论文题目: 高速视频中运动目标姿态自动判读方法的研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学工程
作者: 张昊
导师: 郁道银,黄战华
关键词: 姿态自动判读,运动参数估计,角点跟踪,鲁棒估计,轮廓配准,差分进化
文献来源: 天津大学
发表年度: 2005
论文摘要: 某兵器实验基地使用高速电视光测系统测量多种导弹和无人机的姿态。姿态参数包括空间姿态和单站姿态。空间姿态是指中轴线的俯仰角和偏航角,测量误差不超过1o;单站姿态是光测系统拍摄的单站高速视频中目标平面中轴线方程,设计要求平面中轴线的倾角误差不大于0.5o,截距误差不大于0.5个像素。本文的主要任务是设计事后姿态判读软件,实现单站姿态的自动判读,再利用“中轴法”交汇计算空间姿态。本文的主要创新点包括:1、提出通过计算无人机和导弹的二维运动参数,实现单站姿态自动判读。先手工建立初始时刻的目标中轴线方程,再利用运动视觉分析的方法计算目标的运动参数,进而推算出后继时刻的目标中轴方程。2、通过光流分析方法计算目标运动参数。提出基于角点跟踪的运动参数鲁棒估计算法。利用基于卡尔曼滤波的KLT角点跟踪算法,得到相邻图像间物体上角点的对应关系。再通过RANSAC算法排除错误的角点匹配,并利用余下的角点对应关系,使用最小二乘法计算运动参数。3、用贝叶斯滤波方法求解运动参数估计问题。提出基于Condensation算法的运动参数估计方法。以运动参数为测量向量,当前时刻和上一时刻的运动参数为系统状态向量。对初始段的无人机,建立线性的系统方程和测量方程。使用轮廓模型与边缘点的相似性测度来评价状态向量的后验概率,并通过距离变换提高计算效率。4、利用轮廓配准算法求运动参数。提出“Condensation+DE(差分进化)”运动参数估计算法。将Condensation算法的“粒子”分布空间作为轮廓配准的搜索空间,使用差分进化法求解轮廓配准中的全局最优化问题。从另一个角度,也可以认为该方法将Condensation的状态向量后验估计问题转化成一个最优化问题,并使用差分进化法求解,可以克服Condensation的退化问题,降低对系统方程准确性的要求,提高计算的可靠性和精度。本文的研究成果-目标姿态自动判读软件,已通过有关单位验收并交付使用。在实际应用中取得了满意的效果。
论文目录:
中文摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 GS-1303 高速电视测量系统
1.3 研究目的
1.3.1 空间姿态与单站姿态
1.3.2 刚体运动模型与单站姿态自动判读
1.4 运动视觉分析与运动参数估计方法概述
1.4.1 基于光流的运动分析
1.4.2 基于贝叶斯滤波的运动分析
1.4.3 基于图像配准的运动分析
1.5 全文内容安排
第二章 光流计算与特征点跟踪
2.1 光流分析与光流方程
2.2 基于梯度的光流计算
2.3 光流计算实验
2.4 特征点光流
2.4.1 特征点的选取
2.4.2 KLT 角点跟踪
2.5 基于卡尔曼滤波的KLT 角点跟踪
2.6 本章小结
第三章 运动参数的鲁棒估计
3.1 最小二乘估计(LS)
3.2 鲁棒估计方法
3.2.1 M 估计
3.2.2 最小平方中值
3.2.3 RANSAC 算法
3.2.4 “RANSAC+LS”
3.3 “RANSAC+LS”姿态估计仿真与精度分析
3.4 基于角点跟踪的运动参数鲁棒估计算法
3.4.1 攻击段无人机中轴线方程自动判读实验
3.5 本章小结
第四章 粒子滤波与运动参数估计
4.1 贝叶斯滤波
4.2 卡尔曼滤波
4.2.1 卡尔曼滤波与扩展卡尔曼滤波
4.2.2 UKF
4.3 粒子滤波
4.3.1 序贯重要性采样
4.3.2 重采样
4.3.3 Condensation 算法
4.3.4 UPF
4.4 基于Condensation 算法的运动参数估计
4.4.1 系统方程与测量方程
4.4.2 粒子权重与相似性测度
4.4.3 仿真实验与精度分析
4.4.4 初始段无人机中轴线方程自动判读实验
4.4.5 算法的缺陷
4.5 本章小结
第五章 轮廓配准与进化计算
5.1 轮廓配准
5.1.1 特征空间
5.1.2 相似性测度
5.1.3 搜索空间
5.1.4 搜索策略
5.2 进化计算与遗传算法
5.2.1 遗传算法(GA)
5.2.2 基于GA 的点模式匹配仿真
5.3 群智能与粒子群优化
5.3.1 粒子群优化(PSO)
5.3.2 基于PSO 的点模式匹配仿真
5.4 差分进化(DE)
5.4.1 基于DE 的点模式匹配仿真
5.4.2 GA、PSO、DE 的比较与分析
5.5 基于“Condensation+DE”的运动参数估计
5.5.1 “Condensation+DE”
5.5.2 初始段导弹中轴线方程自动判读实验
5.6 本章小结
第六章 全文总结与展望
参考文献
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢
发布时间: 2006-05-24
参考文献
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