自动经纬仪跟踪测量中运动目标的跟踪算法设计

摘要

自动经纬仪在航空,军事,及生活中有着广泛的应用。随着自动经纬仪的发展,针对某一特定领域适用的,性价比高的自动经纬仪成为目前研究的重点。本文针对自动经纬仪对气象气球的跟踪,实现了自动经纬仪自动跟踪系统中的图像处理算法。具体主要进行了以下几方面的工作:首先,开发了序列视频图像的实时采集系统。论文分析了软件实现视频采集的几种方案,为了能够复用大多数程序,降低开发难度,课题采用了一种基于VFW的视频采集方案。在VC6.0平台下实现了实时图像的采集,并通过使用回调函数使图像能够被实时处理。其次,在对跟踪目标及背景特征分析的基础上,将整个系统分为四个状态:搜索捕获状态,跟踪状态,记忆跟踪状态,人工干预状态。分别设计了每种状态下目标的自动检测,识别算法。论文主要对搜索捕获与跟踪状态下的检测,识别算法进行了设计和实验。搜索捕获状态下采用背景差分与圆形度判断相结合的方式检测与识别目标。跟踪状态下采用灰度模板相关匹配实现目标的检测与识别,并为近距离跟踪设计了“形心区域模板”,为远距离跟踪设计了“全目标模板”来实现匹配。为了提高系统的实时性,在跟踪状态下采用预测来限定匹配范围。最后,在VC平台下对所设计的算法进行了模拟实验,分析比较了实验结果,实验结果表明,搜索捕获状态下的算法能将具有一定圆形度的目标检测识别出来,算法是可行有效的。跟踪状态下,远距离与近距离跟踪时的检测识别算法都具有可行性。系统处理一帧图像的时间大约为0.9s,能满足课题的要求。整个算法达到课题的预期结果。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 课题的研究背景与意义

1.1.1 自动经纬仪国外研究成果

1.1.2 自动经纬仪国内研究成果

1.1.3 图像跟踪的研究现状

1.2 自动经纬仪工作原理

1.3 自动经纬仪跟踪系统的发展方向

1.4 课题目的

1.5 课题的主要研究工作

第二章 算法设计

2.1 检测，识别算法

2.2 跟踪算法

2.3 算法设计

2.3.1 目标及背景特征

2.3.2 系统工作状态分析

2.3.3 目标检测识别、跟踪算法设计

2.3.4 系统实时性及健壮性方案

2.4 本章小结

第三章 视频采集系统的开发

3.1 视频采集系统开发

3.1.1 常用的软件采集方式

3.1.2 Video For Windows 的主要功能

3.1.3 AVIcap 窗口类函数

3.2 视频捕获开发流程

3.2.1 用AVIcap 窗口类函数实现视频捕获

3.2.2 其他的AVIcap 窗口类函数

3.2.3 开发的采集窗口示例

3.3 图像预处理

3.3.1 图像格式

3.3.2 图像灰度化

3.3.3 去噪声

3.3.4 边缘检测

3.3.5 二值化处理

3.4 本章小结

第四章 运动目标检测识别算法实现

4.1 搜索捕获状态下目标检测

4.1.1 背景差分检测运动物体

4.2 搜索捕获状态下目标识别

4.2.1 区域标记

4.2.2 目标特征参数

4.2.3 实验结果

4.3 跟踪状态目标识别

4.3.1 匹配算法

4.3.2 灰度模板的提取

4.3.3 灰度归一化相关匹配

4.4 记忆跟踪及人工状态目标识别

4.5 本章小结

第五章 目标跟踪

5.1 跟踪测量系统基本原理

5.2 轨迹预测

5.3 匹配算法改进

5.4 跟踪结果及分析

5.4.1 实验结果

5.4.2 结果分析与改进

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 课题展望

参考文献

致谢

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