无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)平台是空中监测、未知环境勘察和识别的重要工具,利用无人机平台开展未知环境下的目标检测跟踪任务具有重要意义。尤其在有限空间环境下,利用小型旋翼低速无人机平台搭载视觉传感器进行障碍物检测、跟踪和穿越,对视觉技术具有十分重要的应用价值。然而,在室内环境下,无人机GPS(Global Positioning System)设备导航信号可能较弱或者缺失,无法为无人机提供导航和定位信息,以及室内障碍物随机运动的原因,室内环境下无人机容易出现飞行故障和碰撞等情况。为此,本文考虑了无GPS无人机穿越随机移动门框障碍物的场景,提出了一套室内未知环境下的无人机自主穿越方法,涵盖无人机自主定位、障碍物检测、障碍物定位、障碍物跟踪和障碍物穿越五个环节。本文首先讨论了无人机穿越移动障碍物的总体策略设计,其次分别对每个环节的方法进行对比和应用,包括基于视觉的无人机自主定位、随机移动门框目标检测、目标定位和目标跟踪,最后利用无人机平台进行方法验证,在室内环境自主穿越移动障碍物。本文以门框作为目标障碍物,研究未搭载GPS无人机对移动门框穿越问题,具体内容如下:一、无人机穿越移动障碍物总体策略设计。讨论了总体策略的设计思路和构成,对每个构成模块的关键技术加以分析并给出解决方法,提出了一套基于视觉定位的无人机穿越移动障碍物的方案。二、无人机平台视觉定位条件下随机移动目标检测。无人机不依赖GPS设备获取导航信息,首先利用视觉SLAM(Simultaneous Localization And Mapping)方法精确的确定自身在当前环境中的位置和姿态,实现导航定位;然后利用单目相机获取环境信息,通过图像检测方法提取目标成像位置,确定目标成像区域;最后利用目标几何约束建立目标空间位置方程,解决单目尺度不确定性问题,融合无人机位姿数据,得出目标绝对位置。三、无人机平台对随机移动门框的跟踪与穿越。确定目标空间位置后,对移动门框进行跟踪,采用卡尔曼滤波预测其运动位置,控制无人机实现对移动门框的随动;然后结合目标速度、当前时刻的位置、无人机自身的速度和位置估计出未来时刻目标的移动位置,控制无人机完成穿越移动门框。开展室内环境无人机自主飞行、跟踪和穿越移动门框障碍物试验,评估各个环节算法的有效性。仿真与实际场景测试表明,在室内复杂背景环境中,该方法可以有效实现无人机平台自主定位和导航,且对随机移动门框的持续跟踪和穿越。该方法对于研究无GPS无人机利用视觉自主定位完成任务飞行具有重要的意义,从视觉SLAM建图到图像识别技术,从目标检测、跟踪到无人机对障碍物穿越,无论应用到民用方面,还是军事领域,都具有较大的应用价值。