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文檔簡(jiǎn)介
1、仿生魚(yú)作為具有代表性的水下潛器,與傳統(tǒng)的水下潛器相比,有更高的靈活性和更廣闊的運(yùn)用領(lǐng)域。為了研究仿生魚(yú)類(lèi)潛器的推進(jìn)原理,可以通過(guò)機(jī)器視覺(jué)的目標(biāo)跟蹤方式對(duì)仿生魚(yú)游動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤,從而得到具體的位置坐標(biāo)。本文研究了目標(biāo)跟蹤的基本原理,對(duì)比了MeanShift算法、卡爾曼濾波算法,粒子濾波算法這幾種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法,最終選取了極具代表性的無(wú)參估計(jì)的MeanShift算法作為仿生魚(yú)軌跡跟蹤的基礎(chǔ)。通過(guò)目標(biāo)區(qū)域的權(quán)值直方圖作為追蹤的特征進(jìn)行多次的
2、迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置的追蹤,計(jì)算量較小,對(duì)追蹤物體的形變、旋轉(zhuǎn)變化不敏感,在低速運(yùn)動(dòng)物體的追蹤中有很高的準(zhǔn)確性。
為了實(shí)現(xiàn)仿生魚(yú)游動(dòng)軌跡準(zhǔn)確跟蹤的目的,本文在使用MeanShift算法的基礎(chǔ)上,運(yùn)用理論和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法進(jìn)行了創(chuàng)新研究。首先,考慮到傳統(tǒng)MeanShift算法在跟蹤快速移動(dòng)物體上出現(xiàn)的不準(zhǔn)確、丟失搜索框等問(wèn)題,提出了結(jié)合運(yùn)動(dòng)估計(jì)中的菱形搜索法來(lái)改進(jìn)MeanShift算法,在跟蹤算法進(jìn)行迭代的過(guò)程中加入預(yù)測(cè)機(jī)制,優(yōu)先
3、從預(yù)測(cè)的候選區(qū)域中進(jìn)行搜索,避免了全局搜索中的繁雜過(guò)程,減少了算法的計(jì)算時(shí)間,解決了快速物體跟蹤上存在的不足。其次,本文將 MeanShift算法在 Simulink中搭建的xPC-Target平臺(tái)中運(yùn)行并進(jìn)行仿真,通過(guò)宿主機(jī)和目標(biāo)機(jī)互聯(lián)的方式解決了運(yùn)動(dòng)跟蹤中的實(shí)時(shí)性問(wèn)題,用來(lái)進(jìn)行仿生魚(yú)游動(dòng)視頻采集的相機(jī)連接在目標(biāo)機(jī)上,以 TCP/IP的連接方式將視頻信息上傳至宿主機(jī),用來(lái)進(jìn)行視頻圖像處理的程序編寫(xiě)在宿主機(jī)中,當(dāng)程序下載到目標(biāo)機(jī)上之后可
4、以獨(dú)立的進(jìn)行視頻信息的處理。最后,為了實(shí)現(xiàn)仿生魚(yú)三維游動(dòng)軌跡的跟蹤,引入了雙目視覺(jué)的方式,在進(jìn)行雙目標(biāo)定之后得到左、右相機(jī)的內(nèi)外參數(shù),再由空間三維測(cè)量中的最小二乘法,在已知空間中任一點(diǎn)在左、右相機(jī)坐標(biāo)系中坐標(biāo)的情況下,通過(guò)解齊次方程可以計(jì)算出該點(diǎn)的三維空間坐標(biāo)。
為了驗(yàn)證上述方法的可行性,運(yùn)用實(shí)驗(yàn)的方法對(duì)上述的創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了證實(shí)。
第一,在進(jìn)行傳統(tǒng)MeanShift算法和改進(jìn)后的加入運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的跟蹤方式對(duì)比跟蹤實(shí)驗(yàn)中
5、,用速度變化的仿生魚(yú)游動(dòng)視頻作為跟蹤視頻,用傳統(tǒng)的跟蹤方法和改進(jìn)后的MeanShift跟蹤算法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),可以看出改進(jìn)后的方法可以有效地解決在目標(biāo)快速移動(dòng)的時(shí)候出現(xiàn)的跟蹤不準(zhǔn)確、跟蹤框丟失的問(wèn)題,說(shuō)明改進(jìn)算法的可行性。
第二,在建立好的xPC-Target平臺(tái)中建立Simulink模型,實(shí)現(xiàn)目標(biāo)機(jī)視頻的采集和宿主機(jī)的圖像處理程序的下載,在雙機(jī)互聯(lián)的情況下使用攝像頭實(shí)時(shí)進(jìn)行仿生魚(yú)游動(dòng)視頻的采集,將采集信息上傳至宿主機(jī)后用上述的
6、改進(jìn)的MeanShift算法進(jìn)行編程,在宿主機(jī)中實(shí)時(shí)顯示仿生魚(yú)游動(dòng)的位置坐標(biāo)。將仿生魚(yú)的真實(shí)游動(dòng)軌跡和跟蹤出的軌跡進(jìn)行對(duì)比,說(shuō)明跟蹤的準(zhǔn)確性。
第三,鑒于單目相機(jī)在xPC-Target平臺(tái)中只能實(shí)現(xiàn)二維模式的目標(biāo)跟蹤,得到二維的跟蹤軌跡,為了更真實(shí)地模擬仿生魚(yú)類(lèi)的游動(dòng)軌跡,我們引入雙目相機(jī)進(jìn)行視頻采集,通過(guò)相機(jī)系中的坐標(biāo),通過(guò)最小二乘法的使用,得到軌跡中每一點(diǎn)的空間坐標(biāo),并且繪制出仿生魚(yú)游動(dòng)的三維游動(dòng)軌跡。也將仿生魚(yú)的真實(shí)三維
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