仿昆虫复眼结构的运动目标位置检测

论文摘要

具有复眼视觉系统的昆虫能够在空间中能够识别快速运动的目标并实现拦截,这样的运动感知系统为快速运动目标识别系统提供了生物学启示。本文以昆虫复眼的生理、物理特性以及视神经信息处理方式为理论基础,根据对具有复眼的昆虫对运动目标快速反应的运动感知能力,提出通过“感兴趣”的摄像头数目的不同组合方式,实现对360°视野范围内快速运动目标实现定位、测速的方法。论文的主要内容以及工作结论如下:1、分析了定位结构对系统定位精度的影响:当摄像头视角一定时,摄像头间夹角越小,视野范围内分辨率越高,有效距离就越大,同等有效距离内的周向分辨率和径向分辨率越高;在满足视野范围和目标距离的情况下,可以通过提高重叠度T来提高系统的定位准确度;在结构设计中就是要使用视角β大,摄像机外轮廓尺寸D小的摄像头作为传感器;摄像头间的夹角大小的奇偶性对观察到目标的有效距离以及分辨率有较大的影响;其次在获得结构参数的基础上将视野空间进行了分割,采用空间点集合来表征某空间区域。2、通过仿真模拟获得表示目标运动特征的视频,Matlab对视频的帧图像进行运动检测处理,采用矩阵存储获得的处理信息;其次将包含目标位置特征的矩阵与空间位置结合的一一对应,通过矩阵与空间点集合的矩阵计算,得到目标位置。仿真视频图像的处理获得的目标定位与预设轨迹进行比较可知:通过不同视野重叠度的比较可以发现,视野重叠度越高的系统获得的目标运动轨迹与模拟轨迹差异越小。3、通过Matlab软件实现了对两摄像头对空间的监视控制以及空间环境中的目标的实现运动检测获得表示目标位置特征的矩阵;通过单目和双目标定的方法为摄像机阵列的标定提供了系统标定的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 仿复眼视觉系统研究现状
• 1.3 本文创新点及研究内容
• 第二章 仿生复眼视觉系统设计理论
• 2.1 昆虫复眼生理和物理特性简介
• 2.1.1 复眼的结构和光学特性
• 2.1.2 复眼的分类及成像特点
• 2.1.3 复眼的视觉神经系统的信息处理
• 2.2 仿生复眼视觉系统构成
• 2.3 仿生复眼视觉系统的工作原理
• 2.3.1 仿复眼视觉系统理论基础
• 2.3.2 空间位置的规划方法
• 2.3.3 系统参数与定位精度间的关系
• 2.3.4 系统结构参数的选择要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 定位方法的模拟和定位算法实现
• 3.1 引言
• 3.2 运动的仿真模拟及定位过程
• 3.2.1 仿真模拟系统的参数
• 3.2.2 仿真视频图像信号的处理
• 3.2.3 目标矩阵的处理
• 3.2.4 运动目标的定位和测速
• 3.2.5 仿真模拟结果
• 3.3 本章小结
• 第四章 数字图像处理及算法
• 4.1 图像的数字化表示
• 4.2 二值化
• 4.2.1 全局阈值二值化
• 4.2.2 局部阈值二值化
• 4.3 空间滤波
• 4.3.1 邻域法
• 4.3.2 中值滤波法
• 4.4 运动目标检测方法
• 4.4.1 背景减除法
• 4.4.2 时间差分法
• 4.4.3 光流法
• 4.4.4 运动目标检测结果
• 4.5 边缘检测
• 4.5.1 Robert 检测算子
• 4.5.2 Prewitt 检测算子
• 4.5.3 Canny 检测算子
• 4.6 彩色空间
• 4.6.1 基于灰度图像的转化分割
• 4.6.2 YCrCb色彩空间与 RGB 之间的转换
• 4.7 本章小结
• 第五章 硬件系统的实现与标定
• 5.1 摄像头和PC 机系统的硬件连接
• 5.1.1 获取摄像头属性
• 5.1.2 实现对摄像头视频的获取和控制
• 5.1.3 控制软件界面设计
• 5.2 摄像头阵列的定位
• 5.3 仿生复眼视觉系统的标定
• 5.3.1 摄像机标定的分类
• 5.3.2 摄像机模型
• 5.3.3 基于Harris 算法的角点提取
• 5.3.4 单目摄像机标定过程
• 5.3.5 双目摄像机标定
• 5.4 本章总结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 本文内容的总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文