多无人机目标接力跟踪算法研究.pdf
哈尔滨工业大学硕士学位论文
摘要
随着技术的发展,计算机视觉与无人机的结合成为了当前的一个研究热点。
从单个无人机监控视野范围有限以及对同一地面目标有长时跟踪的需求出发,
本课题设计了一种多无人机目标接力跟踪方法,通过目标检测算法与目标重识
别算法的结合实现不同无人机对于同一地面目标的识别任务,又通过单目标视
觉跟踪算法与视觉伺服控制的结合实现无人机对于地面目标的跟随任务。
首先,本课题分析常用的高性能的目标检测算法后,出于应用场景无人机
平台对高实时性的要求,设计一种基于单阶段网络架构的目标检测网络,同时
对骨干网络及检测头网络做轻量化的改进工作,大幅提升运算速度;在改进后
的网络上训练目标检测模型,并在训练过程中提升模型泛化能力;对训练后的
模型,通过精度量化、结构融合等方式,进一步提升其在推理阶段的运行速度。
接下来,本课题设计一种基于孪生网络特征提取、RPN网络筛选决策的单
目标跟踪算法,实现对目标位置的预测。在训练时引入一种空间感知采样策略,
提高跟踪算法性能。通过坐标系转换,建立图像中目标与相机的相对运动关系,
并考虑云台相机与无人机的不同模型特性,用单目标跟踪算法得到的目标框中
心点与图像中心点的偏差作为控制器输入,控制云台相机和无人机实现对目标
的跟随任务。
然后,分析现有目标重识别任务的困难,设计一个能够将目标多种尺度特
征融合的特征提取网络,提高对于目标特征的学习能力;同时引入轻量化卷积
模块,减少参数量,提高运算速度。采用Market1501和DukeMTMC-reID数据集
作为训练集跨域训练,通过AMSgrad优化器提升训练效果。
最后,通过基于实物的实验,验证了本课题中使用的目标检测、目标重识
别算法及无人机目标跟踪方法的准确性和实时性,证明了本课题涉及的多无人
机目标接力跟踪系统能够对地面目标实现检测、跟踪与重识别功能,指标上也
达到要求,并能完成无人机对目标的跟随任务。
关键词:多无人机;接力跟踪;目标检测;视觉伺服;目标重识别
-I-
哈尔滨工业大学硕士学位论文
Abstract
Withthedevelopmentoftechnology,thecombinationofcomputervisionandUAVs
hasbecomeacurrentresearchhotspot.StartingfromtheneedsofasingleUAVwith
limitedmonitoringfieldofviewandlong-timetrackingofthesamegroundtarget,this
topicdesignsamulti-UAVtargetrelaytrackingmethodtoachievetheidentificationtask
ofdifferentUAVsforthesamegroundtargetthroughthecombinationoftargetdetection
algorithmandtargetre-identificationalgorithm,andthefollowingtaskofUAVsforground
targetsthroughthecombinationofsingle-targetvisualtrackingalgorithmandvisualservo
control.
First,afteranalyzingandcomparingcommontargetdetectionalgorithms,thistopic
designsatargetdetectionnetworkbasedonasingle-stagenetworkarchitectureforthe
highreal-timerequirementsoftheapplicationscenario