光电成像制导中地面运动目标检测与跟踪

地面运动目标的自动检测与跟踪是对地精确打击光电成像制导中的核心任务。针对地面运动目标自动检测问题,提出了由粗到精的迭代全局运动补偿算法以补偿动平台引起的背景图像像素位移,基于变化能量测度的独立运动目标检测算法以及基于三帧序列图像的运动目标定位算法。针对地面运动目标跟踪问题,提出了融合运动特征和灰度直方图特征的粒子滤波器目标跟踪算法,实现可靠、稳定跟踪地面运动目标。利用实际航拍视频进行算法验证实验,比较了基于傅里叶-梅林变换 (Fourier-Mellin transform, FMT)、Kanade-Lucas-Tomasi (KLT) 特征跟踪、Harris角点和迭代全局运动补偿算法,验证了基于变化能量测度的独立运动目标检测算法和融合多特征的粒子滤波器跟踪算法的有效性。     

一种视频对象生成方法的研究与实现

提出了一种视频对象的自动生成方法。首先对当前帧进行全局运动估计和补偿 ,并和上一帧进行差分运算 ,然后采用模糊分类器自动检测出运动区域 ,再结合边界特征形成视频对象的二进制模型并生成视频对象。实验结果表明 ,该方法能有效地生成视频对象 ,具有较强的鲁棒性     

模块化自重构机器人变形算法的仿真研究

自重构机器人是一个由众多模块组成的非线性复杂系统,非线性造成的计算复杂性使得传统的控制算法难以解决机器人的运动和变形规划问题。我们提出了一种全离散变形方法,针对不同的系统和不同的任务建立不同的模块运动规则,再由模块根据局部感知信息和相应的运动规则同步运动来获得合理的运动序列,实现全局变形。这可以大大简化自重构机器人变形的复杂性,简化变形步骤,并且实现自重构机器人的自组织变形。本文建立了仿真平台对几个典型的2维系统的变形算法问题进行了研究和验证。     

基于运动结构图的无人机序列影像三维重建

无人机序列影像具有重叠度高、拓扑联系强的特点。针对现有增量式三维重建算法在处理大规模无人机影像时效率低、输出不稳定的问题，提出基于运动结构图的无人机序列影像三维重建方法。顾及地理位置信息与IMU(Inertial measurement unit) 数据建立图像索引集，提高图像匹配效率，并使用随机抽样一致性算法计算相对运动；使用运动结构图表示影像之间的“ 关联”，采用闭环检测剔除错误边；借助李代数与李群的映射关系， 融合1 L 范式与M 估计一次性求解影像全局运动，期间只进行一次光束法平差，降低了计算复杂度。实验验证本文方法在效率和效果上得到了提高。     

基于噪声特征参数估计的视频运动区域自动提取

视频运动区域的自动提取是视频对象生成的关键。提出了一种视频运动区域的自动提取方法 ,首先对当前视频帧进行全局运动估计和补偿 ,并和上一帧进行差分运算 ,然后通过估计噪声特征参数自适应地滤除噪声 ,从而提取出运动区域。与传统的差分方法相比 ,该方法具有更强的鲁棒性和精确性。实验结果表明了该方法的有效性。     

基于先验信息的多假设模型中断航迹关联算法

针对经典的中断航迹关联算法在机动目标环境下航迹预测准确性差、关联效果恶化严重的问题,提出基于先验信息的多假设运动模型中断航迹关联算法。所提算法充分利用目标属性、目标运动特征、使用场景等先验信息,基于多假设思想,建立多种可能的目标运动模型并实施航迹预测,基于位置和速度信息的模糊相关函数描述预测航迹与新起始航迹的模糊匹配关系,最后基于多项式拟合原理连接满足关联关系的新、老航迹。经仿真验证,在中断区间目标发生机动运动的条件下,所提算法的关联效果相对于经典的中断航迹关联算法有显著提升。所提算法对于复杂环境具有较强的适应能力,经50次蒙特卡罗仿真,在中断时间小于18个滤波周期条件下,机动目标的平均正确关联率达到90%以上,机动环境的全局关联正确率达到85%以上。     

基于鲁棒统计量的运动检测与目标跟踪策略

提出了一种基于鲁棒统计量的运动检测方法。该方法通过对全局运动的鲁棒估计和对残差进行假设检验的方法来检测运动物体区域。为了消除遮挡效应的影响,提高算法的精度,在检测过程中,利用双向运动估计的方法来对残差进行归一化。在此基础上,提出了一种鲁棒主动轮廓模型,用于跟踪运动物体轮廓,并采用LevelSet方法对该模型进行求解。实际视频的实验结果表明,该方法能够可靠、准确的检测与跟踪运动物体。     

