海洋浮標(biāo)圖像采集系統(tǒng)的電子穩(wěn)像技術(shù)研究.pdf

1、隨著視頻圖像處理技術(shù)的發(fā)展，獲取圖像能力的增強(qiáng)，特別是圖像信息具有直觀、豐富、便于實(shí)時(shí)傳輸和存儲(chǔ)等特點(diǎn)，使其成為未來(lái)海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取情報(bào)的主要手段。海洋浮標(biāo)云臺(tái)穩(wěn)像控制系統(tǒng)的研究不僅為海洋數(shù)據(jù)的探測(cè)和科研提供便利，還為海監(jiān)相關(guān)部門查處侵犯海洋權(quán)益、損害海洋環(huán)境與資源等違法違規(guī)行為以及對(duì)海上重大事件的應(yīng)急監(jiān)視和調(diào)查取證提供可視化依據(jù)。而在現(xiàn)實(shí)監(jiān)測(cè)環(huán)境中，由于成像系統(tǒng)工作時(shí)易受其載體的姿態(tài)變化、洋流、海風(fēng)及海浪等因素的影響，導(dǎo)致獲得的圖

2、像信息不穩(wěn)定或模糊，極大的限制圖像信息的有效利用。為了減輕或消除這一影響，本課題設(shè)計(jì)一套基于ARM11的云臺(tái)穩(wěn)像控制系統(tǒng)。
　　隨著精密機(jī)械和微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，慣性元件有了很大的發(fā)展，微機(jī)械陀螺儀不僅比光學(xué)及撓性陀螺儀體積更小、功耗及成本更低，而且抗沖擊力更好，基于ARM體系結(jié)構(gòu)的微處理器以其高性能及低功耗而被廣泛應(yīng)用，故本課題設(shè)計(jì)的海洋浮標(biāo)云臺(tái)穩(wěn)像控制系統(tǒng)不僅體積小、成本低、響應(yīng)快，且可以固態(tài)安裝。
　　陀螺儀短時(shí)間內(nèi)

3、測(cè)姿精度高，但存在溫漂等緩慢變化的誤差，隨著時(shí)間的推移誤差在積分過(guò)程中不斷累積，影響姿態(tài)解算的精度，故不利于長(zhǎng)期運(yùn)行；而加速度計(jì)測(cè)姿長(zhǎng)期穩(wěn)定，但受限于載體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)；磁力計(jì)受浮標(biāo)環(huán)境影響，動(dòng)態(tài)性能較差。為了得到高精度的姿態(tài)角，且能長(zhǎng)期穩(wěn)定地工作，本課題采用高階卡爾曼濾波算法對(duì)傳感器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)化求解，針對(duì)三角函數(shù)計(jì)算量大，且計(jì)算復(fù)雜，采用四元數(shù)算法計(jì)算云臺(tái)攝像載體的運(yùn)動(dòng)姿態(tài)角。
　　對(duì)所搭建云臺(tái)穩(wěn)像系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，云臺(tái)將以水平速度

4、280°/s、垂直速度100°/s完成反向偏轉(zhuǎn)，最長(zhǎng)反饋調(diào)整時(shí)間為0.38s秒。在靜止情況下，通過(guò)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行Matlab仿真，俯仰角精度±0.1度，航向角±0.2度，達(dá)到一級(jí)穩(wěn)定。
　　系統(tǒng)性的研究電子穩(wěn)像技術(shù)(EIS)的關(guān)鍵技術(shù)及其理論分析，并針對(duì) EIS中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償進(jìn)行了深入的研究。比較幾種運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選取塊匹配和灰度投影算法進(jìn)行驗(yàn)證，并通過(guò)比較補(bǔ)償前后視頻序列的PSNR來(lái)評(píng)定穩(wěn)像后圖像的質(zhì)量，