復雜大場景下的多攝像機接力目標跟蹤問題研究

課題針對復雜大場景下視覺目標跟蹤的難點和亟待解決的問題，研究多攝像機接力目標跟蹤的相關(guān)理論和算法。主要研究內(nèi)容包括運動目標分割、目標特征的選擇與提取、基于自適應分段邊界特征和自適應分塊顏色（灰度）分布特征的目標特征模型的建立、復雜場景下（目標半遮擋、遮擋、變形、強機動和光照變化等）的目標跟蹤算法、目標運動特性的經(jīng)驗模型的建立、多攝像機的空間坐標標定與轉(zhuǎn)換、攝像機運動控制模型的建立與接力區(qū)的確定、大場景下多攝像機的接力跟蹤和協(xié)同跟蹤策略以及接力區(qū)內(nèi)的時空漸進特征匹配算法。在此基礎(chǔ)上，研究和開發(fā)安保監(jiān)控多攝像機接力目標跟蹤的原型系統(tǒng)。本項目的研究成果可以應用在視覺自主導航機器人、多智能體協(xié)作、可疑目標的連續(xù)跟蹤、智能交通監(jiān)控與違章追蹤、軍事領(lǐng)域的無人駕駛飛機和車輛等實際系統(tǒng)中，這也是該類系統(tǒng)中亟待解決的一些關(guān)鍵理論和技術(shù)問題，具有重要的理論價值、實用價值和科學意義，有著廣闊的發(fā)展和應用前景。

本課題擬針對采用集中式信息融合的多傳感器多目標跟蹤系統(tǒng)提出基于最大期望算法的聯(lián)合數(shù)據(jù)配準、關(guān)聯(lián)和融合算法,以及針對采用分布式信息融合的多傳感器多目標跟蹤系統(tǒng)提出基于最大期望算法的聯(lián)合航跡配準、關(guān)聯(lián)和融合算法。傳統(tǒng)上人們一般將數(shù)據(jù)配準、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和數(shù)據(jù)融合三者分開研究，或者是將航跡配準、航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合三者分開研究，但實際上它們是相互影響的：數(shù)據(jù)配準需要正確關(guān)聯(lián)了的多傳感器數(shù)據(jù)而存在配準誤差的多傳感器數(shù)據(jù)又會增加錯誤關(guān)聯(lián)的概率，它們都會對數(shù)據(jù)融合的性能產(chǎn)生影響；同樣航跡配準需要正確關(guān)聯(lián)了的局部航跡而存在配準誤差的局部航跡又會增加錯誤關(guān)聯(lián)的概率，它們都會對航跡融合的性能產(chǎn)生影響。本課題將它們作為一個整體研究從而解決傳統(tǒng)上將它們分開研究和工程實現(xiàn)的弊端，因考慮了它們之間的相互聯(lián)系和相互影響，我們能大大提高多傳感器多目標跟蹤的精度，從而可提高軍事和民用領(lǐng)域?qū)δ繕吮O(jiān)視和跟蹤的能力。

為提高成像設(shè)備在運動中對全場景進行監(jiān)視和分析的效率和效果，課題以分布于球形表面的攝像機陣列獲得的視頻數(shù)據(jù)為對象，研究球面機器視覺模型，以新的視角- - 曲線空間中的視頻處理和分析- - 研究球面機器視覺的形成機制和基礎(chǔ)應用環(huán)節(jié)中的理論問題，以及全動態(tài)場景中目標全方位跟蹤方法。首先，研究從球形攝像機陣列獲得的高維圖像集合到球面圖像之間的數(shù)據(jù)優(yōu)化傳遞關(guān)系，建立球面視覺的形成方法和曲線空間中更具一般性的圖像處理理論和方法；進而研究成像設(shè)備運動過程中，寄生運動對成像過程的影響，提出從觀測運動中相對運動的分離方法和寄生運動的抑制方法，提出球面立體視覺的形成機制、誤差傳遞方法以及精度估計模型；在此基礎(chǔ)上研究全動態(tài)場景中目標跟蹤線索的選擇機制和描述方法以及曲線空間中連續(xù)形變目標的立體跟蹤方法。球面視覺是實現(xiàn)全動態(tài)場景監(jiān)視和連續(xù)形變目標全方位不間斷跟蹤的有效途徑。

多智能體系統(tǒng)的一致跟蹤問題是一致性問題中的一個重要研究分支，因其在衛(wèi)星編隊、傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有重要應用前景，引起了國內(nèi)外學者的廣泛研究。而在實際工程系統(tǒng)中，多智能體系統(tǒng)中的個體基于物理特性或者任務分配可能會分成不同的群,每個群中的跟隨者都跟蹤同一群中的領(lǐng)航者。因此，我們有必要研究群一致跟蹤控制問題。與一致跟蹤問題相比，群一致跟蹤控制的研究將更能揭示多智能體系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的復雜性和更符合工程實際。 本課題擬圍繞連接拓撲變化、時延、采樣、噪聲和干擾等問題，研究一階/二階積分系統(tǒng)和高階系統(tǒng)的群一致跟蹤控制問題, 具體研究內(nèi)容包括建立一套規(guī)范的建模理論和方法；圍繞著群一致跟蹤問題的可解性、群一致跟蹤的條件和群一致跟蹤協(xié)議設(shè)計建立群一致跟蹤控制理論；解決系統(tǒng)參數(shù)、時延、采樣周期的計算和優(yōu)化問題；群一致性跟蹤控制理論在機器人仿真系統(tǒng)中的驗證。最終，形成一套完整的多智能體系統(tǒng)群跟蹤控制理論體。