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水下目标探测跟踪系统相当于自主水下机器人的眼睛,是水下机器人能在水下自主活动不可或缺的一部分。一个准确可靠、实时性较好的探测跟踪系统对能否顺利开展水下工作起着至关重要的作用,对促进我国的海洋保护与开发事业也有很重要的现实意义。本论文着重研究了声呐图像处理技术、目标的特征提取技术、目标跟踪技术、实时多任务VxWorks操作系统的相关知识。设计了一个可靠性高实时性强的声探测跟踪系统,通过这个系统可以将水下机器人的其他模块全部串联起来,配合其他模块完成交给水下自主机器人的各种复杂任务。本系统主要包括四个部分:声呐图像预处理、运动目标检测与特征提取、目标跟踪、探测跟踪系统的硬件平台及软件架构。首先,本文对声呐接收的回波数据进行处理,经过坐标变换、通过编程实现对图像的显示,图像增强与中值滤波对图像平滑等过程实现对声呐图像预处理,为后续的目标检测做好了充分的准备。其次,在运动目标检测与特征提取过程中,通过分析声呐图像的一系列特点,选用了聚类分割和变框扫描结合的方法对运动目标进行检测。然后分析了声呐图像中目标的特征及在目标运动过程中目标特征的变化,对目标的不变矩特征进行提取实验,同时构造出了用于前视声呐图像特征提取的类Haar特征,并利用类Haar特征的声呐图像进行特征提取实验,通过实验验证了本文构造的特征提取方法的有效性和易用特征,提高了目标检测过程中的可靠性。再次,在运动目标跟踪部分,由于目标一直在运动导致图像数据中的目标特征不稳定,反映在声呐各帧图像中目标的形状发生了较大的变化。对比了面积特征与类Haar特征的特征组合和多特征信息融合分别与粒子滤波算法结合进行跟踪实验的结果,分析了传统的跟踪算法变形模板和粒子滤波算法相结合的跟踪方法与粒子滤波和多特征信息融合相结合的跟踪算法的优缺点,选用粒子滤波与多特征信息融合相结合的算法作为本系统的跟踪算法,完成了对水下目标的准确跟踪。最后,在声探测跟踪软件架构部分,对系统进行了初始化工作,不但运用VxWorks的多线程机制、实时多任务功能、网络通信功能,并在Tornado交叉开发环境下设计了利用串口接收数据的数据接收模块,又开发了数据处理模块,最后设计了TCP模块,在TCP模块中利用socket网络编程接口实现了此系统与主控机的双向通信。