导弹图像末制导中的运动目标检测与跟踪处理方法研究

论文摘要

信息化条件下的作战环境复杂多变,对精确制导武器提出了更高的要求,精确制导武器的核心是精确制导技术,它要求能够实现对目标的精确探测、识别和跟踪。本文立足于当前导弹末制导领域先进的理论成果,对图像末制导技术中的运动目标检测与跟踪处理技术进行深入的研究,论文的主要研究内容如下:首先,针对末制导的成像特点,对末制导图像的预处理方法进行分析,主要对均值滤波、中值滤波和维纳滤波等空域滤波方法的特性进行评估。此外,重点给出一种三维空间目标经透视投影后的像点运动模型,为后文跟踪方法中的扩展Kalman滤波奠定运动模型基础。其次,提出一种改进的基于相位相关的面目标检测方法。在四参数仿射模型的前提下,针对传统的相位相关与归一化相位相关算法运算速度慢的缺点,提出了一种基于图像多分辨率分解的加速算法,并使用基于模板匹配和最小二乘拟合相结合的方法获得运动补偿参数的亚像素精度估计,以此为基础,对运动补偿后的图像序列进行对称差分处理,从而检测出面目标。第三,提出一种基于特征点光流的目标跟踪方法。利用序列图像的前三帧提取运动目标区域的特征点,计算特征点的光流,并对光流进行聚类分析,建立以最小凸多边形描述的目标类及目标类曲线;使用模板匹配算法在后续的序列图像中搜寻目标类以实现目标的跟踪,在跟踪过程中根据光流矢量方向判断是否更新模板。根据给出的像点运动模型,利用特征点的卡尔曼滤波值来预估目标被遮挡中丢失的特征点位置,从而实现跟踪系统中抗机动与抗遮挡的特性。最后,设计自寻的跟踪系统,给出系统的原理框图和算法流程,并使用真实的红外与可见光序列图像对运动目标检测与跟踪算法进行系统仿真。仿真实验结果表明,本文给出的方法能够实现对运动目标的检测与跟踪,并具有一定的抗遮挡和抗机动特性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及研究目的和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的目的与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 运动目标检测方法的研究现状
• 1.2.2 运动目标跟踪方法的研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第2章 图像预处理的滤波方法与像点运动分析
• 2.1 图像预处理的滤波方法分析
• 2.1.1 均值滤波
• 2.1.2 中值滤波
• 2.1.3 维纳滤波
• 2.2 像点运动分析
• 2.2.1 相机成像模型
• 2.2.2 坐标系统变换
• 2.2.3 像点运动模型
• 2.3 本章小结
• 第3章 一种改进的基于相位相关的面目标检测方法
• 3.1 四参数仿射模型
• 3.2 基于相位相关的四参数估计
• 3.2.1 平移参数估计
• 3.2.2 旋转和比例参数估计
• 3.2.3 仿真实验与分析
• 3.3 一种改进的基于相位相关的四参数估计
• 3.3.1 基于图像多分辨率分析的快速四参数估计
• 3.3.2 四参数估计的亚像素精度优化方法
• 3.4 运动目标检测方法
• 3.4.1 全局运动补偿
• 3.4.2 图像投影及运动区域提取
• 3.5 本章小结
• 第4章 一种基于特征点光流的目标跟踪方法
• 4.1 特征点提取
• 4.2 特征光流估计
• 4.3 光流聚类
• 4.4 目标类检出
• 4.5 目标旋转与遮挡处理
• 4.5.1 目标旋转处理
• 4.5.2 目标遮挡处理
• 4.6 本章小结
• 第5章 自动寻的跟踪系统设计与仿真实验
• 5.1 自动寻的跟踪系统设计
• 5.1.1 图像末制导中的信息处理
• 5.1.2 自寻的跟踪系统算法流程
• 5.2 仿真结果与分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