无人机对动态目标的捕捉与跟踪方法研究是一个涉及多学科、具有重要应用意义的研究,相关理论知识既包括捕捉、跟踪算法,也涵盖图像处理以及无人机控制相关知识,同时还要掌握软硬件系统性能以及构建。本文基于一个四旋翼的飞行器,主要开展在不依赖于GPS定位的条件下实现对动态目标的捕捉和跟踪相关建模与应用验证的研究,在动态目标捕捉和跟踪的准确性、稳定性和实时性方面提出了相关研究方法和算法。本文基于国家自然科学基金面上项目(61573009)《基于形式化与Ad-Hoc方法的车辆自主决策安全性在线验证》,主要研究工作如下:1.根据国内、外相关研究的优缺点,确定本研究的基本框架以及采用的方法,分析得出基本研究问题并进行拓展,提出解决方案。2.构建研究需要的软、硬件系统,并根据实际需求实现软、硬件的匹配。对于无人机硬件系统,主要研究了其性能以及控制方式。搭建了ROS环境下的软件系统,采用C++以及小部分Python编程,构建了简便有效的软件内核。3.研究动态目标的捕捉方法,构建动态目标捕捉的框架,提出以PID控制为基础的IBVS控制方法。通过计算图像的分割阈值得到灰度直方图,在灰度图像的基础上判断目标初步位置以减少计算量,最终利用Harris角点特征的方法提取出目标,完成捕捉。4.研究动态目标的跟踪方法,根据诸多跟踪算法的优缺点对比,选择TLD跟踪算法,并在TLD算法的基础上结合IBVS控制,实现动态目标的跟踪。此外,建立了基于无人机的跟踪流程以及框架,通过无人机硬件的自身传感器实现飞行控制,还设计了人机交互页面,实现无人机飞行控制与计算机操作的对接,保证了无人机与操作员的实时交互以及安全性。通过实验验证,能够实现动态目标的捕捉以及跟踪,研究目标能够基本完成。动态目标捕捉的准确率高,运算速率快,目标跟踪的稳定性、实时性良好。