一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法。屬于用于目標(biāo)追蹤的抗遮擋技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著光電技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的研究方向致力于將光學(xué)和電子技術(shù)相互滲透和相互結(jié)合。其中，利用紅外和激光等光電探測(cè)新技術(shù)所研制的光電系統(tǒng)在目標(biāo)軌跡的預(yù)測(cè)和跟蹤技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。在目標(biāo)跟蹤時(shí)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生目標(biāo)被障礙物遮擋，從而導(dǎo)致目標(biāo)跟蹤丟失的問(wèn)題。因此，當(dāng)跟蹤目標(biāo)再次出現(xiàn)時(shí)，快速有效地重新捕獲目標(biāo)是解決此類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于針對(duì)目標(biāo)跟蹤的抗遮擋技術(shù)，如中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)號(hào)為CN103077539 A,專(zhuān)利名稱(chēng)為《一種復(fù)雜背景及遮擋條件下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤方法》中，所述專(zhuān)利文獻(xiàn)利用目標(biāo)顏色、目標(biāo)紋理特征、目標(biāo)局部光流信息等特征，通過(guò)結(jié)合卡爾曼濾波算法，對(duì)下一幀或幾幀目標(biāo)運(yùn)動(dòng)位置進(jìn)行預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的重新捕獲。但這種跟蹤方式下的目標(biāo)預(yù)測(cè)只能實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)部分遮擋的跟蹤，即使針對(duì)目標(biāo)在全遮擋下的跟蹤也只能實(shí)現(xiàn)目標(biāo)在幾百毫秒內(nèi)的短時(shí)間預(yù)測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法，解決了對(duì)于受遮擋物遮擋時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的目標(biāo)重現(xiàn)后，無(wú)法對(duì)其準(zhǔn)確快速捕獲的冋題。
[0005]本發(fā)明通過(guò)如下方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法，步驟如下:
[0007]步驟1)，選取跟蹤目標(biāo)，跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算跟蹤平臺(tái)在時(shí)間t內(nèi)的陀螺平均速度值V，記錄η組所述的陀螺平均速度值V，記為Vl，v2, vy vn;
[0008]步驟2)，根據(jù)η組陀螺平均速度值V和獲取陀螺平均速度值V的時(shí)間點(diǎn)X，即χ1； χ2, χ3,…，χη，通過(guò)建立一條直線(xiàn)方程，得到跟蹤平臺(tái)在所述跟蹤目標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)速度軌跡，直線(xiàn)方程表達(dá)式如下:
[0009]Y = ag+a^(1)
[0010]其中，X為獲取陀螺平均速度值V的時(shí)間點(diǎn)；Y為對(duì)應(yīng)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的陀螺平均速度值；a。和a 直線(xiàn)方程的兩個(gè)參數(shù)；
[0011]步驟3)，當(dāng)跟蹤平臺(tái)丟失跟蹤目標(biāo)時(shí)，將跟蹤目標(biāo)丟失后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)Xn+1，Xn+2, Xn+3,…，代入所述直線(xiàn)方程，從而求得將所述跟蹤目標(biāo)丟失后的跟蹤平臺(tái)在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)處的陀螺速度值Vn+1, vn+2, vn+3…vm；
[0012]步驟4)，根據(jù)所述陀螺速度值vn+1，vn+2, vn+3…Vni，代替位置回路輸出值，驅(qū)動(dòng)跟蹤平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，重新捕獲所述跟蹤目標(biāo)。
[0013]進(jìn)一步的，所述步驟1)中，通過(guò)跟蹤平臺(tái)對(duì)所述跟蹤目標(biāo)進(jìn)入跟蹤功能的時(shí)間和跟蹤誤差，判斷跟蹤目標(biāo)是否處于跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍內(nèi)。
[0014]進(jìn)一步的，步驟2)所述的參數(shù)a。和a沖，根據(jù)方程Σ Y = a gN+aj Σ X和Σ ΧΥ =a0E X+a X 2，求得參數(shù)a。和a !，其中，Y為跟蹤平臺(tái)的陀螺平均速度值Vj, v2, v3...vn，X為對(duì)應(yīng)的陀螺平均速度值Vd v2, v vn的時(shí)間點(diǎn)X 1; X2, X3,…，Xn。
[0015]本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是:
