面向回收過程的UUV動目標(biāo)跟蹤方法研究.pdf

1、由于無人水下航行器（UUV）的巨大價值，其越來越受到各個國家的重視；同時，水下回收UUV的技術(shù)研究也受到人們的日益關(guān)注。而視覺目標(biāo)跟蹤屬于高層次計算機(jī)視覺的研究方向，現(xiàn)已經(jīng)成為視覺領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。本文以UUV的馱載回收方式為研究背景，在近距離回收階段，UUV利用單目攝像機(jī)對母艇背部的導(dǎo)引光源進(jìn)行視覺目標(biāo)跟蹤；由于水下環(huán)境復(fù)雜且常常伴有噪聲、干擾等狀況，因此研究基于視覺的UUV目標(biāo)跟蹤算法具有重要意義。
　　本文首先介紹了UUV馱

2、載式回收過程中的單目視覺跟蹤系統(tǒng)。根據(jù)實(shí)際情況選擇直接馱載回收方式，并對單目視覺跟蹤系統(tǒng)硬件組成進(jìn)行說明；通過利用線形目標(biāo)光源陣列，得到UUV的4自由度定位信息；分析單目攝像機(jī)在不同方位對目標(biāo)光源拍攝的圖像，得到目標(biāo)光源在世界坐標(biāo)系下的位置。其次，對水下圖像預(yù)處理并提取出目標(biāo)光源。針對存在周期噪聲的情況，利用高斯帶阻濾波器進(jìn)行頻域?yàn)V波處理；并對水下圖像進(jìn)行空間域的增強(qiáng)處理，包括用來提高圖像對比度的分段線性變換、水下圖像的平滑處理和銳化處

3、理；對圖像中存在的運(yùn)動模糊現(xiàn)象，分析退化模型并用維納濾波進(jìn)行復(fù)原處理；同時，采用改進(jìn)的最大類間方差法對目標(biāo)光源分割，針對水下圖像中出現(xiàn)偽光源的情況，采用基于貝葉斯決策的方法對其去除并提取出真正的目標(biāo)光源。再次，研究討論了基于視覺的UUV動目標(biāo)跟蹤方法。由于水下環(huán)境的復(fù)雜多變，在實(shí)際視覺跟蹤時可能存在干擾的情況；為提高視覺目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性，提出了分別對目標(biāo)區(qū)域和背景加權(quán)的Mean Shift跟蹤算法；同時，針對運(yùn)動目標(biāo)尺度變化的問題，由于

4、標(biāo)準(zhǔn)的Mean Shift跟蹤方法的核函數(shù)窗寬大小在整個跟蹤過程中保持不變，本文采用一種基于尺度自適應(yīng)的Mean Shift跟蹤方法，通過對心形目標(biāo)光源進(jìn)行中心定位，調(diào)整核函數(shù)帶寬為最優(yōu)帶寬，使得跟蹤窗口能夠隨著目標(biāo)尺度的變化而自適應(yīng)更新。最后，對UUV水下回收視覺目標(biāo)跟蹤進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用11自由度臺架等設(shè)備進(jìn)行半實(shí)物仿真，分別設(shè)計了導(dǎo)引光源（母艇）做直線運(yùn)動、余弦運(yùn)動時的視覺跟蹤模擬實(shí)驗(yàn)，通過分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠證明本論文所述方法的