(tǒng)的設(shè)計,包括視覺跟蹤算法和位置控制算法,最后在實物平臺進(jìn)行了無人機端和地面站端的設(shè)計。首先,本文進(jìn)行了基于四旋翼無人機的視覺跟蹤系統(tǒng)的模型建立工作,包含四旋翼無人機的動力學(xué)模型和目標(biāo)成像模型的建立,無人機動力學(xué)模型的建立為位置控制算法的研究打下基礎(chǔ),目標(biāo)成像模型建立的目的是為了解析無人機與目標(biāo)物之間的位置差。其次,針對無人機攝取的圖像序列(包含目標(biāo)物及其周圍相關(guān)的背景信息),采用基于卡爾曼濾波器改進(jìn)的KCF(核相關(guān)濾波)目標(biāo)跟蹤算法。KCF目標(biāo)跟蹤算法在測試集上的測試結(jié)果表明具有抗部分遮擋、光線變化等干擾的優(yōu)越性。但在測試后發(fā)現(xiàn)KCF在應(yīng)對航拍時物體快速移動或者相機抖動的挑戰(zhàn)時有諸多缺陷,所以本文在KCF算法的基礎(chǔ)上增加了預(yù)測和修正功能。隨后,針對無人機模型的欠驅(qū)動子系統(tǒng)和全驅(qū)動子系統(tǒng)設(shè)計了串級PD控制器和PD控制器。仿真結(jié)果表明,所設(shè)計的用于跟蹤的位置控制器性能良好。最后,在實物平臺進(jìn)行了基于Opencv視覺庫和大疆SDK的算法實現(xiàn),包括無人機平臺的視覺跟蹤算法實現(xiàn)和位置控制算法實現(xiàn),并通過WIFI實時將跟蹤結(jié)果回傳至地面端,地面端具有顯示模塊實時顯示跟蹤畫面以供監(jiān)控并且可以向無人機發(fā)送任務(wù)指令,如起飛、降落、目標(biāo)物的選取等。
【圖文】：

其中包括平臺運動補償，運動檢測和對象跟蹤。圖 1-1 顯示了從機載傳感器接收視頻和遙測信息的系統(tǒng)框圖。接收視頻運動補償模塊后，對齊記錄視頻并生成相應(yīng)的對齊圖像。為了增加系統(tǒng)的靈活性，該系統(tǒng)將多種視頻對齊方法集成到 COCOA 中。這些方法包括基于梯度的方式，基于特征的方式和基于遙測的方式。第二個模塊是移動物體檢測模塊，該模塊從對齊的圖像中檢測運動的物體。在這個階段，使用累積幀差異和環(huán)境建模的方法來計算目標(biāo)物和環(huán)境像素。通過使用基于水平集的分割方法來進(jìn)一步處理檢測到的區(qū)域以獲取對象的輪廓。輪廓有助于系統(tǒng)對被跟蹤物體的確切外型進(jìn)行建模。最后，通過使用基于團塊（blob）的跟蹤方法在整個視頻中跟蹤區(qū)域。該跟蹤系統(tǒng)對于小目標(biāo)也具有很好的跟蹤性能，但是該系統(tǒng)只能應(yīng)用于背景單調(diào)、簡單的情況下，，當(dāng)背景繁雜多變，干擾因素較多時便會出現(xiàn)誤判導(dǎo)致跟蹤失效。圖 1-2 COCOA 系統(tǒng)的跟蹤效

并生成相應(yīng)的對齊圖像。為了增加系統(tǒng)的成到 COCOA 中。這些方法包括基于梯度方式。第二個模塊是移動物體檢測模塊，該。在這個階段，使用累積幀差異和環(huán)境建模使用基于水平集的分割方法來進(jìn)一步處理廓有助于系統(tǒng)對被跟蹤物體的確切外型進(jìn)ob）的跟蹤方法在整個視頻中跟蹤區(qū)域。該蹤性能，但是該系統(tǒng)只能應(yīng)用于背景單調(diào)擾因素較多時便會出現(xiàn)誤判導(dǎo)致跟蹤失效
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：V279

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本文編號：2606433