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四旋翼飞行器的目标跟踪研究
四旋翼无人机一般有俯仰、翻滚和偏航三种运动方式,能够实现垂直起飞和
降落、定点悬停等基本功能,并且可以根据其基本运动方式适应前飞、侧飞和倒
飞等多种飞行姿势;此外,具备飞控的无人机还有自主起飞能力,并能够根据程序
实现相应功能,从而适应多种不同的环境。通过在旋翼类无人机上搭载视觉平台,
将这种无人机应用于多种领域,目前已经广泛应用于农田探测、道路监控、军事
侦察等方面。
本文以四旋翼无人机为研究对象,对这种无人机的视觉跟踪系统进行深入的
研究设计,在研究过程中,视觉跟踪算法采用了两种,设计了无人机端和地面站端,
并在实物平台上对这个设计进行了实现。首先,本文以四旋翼无人机为研究对象,
采用KCF目标跟踪算法,对实验平台进行了设计,实验平台由以下部分组成:开源
小四轴、无人机云台、WIFI透传模块、5.8G模拟图传、Win10+QT5+Opencv3.4.0,
系统目标跟踪算法在地面站实现,采用QT+Opencv3.4.0进行地面站开发。
其次,针对无人机采集到的图像序列,将KCF目标跟踪算法引入进来,这种算
法是以卡尔曼滤波器为基础,通过在测试集上对测试结果进行分析,对于一些遮
挡以及光线变化等产生的干扰,这种算法可以有效的避免这些情况的发生。但是
通过测试也对KCF存在的缺点和不足进行了总结,主要是在航拍过程中如果物体
快速移动或相机过于抖动,导致拍摄效果较差,为了改善这种情况,将预测和修正
功能应用于KCF算法中。
最后,基于OpenCV库对地面站控制系统进行了深入的设计,为了获得像素坐
标,通过对相机坐标系、像素坐标系、图像坐标系的分析,对真实坐标进行了有效
的转换。通过搭载于正点原子开发的微型无人机的视觉平台,系统完成了对目标
的主动跟踪。
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