基于多参量模型的全局运动估计算法

提出了一种基于特征点匹配的视频序列多参量运动估计算法,即将初始特征点域,进行梯度方向上的极坐标变换,并依据正交特征,作方向轴上的一维投影,构建出新的特征曲线,从而将孤立的特征点匹配转化成特征曲线相关.依据曲线的相关性,完成特征点对的匹配,最后使用最小二乘解算平移、旋转、缩放等变换参量.实验结果表明:算法的特征点误匹配率<5%,缩放误差<0.1%,平移误差<0.1像素;各参量估计范围:缩放因子s:0.7130°,平移参量|d|>35.算法在保证了高精度的同时,具有更为宽松的使用条件及适用性.     

一种VOP生成技术的研究与实现

视频对象平面(Video Object Plane,VOP)的生成是基于对象的编码技术以及基于图像内容的操作的基础。提出了以对象运动特征，在2D+T三维空间进行图像分割的VOP生成技术，特别是在摄像机运动的动态场景中，以全局运动估计技术补偿摄像机的运动，同时以边缘图像与差分图像进行匹配，克服对象高速运动时背景的遮拦与显露造成的影响，准确地生成VOP图像。针对真实场景的实际处理结果表明该算法是成功的。     

基于运动信息和相位一致性的运动目标提取

提出一种新的时空结合的运动目标分割方法。该算法首先在累积帧差图像上使用改进的高阶统计(HOS)算法检测出运动区域,用最大连通区域表示初始运动目标模板,利用基于Log-Gabor复小波变换的相位一致性边缘检测算法提取出每一帧的单边缘信息,结合初始运动模板与空域边缘图像得到更精确的运动目标模板,最后结合原图像分割出运动对象。实验结果表明该算法能从对比度较小和噪声较大的视频序列中精确地提取出运动目标,且不受光照变化的影响。     

改进A*算法的机器人能耗最优路径规划方法

为了降低移动机器人在运动过程中的能耗, 提高在能源补给有限时的任务执行率, 提出了一种改进A^*算法的机器人能耗最优路径规划方法。首先, 根据四轮差速驱动移动机器人的运动学约束, 建立了其运动的能耗模型。然后, 根据起始状态和目标状态约束求解生成运动基元, 采用能耗模型计算运动基元的能耗值, 构建了能耗运动基元集。其次, 基于传统A^*算法, 改进提出了一种能耗最优路径规划方法, 该方法在规划进程中以能耗运动基元集中定义的节点之间的连接关系进行节点扩展, 而以能耗值作为节点之间的通行成本, 从而保证获得一条全局能耗最优路径。最后, 离线地图仿真测试和机器人实验结果表明所生成的路径总能耗可降低约28.24%, 从而验证了算法的有效性。     

基于粒子群算法的开关系统最优控制问题的数值算法

针对开关系统,给出了数学模型并引出了其最优控制问题,提出开关系统最优控制问题的加权粒子群算法,给出了相关的推理过程及算法步骤。加权粒子群算法不必找出支付泛函关于时间的显式表达,就可以找到其最优解,同样适用于其子系统为非线性的情形。分析了粒子群算法快速全局优化的特点,说明该算法能找到优化问题的全局最优解。以开关动态系统和一般开关线性二次问题的数值算例验证了该方法的有效性。     

一种基于变形模板的椭圆跟踪算法

给出一种新的基于活动轮廓与光流约束的椭圆跟踪算法。椭圆变形模板在引入对目标模型严格的全局约束的同时,降低了计算复杂度;基于模型的光流技术被用于提取目标的运动信息并引导轮廓的变形;借助扩展Kalman(EKF)滤波器有机组合目标的形状与运动信息;最后利用光流测量方程给出的误差测度及EKF给出的估计方差对虚假样本点作出判断与舍弃,从而保证对图像噪声、遮挡及伪边缘具有较强的克服能力。算法除可用于跟踪刚体运动之外,也可用于非刚体(例如人头)运动的跟踪。计算实例表明了算法的有效性。     

基于高分辨距离像的目标姿态角估计算法

目标的姿态角是目标运动状态的一个重要参数,在目标监控、目标跟踪、目标识别、导弹制导律设计等多个领域都有着很广泛的应用。不同于传统的利用图像传感器得到光学图像估计目标姿态角的方法,针对有翼导弹等弹体目标跟踪应用中的姿态角估计问题,利用高分辨雷达得到的距离像,给出了姿态角估计的流程,提出了基于距离像匹配及运动状态滤波辅助的估计算法,并针对一个导弹末端机动场景实现了姿态角的连续跟踪,验证了本文提出的姿态角估计算法的可行性。     

