基于视觉引导的多旋翼无人机地面动目标跟踪技术研究

摘要

近年来，无人机因其成本低、机动性好、飞行稳定等特点受到越来越多的关注，并且随着图像处理技术的迅速发展，除了传统的GPS导航、惯性导航，利用视觉技术来对无人机进行自主导航也是当前研究的一个热点。针对在特定区域自主跟踪特定运动目标的需求，本文以多旋翼无人机为验证平台，设计了一种基于视觉引导的多旋翼无人机室内地面移动目标跟踪系统，并进行了飞行测试。
　　本文主要研究内容和成果如下：
　　首先，依据功能需求分析，设计了多旋翼无人机地面运动目标跟踪系统的硬件设计方案，确定了视觉采集与处理模块和飞行控制模块；设计了目标跟踪总体软件系统方案，给出了视觉采集与处理模块和飞行控制模块的功能及通信协议。
　　其次，设计了基于HSV颜色特征和轮廓特征的运动目标提取及多旋翼无人机与运动目标相对位置解算算法，在此基础上，基于卡尔曼滤波算法对运动目标进行了轨迹预测，给出了一种实用的运动目标检测与轨迹预测实时算法。
　　然后，基于图像处理所获取的信息，设计了基于稀疏光流的飞行速度控制、基于灰度直方图匹配的场地边界控制以及基于运动目标位置的跟踪控制等多旋翼无人机自动飞行控制系统。
　　最后，建立了多旋翼无人机地面运动目标跟踪控制飞行试验平台，进行了速度控制、边界控制、跟踪控制等飞行试验验证，试验结果表明，本文设计的多旋翼无人机地面目标跟踪系统具有较好的实时性、快速性和稳定性，具有重要的工程应用参考价值。

目录

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注释表

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3本文的主要研究工作

第二章 多旋翼无人机地面动态目标跟踪系统架构设计

2.1 多旋翼无人机地面动态目标跟踪系统硬件系统设计

2.2 多旋翼无人机动态目标跟踪软件系统总体架构设计

2.3 本章小结

第三章 地面多运动目标检测与轨迹预测技术研究

3.1 地面运动目标图像预处理算法设计

3.2 动态背景下的多运动目标检测算法设计

3.3 运动目标与多旋翼无人机相对位置解算

3.4 基于卡尔曼滤波的运动目标轨迹预测算法设计

3.5 本章小结

第四章 多旋翼无人机地面动态目标跟踪控制系统设计

4.1 多旋翼无人机飞行原理及电机控制量分配

4.2 多旋翼无人机姿态与航向控制律设计

4.3 基于稀疏光流的多旋翼无人机速度控制系统设计

4.4 基于直方图匹配的多旋翼无人机边界检测与控制系统设计

4.5 多旋翼无人机地面动态目标跟踪控制系统设计

4.6 本章小结

第五章 多旋翼无人机地面动态目标跟踪系统试飞验证

5.1 多旋翼无人机地面动态目标跟踪系统验证平台搭建

5.2 多旋翼无人机静态性能测试

5.3 多旋翼无人机边界检测与控制试飞验证

5.4 多旋翼无人机速度控制验证

5.5 多旋翼无人机地面动态目标跟踪飞行验证

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后续工作展望

参考文献

致谢

在学期间发表的学术论文