无人机自主着舰视觉系统光谱波段确定及搜索策略研究

论文摘要

为了实现无人机全天候自主精确着舰,提出了以GPS/捷联惯导结合高度表作为无人机的主导航系统,基于舰船跑道上自控发射红外光的合作目标和计算机视觉/捷联惯导结合高度表为辅的无人机自主着舰新技术,即在跑道上放置合作目标,通过螺旋搜索策略对目标可能存在的区域进行无缝搜索,再利用计算机视觉对合作目标进行识别,最终实现无人机自主精确着舰导引。首先通过分析可见光和红外辐射的特性,从理论上初步确定了红外波段中的8～1 2μm为无人机机载视觉系统的对应波段,接着对可见光与红外视觉系统从成像质量的角度进行对比实验验证,为了量化评价成像质量,提出了基于图像边缘灰度变化率的量化指标,不同能见度不同加热温度下的可见光与红外合作目标成像质量对比实验表明红外成像质量比可见光好。针对捷联惯导系统存在累积导航误差不能导引无人机到准确着舰点的不足,提出了无缝的螺旋搜索策略,并且对相关参数进行了研究,接着研究了搜索过程中的图像分割以及目标初步识别问题,其中针对课题背景下大津法对舰船红外图像分割效果不好的不足,提出了一种改进的舰船红外图像分割方法,实验表明该方法分割效果有较大改善,利用圆度来对目标进行初步识别获得了较好的识别效果。最后针对可见光相机分辨率比红外热像仪高很多,相同大小的目标在可见光图像中更容易被探测的优点,提出了另一种无人机自主着舰搜索策略方案,并进行了初步研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 无人机视觉导航技术研究现状
• 1.3 论文的主要内容及创新点
• 1.3.1 论文的主要内容
• 1.3.2 论文的创新点
• 1.4 论文安排
• 第二章 无人机着舰总体方案研究
• 2.1 导航条件分析
• 2.1.1 惯性导航系统
• 2.1.2 视觉导航定位系统
• 2.2 总体方案的提出
• 2.3 本章小结
• 第三章 无人机自主着舰视觉系统光谱波段的确定
• 3.1 视觉系统光谱波段的理论分析
• 3.1.1 可见光和红外辐射特性的对比分析
• 3.1.2 红外辐射在大气中的传输
• 3.2 视觉系统光谱波段的实验验证
• 3.2.1 图像清晰度评价研究现状
• 3.2.2 基于图像边缘的图像清晰度评价算法
• 3.3 加热时不同能见度可见光与红外合作目标质量对比实验
• 3.3.1 能见度高时可见光与红外合作目标成像质量对比实验
• 3.3.2 能见度低时可见光与红外合作目标成像对比实验
• 3.4 本章小结
• 第四章 无人机自主着舰的搜索策略研究
• 4.1 搜索策略
• 4.1.1 搜索策略研究现状
• 4.1.2 螺旋搜索策略方案的提出
• 4.1.3 搜索策略应用
• 4.2 视觉着舰搜索策略的研究
• 4.2.1 红外图像预处理
• 4.2.2 目标红外图像分割
• 4.2.3 目标快捷初步识别研究
• 4.3 搜索策略的仿真验证
• 4.4 无人机自主着舰搜索策略另一方案初步研究
• 4.5 本章小结
• 第五章 全文工作总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果