本文關(guān)鍵詞：機(jī)載光電平臺(tái)穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：機(jī)載光電平臺(tái)作為無(wú)人機(jī)的有效載荷,在軍用、警用、民用等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。在機(jī)載光電平臺(tái)穩(wěn)定跟蹤系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用中,暴露出一些亟待解決的問(wèn)題:長(zhǎng)時(shí)間跟蹤目標(biāo)時(shí),出現(xiàn)目標(biāo)漂移的問(wèn)題;目標(biāo)被云、樹(shù)木等遮擋,造成目標(biāo)丟失的問(wèn)題;大霧、雨雪等惡劣天氣或目標(biāo)采取偽裝措施,導(dǎo)致無(wú)法依靠圖像特征跟蹤目標(biāo)的問(wèn)題。本文針對(duì)這些實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行了研究。針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間跟蹤目標(biāo)時(shí),由于誤差累積,產(chǎn)生目標(biāo)漂移的問(wèn)題,在圖像跟蹤器中采用基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標(biāo)跟蹤算法。針對(duì)目標(biāo)容易被云、樹(shù)木等遮擋的問(wèn)題,在圖像跟蹤器中采用基于局部敏感直方圖的目標(biāo)跟蹤算法,進(jìn)行抗遮擋跟蹤。機(jī)載光電平臺(tái)的伺服系統(tǒng)與圖像跟蹤器形成閉環(huán),伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)光電平臺(tái),使其視軸始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。針對(duì)大霧、雨雪等惡劣天氣或目標(biāo)采取了偽裝措施,導(dǎo)致圖像跟蹤器無(wú)法依靠圖像特征跟蹤目標(biāo)時(shí),本文采用地理坐標(biāo)跟蹤的方法。該方法分為目標(biāo)定位和目標(biāo)引導(dǎo)兩個(gè)步驟,首先根據(jù)光電平臺(tái)的姿態(tài)信息、激光測(cè)距值和無(wú)人機(jī)的姿態(tài)信息,實(shí)時(shí)解算并存儲(chǔ)目標(biāo)的經(jīng)緯度。當(dāng)無(wú)人機(jī)位置、姿態(tài)變化后,目標(biāo)地理坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)實(shí)時(shí)解算出光電平臺(tái)應(yīng)指向的方位角和俯仰角,機(jī)載光電平臺(tái)的伺服系統(tǒng)與地理坐標(biāo)跟蹤系統(tǒng)形成閉環(huán),利用伺服系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)光電平臺(tái),使其視軸始終對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。針對(duì)地理坐標(biāo)跟蹤模式下,增加焦距,只能對(duì)主目標(biāo)(視場(chǎng)中心目標(biāo))進(jìn)行詳查,造成對(duì)次目標(biāo)(非視場(chǎng)中心目標(biāo))跑出視場(chǎng)的問(wèn)題,本文采用多目標(biāo)實(shí)時(shí)定位的方法,對(duì)可見(jiàn)光攝像機(jī)視場(chǎng)中的多個(gè)目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行定位,并在線存儲(chǔ)多個(gè)目標(biāo)的地理坐標(biāo)值,操作手對(duì)一個(gè)目標(biāo)觀察完畢后,光電平臺(tái)可自動(dòng)將下一個(gè)目標(biāo)通過(guò)地理坐標(biāo)跟蹤的方法引導(dǎo)入視場(chǎng)。本文建立了多目標(biāo)定位模型與變焦距鏡頭畸變實(shí)時(shí)校正方法,提高了目標(biāo)的定位精度。本文的主要研究成果如下:(1)傳統(tǒng)Mean-shift目標(biāo)跟蹤算法,在長(zhǎng)時(shí)間跟蹤后,容易出現(xiàn)目標(biāo)漂移。本文提出了一種基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標(biāo)跟蹤算法模型,該模型包含了目標(biāo)顏色的空間分布信息,在跟蹤過(guò)程中,如出現(xiàn)較復(fù)雜背景的干擾,該模型可以通過(guò)核密度估計(jì)繼續(xù)跟蹤未被干擾的部分。與傳統(tǒng)的Mean-shift跟蹤算法相比,在長(zhǎng)時(shí)間目標(biāo)跟蹤過(guò)程中,基于域均值粒子群優(yōu)化的均值漂移目標(biāo)跟蹤模型具有更好的跟蹤穩(wěn)定性,不易出現(xiàn)目標(biāo)漂移。(2)傳統(tǒng)局部敏感直方圖目標(biāo)跟蹤算法,在目標(biāo)被遮擋后,易發(fā)生目標(biāo)丟失。本文提出了頂層區(qū)域、子區(qū)域的概念,建立了分層局部敏感直方圖跟蹤算法模型。根據(jù)頂層模板被遮擋的情況,通過(guò)擴(kuò)大或縮小模板并調(diào)整特征更新速度,有效解決了目標(biāo)在長(zhǎng)時(shí)間被遮擋后,目標(biāo)模板被錯(cuò)誤更新的問(wèn)題。(3)建立了地理坐標(biāo)跟蹤誤差模型,并對(duì)影響主目標(biāo)(視場(chǎng)中心目標(biāo))定位精度的因素進(jìn)行了分析,地理坐標(biāo)跟蹤方法解決了單純依靠圖像跟蹤器不能在目標(biāo)特征不明顯、惡劣天氣下跟蹤目標(biāo)的問(wèn)題。推導(dǎo)了變焦距鏡頭畸變對(duì)定位精度的影響,提出了變焦距鏡頭實(shí)時(shí)畸變校正方法,有效提高了多目標(biāo)的定位精度。通過(guò)同時(shí)存儲(chǔ)多個(gè)次目標(biāo)(非視場(chǎng)中心目標(biāo))的地理坐標(biāo)值,光電平臺(tái)依次將各個(gè)目標(biāo)引導(dǎo)入視場(chǎng),有效解決了單純依靠圖像跟蹤器不能持續(xù)跟蹤可見(jiàn)光鏡頭視場(chǎng)外多個(gè)目標(biāo)的問(wèn)題,提高了光電平臺(tái)的偵察效率,滿足機(jī)載光電平臺(tái)的實(shí)際需求。通過(guò)外場(chǎng)實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了在短焦距情況下,運(yùn)用地理坐標(biāo)跟蹤方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行穩(wěn)定跟蹤是可行的。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：V279;TP391.41

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