作為近些年的研究熱點,視覺目標跟蹤技術(shù)在無人機和視覺伺服領(lǐng)域中具有廣闊的應用空間和研究價值,無人機通過機載相機獲取的圖像信息反饋給無人機系統(tǒng),以此控制無人機實現(xiàn)跟蹤目標的目的。一般無人機操作較為復雜,并且搭載額外設(shè)備時工作量較大,因此需要云臺作為無人機與相機之間的橋梁,獨立承擔著對目標進行實時跟蹤的同時,穩(wěn)定相機光軸獲取清晰的圖像信息。本文針對小型四旋翼無人機系統(tǒng),提出一種基于視覺目標跟蹤的低成本云臺伺服控制系統(tǒng),該系統(tǒng)以機載相機作為視覺反饋器,將圖像信息輸入到上位機中,通過視覺目標跟蹤算法跟蹤目標的同時,獲取目標在像素平面的位置信息,并將目標位置與圖像平面中心的像素誤差輸入到伺服控制器當中,設(shè)計并對比線性控制器、增量式PID控制器和線性二次調(diào)節(jié)器（即LQR）三種數(shù)字伺服控制器的跟蹤效果,以此來保證云臺進行實時、穩(wěn)定的控制相機旋轉(zhuǎn)光軸,縮小目標點與圖像平面中心點之間的誤差,從而達到云臺視覺伺服跟蹤效果。同時,對比兩種視覺目標跟蹤算法的跟蹤效果,并分析了各跟蹤算法的優(yōu)劣性。為提高云臺的自穩(wěn)定性,保證相機穩(wěn)定獲取圖像信息,本文針對云臺計算能力有限的問題,提出一種基于低成本三軸無刷云臺的改進... 

【文章來源】：新疆大學新疆維吾爾自治區(qū) 211工程院校

【文章頁數(shù)】：65 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Colibri樣機HakonHagenHelgesen等人[14]

圖 1-2 中國科學院大學實驗平臺（左）天津工業(yè)大學實驗平臺（右）上海大學 ZouHairong 等[18]提出了一種將仿生眼模型應用于無人機機載相機的控制系統(tǒng)，根據(jù)分析的無人機視覺跟蹤系統(tǒng)的特點，建立了一種新型的無人機低空地面運動目標視覺跟蹤系統(tǒng)。基于仿生眼的無人機視覺跟蹤系統(tǒng)能夠同時考慮無人機的高度變化和目標的運動，能夠協(xié)調(diào)控制機載相機和無人機，并且基于仿生眼的相機控制系統(tǒng)模型可以彌補造成的偏轉(zhuǎn)無人機旋轉(zhuǎn)和地面的運動相對于未來無人機飛行時，和相機電機速度的控制模式控制因此機載相機可以連續(xù)跟蹤目標、順利、清晰、穩(wěn)定，就像人類的眼睛。因此，它確實提高了系統(tǒng)性能，具有實際意義。實驗結(jié)果表明，其跟蹤效果達到了預期目標。國內(nèi)以大疆為首的科技公司也對云臺系統(tǒng)有所研究，其生產(chǎn)的禪思 X4S 三軸云臺增穩(wěn)系統(tǒng)采用輕量化設(shè)計，內(nèi)置高速處理器，可控制云臺電機進行精準運轉(zhuǎn)來補償無人機飛行過程中造成的相機細微移動，確保相機在拍攝時的穩(wěn)定性。相對于其他采用了導電滑環(huán)結(jié)構(gòu)的小型云臺，X4S 云臺所采用的機械限位及隱藏

圖 1-4 基于無人機的云臺視覺伺服跟蹤系統(tǒng)1.3.2 擬解決關(guān)鍵問題本文基于視覺目標跟蹤的機載云臺伺服系統(tǒng)主要擬解決關(guān)鍵問題：（1）小型四旋翼無人機機載云臺計算能力有限、動態(tài)性能較差，通常的姿態(tài)解算算法計算量往往都比較大，計算量較小的姿態(tài)解算適應性又有一定的局限性。因此需要一種符合小型無人機機載云臺的姿態(tài)解算來獲取云臺的真實姿態(tài)，滿足云臺能夠自穩(wěn)定的基礎(chǔ)要求，從而能夠穩(wěn)定獲取相機圖像信息，保證機載計算機圖像處理能夠平穩(wěn)進行。（2）一般無人機操作復雜且工作量較大，需要云臺獨立承擔對目標進行跟蹤的任務，同時，大多數(shù)低成本云臺伺服均選用 PID 控制器，實時性與穩(wěn)定性較差。因此需要設(shè)計獨立于無人機的云臺伺服跟蹤控制器，以相機作為視覺反饋器，通過上位機搭載的視覺目標跟蹤算法來獲取目標在圖像中的坐標點，輸入到性能較

【參考文獻】：
期刊論文
[1]機器人視覺伺服控制研究進展與挑戰(zhàn)[J]. 楊月全,秦瑞康,李福東,曹志強,季濤,張?zhí)炱?  鄭州大學學報(理學版). 2018(02)
[2]基于四元數(shù)改進型互補濾波的MEMS姿態(tài)解算[J]. 陳孟元,謝義建,陳躍東.  電子測量與儀器學報. 2015(09)
[3]基于卡爾曼濾波的無人機姿態(tài)測量研究[J]. 袁亮,楚仕彬.  組合機床與自動化加工技術(shù). 2015(07)
[4]無人機微型姿態(tài)航向系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理[J]. 宋英麟,鮮斌,茹濱超,曹美會.  中南大學學報(自然科學版). 2013(S2)
[5]一種目標跟蹤中的模糊核直方圖[J]. 文志強,蔡自興.  高技術(shù)通訊. 2009(02)
[6]基于四元數(shù)法的捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的姿態(tài)解算[J]. 張榮輝,賈宏光,陳濤,張躍.  光學精密工程. 2008(10)
[7]基于低成本磁場和MEMS慣性傳感器的姿態(tài)測定系統(tǒng)（英文）[J]. 楊克虎,史英桂,姬靖,郭建軍,郁文生.  中國慣性技術(shù)學報. 2008(05)
[8]卡爾曼濾波計算方法研究進展[J]. 張友民,戴冠中,張洪才.  控制理論與應用. 1995(05)

碩士論文
[1]高精度伺服云臺的機械結(jié)構(gòu)與控制系統(tǒng)研究[D]. 富曉杰.浙江大學 2014
[2]基于Mean Shift算法的目標跟蹤在安防系統(tǒng)中的應用[D]. 程婷.長安大學 2011



本文編號：3306522