[發明專利]基于絕對角位置軌跡信息的光電跟蹤系統及方法

有效

• 申請號: 201310574919.7
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103631273A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 羅院紅;劉家國;楊樺;于振紅
• 申請（專利權）人: 北京環境特性研究所
• 主分類號: G05D3/12
• 分類號: G05D3/12
• 代理公司: 北京市京大律師事務所 11321
• 代理人: 張璐;方曉明

技術領域

本發明涉及光電應用技術，尤其涉及一種基于絕對角位置軌跡信息的光電跟蹤系統及方法。

背景技術

具有跟蹤功能的光電跟蹤系統，廣泛應用于以軍事目標探測、視頻監控等多種光電跟蹤領域。

圖1為現有光電跟蹤系統結構示意圖。參見圖1，該光電跟蹤系統包括：光電傳感器、圖像信號處理器、伺服控制器以及伺服轉臺。圖像信號處理器、伺服控制器和伺服轉臺是光電跟蹤系統的核心部件。

光電傳感器采集跟蹤的目標對象圖像。

圖像信號處理器接收來自光電傳感器的目標對象圖像，對目標對象圖像進行逐幀檢測，以檢測目標對象在視頻圖像中的位置，獲取目標對象型心與光軸中心的距離，作為相對角偏差。其中，光軸中心位置信息與圖像中心位置信息的關系為：獲取光電傳感器中心位置信息與伺服轉臺軸心位置信息的固定位置偏差信息，將圖像中心位置信息與固定位置偏差信息進行疊加，得到光軸中心位置信息。當光電傳感器與伺服轉臺完全同軸時，光軸中心等同于圖像中心。

伺服控制器以圖像信號處理器輸出的相對角偏差作為速度或加速度補償，應用于預先設置的相對跟蹤策略，進行速度環控制，通過控制伺服轉臺的電機，驅動伺服轉臺，以控制伺服轉臺的角度和位置，例如，控制伺服轉臺的機械位移、位移速度或加速度，使得光電跟蹤系統跟蹤的目標對象始終處在光電傳感器中心附近。然后，光電傳感器再采集目標對象圖像，通過圖像信號處理器進行分析處理，伺服控制器根據分析處理的結果控制伺服轉臺的旋轉，如此循環往復，從而實現對目標對象的跟蹤。

其中，圖像信號處理器的硬件多采用基于現場可編程邏輯門陣列（FPGA，Filed?Programmable?Gate?Arrays）的高速數字信號處理器（DSP?Digital?signal?Processing），軟件算法一般采用嵌入式程序編寫。

圖2為現有光電跟蹤系統的跟蹤環路示意圖。參見圖2，圖像信號處理器進行目標對象圖像檢測，即逐幀檢測按序接收的目標對象圖像，并利用軟件算法進行分析處理，得到相對角偏差，伺服控制器通過對相對角偏差的分析處理，輸出控制指令，通過電流/電壓驅動，控制伺服轉臺的角度和位置，從而形成一種半閉環的跟蹤方法，即在圖像目標檢測與伺服控制器之間，以及，伺服控制器與伺服轉臺之間，存在完全閉合的控制環，而在圖像目標檢測與伺服轉臺之間，未形成完全閉合的控制環（以虛線表示）。也就是說，基于相對角偏差跟蹤的光電跟蹤系統，沒有充分利用伺服轉臺的角度位置信息，使得跟蹤目標對象的精度較低。

進一步地，當光電跟蹤系統穩跟目標對象后，相對角偏差的值基本在零附近波動。由于光電跟蹤系統中的圖像跟蹤軟件無法獲知目標對象的真實位置軌跡信息，這樣，當目標對象短暫消失或遇到強干擾時，特別在超低空復雜背景條件下，可能導致光電跟蹤系統跟丟目標對象。

發明內容

本發明的實施例提供一種基于絕對角位置軌跡信息的光電跟蹤系統，提升目標對象的跟蹤精度。

本發明的實施例還提供一種基于絕對角位置軌跡信息的光電跟蹤方法，提升目標對象的跟蹤精度。

為達到上述目的，本發明實施例提供的一種基于絕對角位置軌跡信息的光電跟蹤系統，該光電跟蹤系統包括：光電傳感器、圖像信號處理器、角度傳感器、伺服控制器以及伺服轉臺；

光電傳感器，用于采集跟蹤的目標對象圖像；

圖像信號處理器，用于接收來自光電傳感器的目標對象圖像，獲取作為相對角偏差的目標對象型心與光軸中心的距離；接收來自角度傳感器采集的角度值，將相對角偏差與角度值進行疊加，得到絕對角位置軌跡信息值；讀取當前目標對象圖像中當前目標對象的絕對角位置軌跡信息值，以及，上一目標對象圖像中上一目標對象的絕對角位置軌跡信息值；將當前目標對象的絕對角位置軌跡信息值以及上一目標對象的絕對角位置軌跡信息值應用于卡爾曼濾波，得到當前目標對象的絕對角位置預測軌跡信息值；將當前目標對象的絕對角位置軌跡信息值以及當前目標對象的絕對角位置預測軌跡信息值應用于預先設置的絕對跟蹤策略，得到當前目標對象的絕對角位置值；

伺服控制器，用于接收來自圖像信號處理器的當前目標對象的絕對角位置值，將所述當前目標對象的絕對角位置值應用于預先設置的調控策略，得到伺服轉臺角度調節量信息，并根據得到的伺服轉臺角度調節量信息對伺服轉臺進行角度值調節。

較佳地，所述圖像信號處理器包括：相對角偏差計算單元、絕對角位置軌跡信息值計算單元、卡爾曼濾波單元以及絕對角位置值獲取單元；