[0016]現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于對(duì)目標(biāo)跟蹤的抗遮擋技術(shù)，當(dāng)跟蹤目標(biāo)長(zhǎng)時(shí)間受到遮擋物的掩護(hù)，當(dāng)目標(biāo)再次出現(xiàn)后，很難準(zhǔn)確的對(duì)其重新捕獲，從而丟失跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明根據(jù)跟蹤平臺(tái)在追蹤目標(biāo)時(shí)，以一定的速度或加速度進(jìn)行飛行，具備一定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。通過(guò)計(jì)算各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的平臺(tái)的陀螺速度，擬合出一條平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，一旦跟蹤目標(biāo)丟失，可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)曲線(xiàn)，預(yù)測(cè)一定時(shí)間后的陀螺速度，從而驅(qū)動(dòng)平臺(tái)運(yùn)行，即可重新捕獲跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間受遮擋物遮擋的目標(biāo)，在重新出現(xiàn)后，仍然可以目標(biāo)進(jìn)行快速有效的捕獲，大大提高了抗遮擋技術(shù)的追蹤效果。
[0017]而且，本發(fā)明算法簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)，不需要對(duì)硬件條件做任何改變，只需要在相應(yīng)的軟件中增加代碼即可實(shí)現(xiàn)抗遮擋功能，具有良好的通用性和移植性。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法的實(shí)施例，步驟如下:
[0021](1)在飛機(jī)上搭載一臺(tái)光電設(shè)備平臺(tái)，用于追蹤目標(biāo)軌跡。選取追蹤目標(biāo)，根據(jù)跟蹤平臺(tái)進(jìn)入跟蹤功能的時(shí)間和跟蹤誤差，判斷跟蹤目標(biāo)是否處于跟蹤平臺(tái)的跟蹤范圍內(nèi)。
[0022]本實(shí)施例中，獲取200ms內(nèi)跟蹤平臺(tái)對(duì)跟蹤目標(biāo)的跟蹤情況，每隔20ms計(jì)算一次跟蹤誤差，即跟蹤目標(biāo)位置坐標(biāo)距跟蹤平臺(tái)的視場(chǎng)中心坐標(biāo)的誤差量(脫靶量)。將所得的誤差量進(jìn)行均值運(yùn)算，求得跟蹤平臺(tái)在200ms內(nèi)的平均跟蹤誤差。如果平均跟蹤誤差小于20像素，并且跟蹤平臺(tái)在進(jìn)入跟蹤功能的時(shí)間超過(guò)3s，即可認(rèn)為跟蹤平臺(tái)處于正常且穩(wěn)定的跟蹤狀況，跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)的跟蹤范圍內(nèi)。
[0023](2)求取跟蹤平臺(tái)陀螺速度:當(dāng)跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)的跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算跟蹤平臺(tái)在20ms內(nèi)的陀螺平均速度值?？偣睬笕?00組跟蹤平臺(tái)在20ms內(nèi)陀螺平均速度值，并存入相應(yīng)的數(shù)組中，計(jì)算跟蹤平臺(tái)的位置回路輸出值。如果跟蹤目標(biāo)沒(méi)有處于跟蹤平臺(tái)的跟蹤范圍內(nèi)，則不計(jì)算陀螺平均速度值。
[0024](3)擬合跟蹤平臺(tái)速度曲線(xiàn):根據(jù)存入400組跟蹤平臺(tái)的陀螺速度值和這400組數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)，通過(guò)建立一條直線(xiàn)方程，擬合得到跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)的跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，跟蹤平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)。直線(xiàn)方程表達(dá)式為:
[0025]Y = ag+a^(1)
[0026]其中，Y為對(duì)應(yīng)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的陀螺平均速度值，X為對(duì)應(yīng)該陀螺平均速度值的時(shí)間點(diǎn)，a。和a i為直線(xiàn)方程的兩個(gè)參數(shù)。
[0027]所述參數(shù)a。和ai則通過(guò)方程Σ Y = a oN+aj Σ X和Σ ΧΥ = a 0Σ X+a jE X2計(jì)算求得。其中，累加的Y為存入的400組跟蹤平臺(tái)的陀螺速度值，累加的X為對(duì)應(yīng)400組陀螺速度值的時(shí)間點(diǎn)。
[0028](4)重新捕獲跟蹤目標(biāo):當(dāng)跟蹤目標(biāo)丟失時(shí)，將跟蹤目標(biāo)丟失后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)代入擬合的跟蹤平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)速度曲線(xiàn)，即可得到跟蹤目標(biāo)丟失后的跟蹤平臺(tái)對(duì)應(yīng)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的陀螺速度值。根據(jù)所求的陀螺速度值可以得到跟蹤平臺(tái)的位置回路輸出值，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)跟蹤平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，可使跟蹤平臺(tái)將跟蹤目標(biāo)丟失后仍可以按照原來(lái)的運(yùn)動(dòng)軌跡和趨勢(shì)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，當(dāng)跟蹤目標(biāo)經(jīng)過(guò)一定時(shí)間重新出現(xiàn)后，即可快速準(zhǔn)確重新捕獲目標(biāo)并進(jìn)行跟蹤。
