面向回收過(guò)程的UUV動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法研究.pdf

1、由于無(wú)人水下航行器（UUV）的巨大價(jià)值，其越來(lái)越受到各個(gè)國(guó)家的重視；同時(shí)，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(jué)目標(biāo)跟蹤屬于高層次計(jì)算機(jī)視覺(jué)的研究方向，現(xiàn)已經(jīng)成為視覺(jué)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(duì)母艇背部的導(dǎo)引光源進(jìn)行視覺(jué)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(jué)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(guò)程中的單目視覺(jué)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(duì)單目視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)硬件組成進(jìn)行說(shuō)明；通過(guò)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(duì)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(duì)水下圖像預(yù)處理并提取出目標(biāo)光源。針對(duì)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(duì)水下圖像進(jìn)行空間域的增強(qiáng)處理，包括用來(lái)提高圖像對(duì)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(duì)圖像中存在的運(yùn)動(dòng)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(shí)，采用改進(jìn)的最大類間方差法對(duì)目標(biāo)光源分割，針對(duì)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(duì)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(jué)的UUV動(dòng)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(jué)跟蹤時(shí)可能存在干擾的情況；為提高視覺(jué)目標(biāo)跟蹤的準(zhǔn)確性，提出了分別對(duì)目標(biāo)區(qū)域和背景加權(quán)的Mean Shift跟蹤算法；同時(shí)，針對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)尺度變化的問(wèn)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(gè)跟蹤過(guò)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(guò)對(duì)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(duì)UUV水下回收視覺(jué)目標(biāo)跟蹤進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。利用11自由度臺(tái)架等設(shè)備進(jìn)行半實(shí)物仿真，分別設(shè)計(jì)了導(dǎo)引光源（母艇）做直線運(yùn)動(dòng)、余弦運(yùn)動(dòng)時(shí)的視覺(jué)跟蹤模擬實(shí)驗(yàn)，通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠證明本論文所述方法的