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，特別是圖像信息具有直觀、豐富、便于實時傳輸和存儲等特點，使其成為未來海洋浮標(biāo)監(jiān)測系統(tǒng)獲取情報的主要手段。海洋浮標(biāo)云臺穩(wěn)像控制系統(tǒng)的研究不僅為海洋數(shù)據(jù)的探測和科研提供便利，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)實監(jiān)測環(huán)境中，由于成像系統(tǒng)工作時易受其載體的姿態(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)計一套基于ARM11的云臺穩(wěn)像控制系統(tǒng)。
　　隨著精密機械和微電子技術(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)計的海洋浮標(biāo)云臺穩(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。
　　陀螺儀短時間內(nèi)

3、測姿精度高，但存在溫漂等緩慢變化的誤差，隨著時間的推移誤差在積分過程中不斷累積，影響姿態(tài)解算的精度，故不利于長期運行；而加速度計測姿長期穩(wěn)定，但受限于載體運動狀態(tài)；磁力計受浮標(biāo)環(huán)境影響，動態(tài)性能較差。為了得到高精度的姿態(tài)角，且能長期穩(wěn)定地工作，本課題采用高階卡爾曼濾波算法對傳感器輸出數(shù)據(jù)進行最優(yōu)化求解，針對三角函數(shù)計算量大，且計算復(fù)雜，采用四元數(shù)算法計算云臺攝像載體的運動姿態(tài)角。
　　對所搭建云臺穩(wěn)像系統(tǒng)進行測試，云臺將以水平速度

4、280°/s、垂直速度100°/s完成反向偏轉(zhuǎn)，最長反饋調(diào)整時間為0.38s秒。在靜止情況下，通過對采集到的數(shù)據(jù)進行Matlab仿真，俯仰角精度±0.1度，航向角±0.2度，達到一級穩(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 EIS中的運動估計和運動補償進行了深入的研究。比較幾種運動估計算法的優(yōu)缺點，最終選取塊匹配和灰度投影算法進行驗證，并通過比較補償前后視頻序列的PSNR來評定穩(wěn)像后圖像的質(zhì)量，