火箭橇弹射试验中的目标识别与跟踪

摘要

弹射座椅是战斗机中重要的救生设备，现代化战争的高速高机动的战场环境对弹射座椅提出了更高的要求，国际上多使用火箭橇来测试弹射座椅，这是一种以火箭为动力的地面轨道滑车，滑行过程最高可以超过两倍音速以模拟高速飞行的环境。在此过程中飞行员假人弹出。为了更好地分析整个实验过程，需要对全过程进行高清拍摄。现阶段的拍摄多采用人工跟踪，由于人的反应速度和现场音爆的影响，人工跟踪拍摄往往会出现抖动以及跟丢目标的情况。为了使跟踪过程更加流畅稳定，本文就火箭橇弹射实验中的自动跟踪问题进行了研究，主要从算法和硬件两个方面来展开。
　　算法方面将整个实验过程分为火箭橇加速运行、飞行员假人弹出、假人与座椅分离以及稳降阶段四个过程。利用弹射试验的视频为研究对象，针对不同阶段产生的问题提出了解决方案，实现了火箭橇的跟踪、飞行员假人弹射检测以及假人座椅分离检测，跟踪过程主要采用了Camshift算法。
　　硬件方面通过试验场的真实背景来制作背景墙，采用反射投影的方法，利用转台上的反射镜将投影仪中的影像投射到背景墙上从而完成了对火箭橇运动过程的模拟。在跟踪系统方面，使用USB摄像头采集图像传输给上位机，USB摄像头安装在跟踪转台上，上位机利用OpenCV计算目标偏移值再通过虚拟串口发送给STM32，由STM32通过发送不同频率的脉冲控制跟踪转台保持对目标的跟踪。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1．研究背景

1．2．国内外研究现状

1．3．火箭橇试验过程

1．4．开发环境介绍

1．5．论文结构

第二章 图像预处理

2．1．图像的去噪

2．2．颜色空间

2．3．反向投影

2．4．形态学滤波

2．4．1．二值图像的腐蚀和膨胀

2．4．2．形态学开操作与闭操作

2．5．本章小结

第三章 常用的目标检测与跟踪算法

3．1．帧间差分法

3．2．背景差分法

3．3．光流法

3．4．颜色直方图

3．5．模板匹配

3．6．机器学习

3．7．Meanshift算法

3．8．Camshift算法

3．9．本章小结

第四章 软件实现

4．1．OpenCV操作环境配置

4．2．火箭橇检测与跟踪

4．3．飞行员检测与跟踪

4．4．飞行员与弹射座椅分离检测跟踪

4．5．本章小结

第五章 硬件实验平台

5．1．STM32微处理器

5．2．STM32与上位机通信

5．2．1．打开串口

5．2．2．配置串口

5．2．3．读写串口

5．2．4．关闭串口

5．2．5．STM32虚拟串口实现

5．3．实验数据存储

5．3．1．SD卡底层读写

5．3．2．FAT文件系统

5．4．CKD转台

5．4．1．转台参数

5．4．2．驱动控制

5．5．PID控制

5．6．本章小结

第六章 火箭橇跟踪模拟实验

6．1．实验平台搭建

6．2．跟踪算法

6．3．投影速度控制

6．4．火箭橇模拟跟踪实验

6．5．本章小结

第七章 总结与展望

7．1．本文的主要工作总结

7．2．对未来工作的展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文

附录