[0029]作為其他實(shí)施方式，在求解直線(xiàn)方程Y = a0+aiX中的參數(shù)a。和a i中，同樣可以采用其他方式求解這兩個(gè)參數(shù)的數(shù)值。
[0030]上述實(shí)施例中為了更加清楚、完整的說(shuō)明該技術(shù)方案的【具體實(shí)施方式】，在上述實(shí)施例中對(duì)一些參量賦予詳細(xì)的數(shù)值，這樣方便所屬技術(shù)領(lǐng)域人員對(duì)本技術(shù)方案的理解。但是，在實(shí)際的應(yīng)用中，由于目標(biāo)的特征不同，以及所處的環(huán)境因素不同等原因，需要針對(duì)不同的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，合理的調(diào)整參數(shù)的選取。因此，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同的替換，并且起到的作用與本發(fā)明中的相應(yīng)技術(shù)手段基本相同，實(shí)現(xiàn)的發(fā)明目的也基本相同，得到的技術(shù)方案仍然在本發(fā)明保護(hù)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1)，選取跟蹤目標(biāo)，跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算跟蹤平臺(tái)在時(shí)間t內(nèi)的陀螺平均速度值V，記錄η組所述的陀螺平均速度值V，記為Vl，v2, vy vn; 步驟2)，根據(jù)n組陀螺平均速度值v和獲取陀螺平均速度值v的時(shí)間點(diǎn)X，即χ1； χ2, χ3,…，χη，通過(guò)建立一條直線(xiàn)方程，得到跟蹤平臺(tái)在所述跟蹤目標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)速度軌跡，直線(xiàn)方程表達(dá)式如下： Υ =(1) 其中，X為獲取陀螺平均速度值V的時(shí)間點(diǎn)4為對(duì)應(yīng)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的陀螺平均速度值；a。和％為直線(xiàn)方程的兩個(gè)參數(shù)； 步驟3)，當(dāng)跟蹤平臺(tái)丟失跟蹤目標(biāo)時(shí)，將跟蹤目標(biāo)丟失后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)Xn+1，Xn+2, Xn+3,…，代入所述直線(xiàn)方程，從而求得將所述跟蹤目標(biāo)丟失后的跟蹤平臺(tái)在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)處的陀螺速度值Vn+1, vn+2, vn+3…vm； 步驟4)，根據(jù)所述陀螺速度值vn+1，vn+2, vn+3…Vni，代替位置回路輸出值，驅(qū)動(dòng)跟蹤平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，重新捕獲所述跟蹤目標(biāo)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法，其特征在于，所述步驟1)中，通過(guò)跟蹤平臺(tái)對(duì)所述跟蹤目標(biāo)進(jìn)入跟蹤功能的時(shí)間和跟蹤誤差，判斷跟蹤目標(biāo)是否處于跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍內(nèi)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法，其特征在于，步驟2)所述的參數(shù)a。和a丨中，根據(jù)方程Σ Y = a oN+ajΣ X和Σ ΧΥ = a。乙X+a J X 2，求得參數(shù)a。和a i，其中，Y為跟蹤平臺(tái)的陀螺平均速度值Vl，v2, vn，X為對(duì)應(yīng)的陀螺平均速度值v1; v2,vn的時(shí)間點(diǎn)X 1; X2, X3,…，Xn。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種機(jī)載光電設(shè)備基于目標(biāo)軌跡預(yù)測(cè)的跟蹤方法。選取跟蹤目標(biāo)，跟蹤目標(biāo)處于跟蹤平臺(tái)跟蹤范圍內(nèi)時(shí)，計(jì)算跟蹤平臺(tái)在某段時(shí)間內(nèi)的陀螺平均速度值，記錄n組陀螺平均速度值。根據(jù)n組陀螺平均速度值v和獲取陀螺平均速度值v的時(shí)間點(diǎn)X，通過(guò)建立直線(xiàn)方程，得到跟蹤平臺(tái)在所述跟蹤目標(biāo)下的運(yùn)動(dòng)速度軌跡；當(dāng)跟蹤平臺(tái)丟失跟蹤目標(biāo)時(shí)，將跟蹤丟失后的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)代入所述直線(xiàn)方程，從而求得跟蹤丟失后的跟蹤平臺(tái)在各個(gè)時(shí)間點(diǎn)處的陀螺速度值以代替跟蹤平臺(tái)位置回路輸出值，驅(qū)動(dòng)跟蹤平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，重新捕獲所述跟蹤目標(biāo)。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)針對(duì)長(zhǎng)時(shí)間受遮擋物遮擋的目標(biāo)，在重新出現(xiàn)后，仍然可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行快速有效的捕獲，大大提高了抗遮擋技術(shù)的追蹤效果。
【IPC分類(lèi)】G06T7/20
【公開(kāi)號(hào)】CN105354861
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510626489
【發(fā)明人】王蕾, 盧丹, 張敏
【申請(qǐng)人】凱邁（洛陽(yáng)）測(cè)控有限公司
【公開(kāi)日】2016年2月24日
【申請(qǐng)日】2015年9月28日