復(fù)雜大場(chǎng)景下的多攝像機(jī)接力目標(biāo)跟蹤問題研究基本信息

課題針對(duì)復(fù)雜大場(chǎng)景下視覺目標(biāo)跟蹤的難點(diǎn)和亟待解決的問題，研究多攝像機(jī)接力目標(biāo)跟蹤的相關(guān)理論和算法。主要研究內(nèi)容包括運(yùn)動(dòng)目標(biāo)分割、目標(biāo)特征的選擇與提取、基于自適應(yīng)分段邊界特征和自適應(yīng)分塊顏色（灰度）分布特征的目標(biāo)特征模型的建立、復(fù)雜場(chǎng)景下（目標(biāo)半遮擋、遮擋、變形、強(qiáng)機(jī)動(dòng)和光照變化等）的目標(biāo)跟蹤算法、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)特性的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕?、多攝像機(jī)的空間坐標(biāo)標(biāo)定與轉(zhuǎn)換、攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)控制模型的建立與接力區(qū)的確定、大場(chǎng)景下多攝像機(jī)的接力跟蹤和協(xié)同跟蹤策略以及接力區(qū)內(nèi)的時(shí)空漸進(jìn)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(jī)接力目標(biāo)跟蹤的原型系統(tǒng)。本項(xiàng)目的研究成果可以應(yīng)用在視覺自主導(dǎo)航機(jī)器人、多智能體協(xié)作、可疑目標(biāo)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(jī)和車輛等實(shí)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(jià)值、實(shí)用價(jià)值和科學(xué)意義，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景。

本課題擬針對(duì)采用集中式信息融合的多傳感器多目標(biāo)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(zhǔn)、關(guān)聯(lián)和融合算法,以及針對(duì)采用分布式信息融合的多傳感器多目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)提出基于最大期望算法的聯(lián)合航跡配準(zhǔn)、關(guān)聯(lián)和融合算法。傳統(tǒng)上人們一般將數(shù)據(jù)配準(zhǔn)、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(zhǔn)、航跡關(guān)聯(lián)和航跡融合三者分開研究，但實(shí)際上它們是相互影響的：數(shù)據(jù)配準(zhǔn)需要正確關(guān)聯(lián)了的多傳感器數(shù)據(jù)而存在配準(zhǔn)誤差的多傳感器數(shù)據(jù)又會(huì)增加錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)的概率，它們都會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)融合的性能產(chǎn)生影響；同樣航跡配準(zhǔn)需要正確關(guān)聯(lián)了的局部航跡而存在配準(zhǔn)誤差的局部航跡又會(huì)增加錯(cuò)誤關(guān)聯(lián)的概率，它們都會(huì)對(duì)航跡融合的性能產(chǎn)生影響。本課題將它們作為一個(gè)整體研究從而解決傳統(tǒng)上將它們分開研究和工程實(shí)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(biāo)跟蹤的精度，從而可提高軍事和民用領(lǐng)域?qū)δ繕?biāo)監(jiān)視和跟蹤的能力。

為提高成像設(shè)備在運(yùn)動(dòng)中對(duì)全場(chǎng)景進(jìn)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(jī)陣列獲得的視頻數(shù)據(jù)為對(duì)象，研究球面機(jī)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(jī)器視覺的形成機(jī)制和基礎(chǔ)應(yīng)用環(huán)節(jié)中的理論問題，以及全動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中目標(biāo)全方位跟蹤方法。首先，研究從球形攝像機(jī)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(jìn)而研究成像設(shè)備運(yùn)動(dòng)過程中，寄生運(yùn)動(dòng)對(duì)成像過程的影響，提出從觀測(cè)運(yùn)動(dòng)中相對(duì)運(yùn)動(dòng)的分離方法和寄生運(yùn)動(dòng)的抑制方法，提出球面立體視覺的形成機(jī)制、誤差傳遞方法以及精度估計(jì)模型；在此基礎(chǔ)上研究全動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中目標(biāo)跟蹤線索的選擇機(jī)制和描述方法以及曲線空間中連續(xù)形變目標(biāo)的立體跟蹤方法。球面視覺是實(shí)現(xiàn)全動(dòng)態(tài)場(chǎng)景監(jiān)視和連續(xù)形變目標(biāo)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(gè)重要研究分支，因其在衛(wèi)星編隊(duì)、傳感器網(wǎng)絡(luò)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用前景，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛研究。而在實(shí)際工程系統(tǒng)中，多智能體系統(tǒng)中的個(gè)體基于物理特性或者任務(wù)分配可能會(huì)分成不同的群,每個(gè)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(fù)雜性和更符合工程實(shí)際。 本課題擬圍繞連接拓?fù)渥兓r(shí)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(jì)建立群一致跟蹤控制理論；解決系統(tǒng)參數(shù)、時(shí)延、采樣周期的計(jì)算和優(yōu)化問題；群一致性跟蹤控制理論在機(jī)器人仿真系統(tǒng)中的驗(yàn)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。