空中加油技术是现代信息化战争中扩大飞机作战半径、延长续航时间的有力手段,对于增强有人机和无人机作战能力具有举足轻重的意义。当前的人工空中加油方法难度高、危险大,若能实现基于视觉的无人机自主空中加油,或对有人机的空中加油过程进行辅助,将能大大提高空中加油的效率,降低风险。论文围绕基于视觉的自主空中加油系统的视觉处理算法展开研究,重点研究加油锥套图像的检测和跟踪算法,并搭建六旋翼无人飞行对接实验平台对算法进行验证。首先,研究了空中加油锥套目标检测方法。通过对图像进行灰度化、阈值分割、形态学滤波等预处理,提取锥套图像的轮廓特征,通过最小二乘拟合椭圆获取锥套目标。随后通过图像掩模处理对遮挡情况下的锥套目标检测进行研究,并采取分段多重检测策略,实现不同距离下锥套目标的检测。其次,研究了锥套图像自适应跟踪方法。首先分析了一种简单放大框的跟踪方案,随后对核密度估计和Meanshift算法进行研究,提出了基于Meanshift算法的图像跟踪方案。根据Meanshift算法自身局限性研究了改进方案,提出了基于自适应核窗的图像跟踪方法,并进行了实验验证。再次,设计并搭建了基于六旋翼无人机的自主空中加油飞行对接演示验证平台。模拟自主空中加油的真实场景和系统需求,搭建了半实物实验平台的硬件结构;在软件方面,对系统的通讯链路、导航策略、最优控制方案进行了设计,并实现了多线程的程序架构设计。最后,利用半实物实验平台开展了动态飞行条件下目标检测、跟踪算法的验证,并对全局检测和局部跟踪、单多线程等进行实验效率对比。实验结果表明,本文提出的基于视觉的自主空中加油系统可行,研究的视觉处理算法有效,能够实现动态飞行条件下锥套目标的检测与跟踪,并成功实现对接。