修正的垂直航向运动补偿算法

机载毫米波高分辨合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)对运动补偿的精度要求很高。当前运动补偿算法在运动误差或斜视角大时对毫米波高分辨斜视SAR垂直航向运动误差补偿效果不明显。文中提出了一种修正的垂直航向运动补偿算法,通过先补偿包络和相位,然后产生一个附加的沿航向速度, 该附加沿航向速度和原始的沿航向运动误差一起补偿。毫米波高分辨斜视SAR仿真结果表明,所提方法在30°斜视角时仍能较好补偿垂直航向运动误差,补偿效果显著优于已有算法, 实测数据成像结果也进一步验证了所提方法的正确性和有效性。     

一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法

为了解决传统空时自适应处理方法由于独立同分布训练样本不足无法有效抑制机载面阵雷达非均匀杂波的问题,提出了一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法。该方法首先通过雷达系统和载机平台运动参数先验知识构造杂波表示基矩阵,然后基于协方差矩阵匹配估计准则分别估计待检测单元的杂波空域和时域功率谱,接着按照线性约束最小方差准则计算待检测单元的空域和时域部分权向量,最后再结合杂波参数化模型和得到的空域和时域部分权向量计算空时滤波权向量用于处理待检测单元回波数据。该方法不需要训练样本,不需人为设置超参数,具有全局收敛性,即使存在距离模糊也可以有效地抑制机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真实验说明了本文方法的有效性。     

一种新的自主移动机器人主动式SLAM算法

针对未知环境中运动的自主移动机器人的控制律与运动路径需要在同时定位与地图创建过程中同步产生的问题,提出了运用行为动力学与滚动窗口路径规划的同时定位与地图创建方法。应用行为动力学模型计算机器人运动速度和导航角,确定控制律,同时根据滚动窗口中信息进行定位与地图创建,并自主规划出可行路径,再将滚动窗口地图融合到全局地图中,实现机器人主动式同时定位与地图创建。仿真实验表明,在根据机器人任务而灵活设置单个或多个目标点的情况下,该方法能够实现机器人在自主运动的过程中有效地完成同时定位与地图创建任务,并通过相关性能指标验证了算法的有效性。     

一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法

为了解决传统空时自适应处理方法由于独立同分布训练样本不足无法有效抑制机载面阵雷达非均匀杂波的问题,提出了一种迭代可分离的机载面阵雷达杂波抑制方法。该方法首先通过雷达系统和载机平台运动参数先验知识构造杂波表示基矩阵,然后基于协方差矩阵匹配估计准则分别估计待检测单元的杂波空域和时域功率谱,接着按照线性约束最小方差准则计算待检测单元的空域和时域部分权向量,最后再结合杂波参数化模型和得到的空域和时域部分权向量计算空时滤波权向量用于处理待检测单元回波数据。该方法不需要训练样本,不需人为设置超参数,具有全局收敛性,即使存在距离模糊也可以有效地抑制机载面阵雷达回波数据中的非均匀杂波。仿真实验说明了本文方法的有效性。     

基于局部搜索OMP的网格失配STAP算法

针对稀疏恢复空时自适应处理(space-time adaptive processing, STAP)存在网格失配时,造成稀疏恢复STAP的性能下降这一问题,提出一种基于局部搜索正交匹配追踪算法。该算法首先从全局STAP完备字典中选择与杂波相匹配的全局网格点;然后以选出的全局网格点为中心,以全局完备STAP字典的空时频率间隔为区域,构建局部STAP字典,并从中选择与杂波最匹配的局部网格点;最后得到杂波的角度多普勒像和修正的STAP字典。仿真结果表明,所提的算法能够选择与真实杂波脊相匹配的网格点,从而提高了稀疏恢复STAP技术的性能。     

A one-parameter filled function for nonsmooth global optimization and its application

This paper presents a modified definition of the filled function for finding a global minimizer of a nonsmooth function on a closed bounded set, and then give a one-parameter filled function. Theoretical and numerical properties of the proposed filled function are investigated and a corresponding solution algorithm is proposed. The proposed filled function’s parameter is easier to be appropriately chosen than previous functions in literatures. Numerical results obtained indicate the efficiency of the proposed filled function method. An improved fingerprint recognition method using global filled function is also reported.