基于双目立体视觉的催泪弹智能化发射系统设计

论文摘要

×××装甲车是武警部队处置突发事件中运用最广泛的武器装备,其车载催泪弹发射系统在驱散闹事人群时起着至关重要的作用。不过由于环境复杂、人为操作不当等因素的影响,经常不能准确地将催泪弹投掷到闹事人群中。本文结合武器装备系统改进的需求背景,设计了基于双目立体视觉的催泪弹智能化发射操作系统,使×××装甲车具备自动识别、精确定位目标人群的能力,通过实时计算发射角度,保证催泪弹投掷的精确性。本文的主要工作和研究成果如下:1.介绍了双目立体视觉的基本原理,分析了摄像机标定中需要的三个重要坐标系之间以及参数之间的相互关系,根据线性和非线性模型进一步推导了各参数之间的关系和求导方法。利用Camera Calibration工具包开展了摄像机标定实验,并获得了摄像机的参数。2.比较了一次帧差法、二次帧差法等复杂背景下运动目标提取方法,并提出了一种时空域相结合的目标提取方法。该方法首先在时域利用三次帧差求交集的方法提取图像帧的运动区域,然后在空域上利用阈值分割法去除噪声,从而有效提取运动目标区域,最后通过填充处理得到完整的运动目标。仿真实验结果表明,该算法在复杂背景下具有良好的运动目标提取能力。3.研究了区域匹配的双目相机中同名点匹配方法,在此基础上实现了双目视觉系统的视差计算。利用实际获取的图像数据进行区域匹配与视差计算的验证,并根据标定获得的双目视觉系统摄像机参数计算得到了目标的距离信息。4.设计了基于双目立体视觉智能化催泪弹发射系统。介绍了该系统的图像采集、摄像机标定、目标提取、立体匹配、深度求解、误差分析和仰角计算等七个主要组成部分,实现对闹事人群的精确定位,从而提高催泪弹投掷的准确性。分析了发射系统性能、设计了发射系统工作流程、建立误差模型。实验结果表明,该系统的测距误差可达到2%以下,有效提高了现有装备的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 论文的主要工作和组织结构
• 第二章 基于双目立体视觉的测距原理及系统构成
• 2.1 引言
• 2.2 双目立体视觉测距原理
• 2.3 双目立体视觉测距分类
• 2.3.1 主动双目测距传感系统
• 2.3.2 被动双目测距传感系统
• 2.4 双目立体视觉测距系统结构
• 2.5 本章小结
• 第三章 摄像机标定技术
• 3.1 引言
• 3.2 摄像机标定中的几个坐标系
• 3.3 线性成像模型与非线性成像模型
• 3.3.1 线性成像模型
• 3.3.2 非线性成像模型
• 3.4 传统的摄像机标定方法
• 3.4.1 基于DLT 变换的摄像机标定方法
• 3.4.2 RAC 标定方法
• 3.5 标定实验
• 3.6 本章小结
• 第四章 复杂背景下运动目标提取方法
• 4.1 引言
• 4.2 图像预处理
• 4.2.1 邻域平均法
• 4.2.2 中值滤波
• 4.2.3 低通滤波
• 4.3 基于单帧的复杂背景下目标提取方法
• 4.3.1 基于减背景法的目标提取方法
• 4.3.2 基于阈值分割的目标提取方法
• 4.4 基于多帧的复杂背景下目标提取方法
• 4.4.1 基于光流法的目标提取方法
• 4.4.2 基于帧差法的目标提取算法
• 4.5 复杂背景下时空域结合的目标提取方法
• 4.5.1 基于时域的三次帧差分割法
• 4.5.2 基于空域的直方图阈值分割法
• 4.5.3 空域处理及图像填充
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于区域的立体匹配算法
• 5.1 引言
• 5.2 基于区域立体匹配方法
• 5.2.1 基于区域的立体匹配算法原理
• 5.2.2 基于区域的立体匹配实现过程
• 5.2.3 仿真实验
• 5.3 本章小结
• 第六章 催泪弹智能化发射系统设计与性能分析
• 6.1 引言
• 6.2 催泪弹智能化发射系统构成
• 6.3 系统工作流程
• 6.4 车载武器系统架构
• 6.5 双目测距模块设计
• 6.5.1 双目测距硬件设计
• 6.5.2 双目测距软件设计
• 6.6 测距与误差分析
• 6.7 仰角计算分析
• 6.8 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果