[發明專利]基于FPGA的嵌入式單目被動目標跟蹤定位系統及方法

有效

• 申請號: 201210245517.8
• 申請日: 2012-07-16
• 公開（公告）號: CN102778684A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 王陸;何天祥;付小寧
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S19/42
• 分類號: G01S19/42
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明屬于光電探測技術領域，涉及一種基于FPGA實現的嵌入式單目被動目標跟蹤定位系統及方法，可用于對面成像目標的定位和跟蹤。

背景技術

目標的跟蹤定位主要涉及到對目標的測距。定位系統自身的位置可以通過GPS定位裝置得到，目標相對定位系統的角度方位可以通過角度傳感器得到，因此要對目標進行跟蹤定位就要在一段時間內對其進行連續測距。被動測距由于不需要向目標發射探測信號，具有隱蔽性好的特點。單目測距相對于雙目和多目測距具有實現方案簡單的特點。單目被動測距的主要方法有圖像分析法。圖像分析法的原理是通過對目標圖像進行處理，提取和分析圖像中的距離相關特征，并利用該特征對目標進行測距。目前這一領域比較有代表性的理論研究成果有以下幾篇文獻：[1]Lepetit?V.,Fua?P.:Monocular?Model?Based3D?Tracking?Rigid?Objects(2005),[2]RaghuveerR.,Seungsin?L.:A?Video?Processing?Approach?for?Distance?Estimation(2006)和[3]de?Visser?M.:Passive?Ranging?Using?an?Infrared?Search?and?Track?Sensor(2006)。文獻[1]提出了一種基于單目成像模型的3D重建方法，可用于對目標的跟蹤定位，但是該方法由于涉及3D重建，因而較為復雜，不適用于嵌入式目標跟蹤定位系統；文獻[2]提出了一種利用目標成像的尺度變化和小波分析來估計目標距離的方法，但是該方法需要目標在成像尺度上發生變化，因而適用范圍較小，實用性不強，同時計算也相對復雜；文獻[3]提出了一種基于大氣傳輸特性、目標成像面和目標運動分析的被動測距方法，但是由于該方法涉及的計算參數過多，因而較為復雜，不適合于在嵌入式設備上實現。此外，目前的單目被動目標跟蹤定位方法在實際應用中都會遇到一些問題。首先是目標的成像過程容易受到背景光和噪聲的干擾，導致無法從目標圖像中提取出距離相關特征，定位過程的可靠性會受到影響；其次目標的跟蹤對系統的實時性要求比較高，但由于目標圖像中的距離相關特征的提取過程一般較復雜，而嵌入式設備的計算能力較為有限，因此單目被動目標跟蹤定位方法不易在嵌入式設備上得到實時實現。

發明內容

本發明的目的在于針對上述現有技術的不足，提供一種基于FPGA的嵌入式單目被動目標跟蹤定位系統及方法，以提升定位跟蹤的可靠性和實時性。

為實現上述目的，本發明基于FPGA的嵌入式單目被動目標跟蹤定位系統，包括：

目標成像裝置，用于對目標進行光學成像；

光電經緯儀，用于獲得目標的角度方位信息；

GPS定位裝置，用于確定系統自身的空間位置；

FPGA嵌入式處理單元，用于對目標的圖像進行處理，提取距離相關特征并完成測距，進而對目標進行定位；

所述的FPGA嵌入式處理單元，包括功能模塊：

CPU核心模塊，用于控制和完成定位過程中的數學運算；

系統存儲器模塊，用于存儲CPU程序和數據，以及對運算過程中的臨時數據進行緩存；

積分圖像模塊，用于提取圖像特征點時的積分操作，讀入圖像的灰度數據，輸出積分圖像數據；

Hessian響應模塊，用于在提取圖像特征點時計算Hessian響應，即對于圖像上的每個像素點，Hessian響應模塊讀取該像素點的相關積分圖像數據，輸出該像素點的Hessian響應；

DMA控制器模塊，用于控制系統存儲器模塊和積分圖像模塊以及系統存儲器模塊和Hessian響應模塊之間的數據傳輸。

為實現上述目的，本發明基于FPGi的嵌入式單目被動目標跟蹤定位方法，包括如下步驟：

（1）對目標進行連續成像，得到目標圖像序列，該圖像序列的灰度格式為8位，分辨率為256*256，每次讀取序列中的一幅圖像計算其對比度σ²；