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基于视觉的船舶跟踪与三维定位技术研究与应用
| 论文题名： | 基于视觉的船舶跟踪与三维定位技术研究与应用 |
| 关键词： | 海洋船舶;双目视觉;目标跟踪;立体匹配;视差定位 |
| 摘要： | 随着对海洋资源的进一步开发和利用，海洋船舶的协同作业需求越来越迫切。在海洋协同作业中，例如:海洋平台建筑、海上铺缆，需要实现对船与船之间的位置控制，以保证其安全距离和协同作业的最佳相对位置，对目标船的跟踪及与目标船间相对位置的测算是首先要解决的问题。本文通过采用双目视觉技术实时跟踪目标船只并给出目标的三维坐标，从而为控制部分提供精确的位置传感信息。 本文的主要工作如下: 1.首先介绍了视觉测量技术的发展现状，并通过各种测量技术的对比论证了视觉技术在船舶测量领域的可行性和应用前景。 2.研究了立体视觉和双目测距的相关理论，双目测距算法可根据摄像机的摆放位置不同分为双目光轴汇聚模式和双目光轴平行模式，通过对比并结合实际实验平台最终采用了计算简单，易于实现的双目光轴平行模式的测距方法。 3.对目前主流摄像机标定方法进行了研究分析，其中张氏标定法是一种十分成熟并且得到广泛应用的方法，它在标定方法的灵活性以及准确性方面都作出了较大突破，鉴于此本文采用张氏标定法完成双目摄像机进行标定。首先采用基于OpenCV的标定程序对双目摄像机进行了标定，但是标定结果并不稳定，最后采用基于Halcon软件的标定程序获得了相对稳定的标定结果。 4.对萨里大学Zdenek Kalal的TLD(Trackiong-Learning-Detection)跟踪算法进行了深入学习和研究，该方法将跟踪、检测、学习三部分相结合，具有实时性好，鲁棒性强，可以实现长时跟踪等优点。因此本文在船舶跟踪定位系统的跟踪模块采用该算法对目标物进行跟踪，并针对具体应用对该算法进行了相关测试，该算法对目标高速运动、小角度旋转、出现部分遮挡有较强的免疫力，其中当目标旋转角度较大时，算法的稳定性会变差。 5.在立体匹配模块采用准确性高，适应性好的NCC匹配算法，但是该算法在传统应用中由于计算量大，从而导致匹配效率低。本文将跟踪模块与匹配模块相结合，跟踪模块为匹配模块提供约束条件，具体设计为:跟踪模块以目标窗口的形式给出跟踪结果，即匹配模块在跟踪结果中进行左右目匹配，同时匹配的对象——角点已提前获取，数量设定在一定范围之内，该设计使NCC算法计算量大大降低，提高了匹配的实时性和准确性。 6.最后，基于Matlab R2010b，VC++6.0和OpenCV1.0开发了船舶跟踪定位系统，通过实验证明，船舶跟踪定位系统的研究具有可行性，相比雷达、GPS，超声波、红外、激光等测距方法而言，本系统可同时完成动态目标跟踪和定位并能提供三维图像的丰富信息，具有很强推广应用价值。 |
| 作者： | 李晓飞 |
| 专业： | 控制理论与控制工程 |
| 导师： | 宋亚男 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 广东工业大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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