[發明專利]基于隨機介質表面散射光的運動目標跟蹤系統及跟蹤方法

有效

• 申請號: 201610289924.7
• 申請日: 2016-05-04
• 公開（公告）號: CN105974430B
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 劉杰濤;李慧娟;鞠思文;吳騰飛;邵曉鵬;龔昌妹;馮蕾;朱大煒;郭成飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S17/66
• 分類號: G01S17/66
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 韋全生,王品華

技術領域

本發明涉及計算成像技術及目標跟蹤技術領域，涉及一種運動目標跟蹤系統及跟蹤方法，具體涉及一種基于隨機介質表面散射光的運動目標跟蹤系統及跟蹤方法，可用于在天文觀測、對地觀測及生物醫學等領域中，對隱藏在遮蔽物后方的運動目標進行跟蹤。

背景技術

在天文觀測及對地觀測等領域常常需要對車輛、飛機等運動目標進行跟蹤，由于這一應用需求，產生了一系列的運動目標跟蹤技術，目前常用的目標跟蹤方法有雷達跟蹤方法和基于視覺的運動目標跟蹤方法兩類。

雷達跟蹤方法是微波通信領域中常采用的跟蹤方法，該方法能連續跟蹤一個或多個目標并測量其坐標，可提供目標的運動軌跡。跟蹤雷達一般由距離跟蹤支路、方位角跟蹤支路和仰角跟蹤支路組成。它們各自完成對目標的距離、方位和仰角的自動跟蹤，并連續測量目標的距離、方位和仰角。大多數雷達工作在超短波及微波波段，其頻率范圍在30到300000兆赫，相應波長為10米至1毫米。在跟蹤目標時采用機械掃描的方式，且后期信號處理過程復雜，故存在跟蹤系統復雜，波段易被吸收和干擾、跟蹤實時性差、信號處理算法復雜等缺陷。

基于視覺的運動目標跟蹤方法是光學領域中常采用的跟蹤方法，該方法融合了圖像處理、模式識別和傳感器等多個不同領域的先進成果?；谝曈X的運動目標跟蹤方法又包括基于運動分析的方法、基于顏色特征分布的方法以及基于圖像特征匹配的方法等。

基于運動分析的方法包括光流法、幀間差分法、背景差法等，光流法是通過對二維圖像序列作運算得到光流，從而獲知目標運動信息的方法，由于計算光流的運算較為復雜，計算量大，故不適用于實時性要求很高的場合。幀間差分法是通過計算相鄰兩幅圖像的差值來獲取目標運動信息的方法，故對背景的相對運動較為敏感，只適用與背景相對運動不大的場合。而背景差法是對幀間差分法的改進，該方法是通過計算特定背景模型與每一幅圖像的差值來獲取目標運動信息的方法，解決了幀間差分法中存在的對背景相對運動較為敏感的問題，但該方法會對光照和外部條件造成的場景變化比較敏感，導致跟蹤誤差較大。

基于顏色特征分布的方法是通過計算圖像的顏色特征分布進而獲取目標運動信息的方法，包括基于Meanshift算法的跟蹤方法和基于Camshift算法的跟蹤方法等，其中，Camshift算法是Meanshift算法的改進，其與Mecamshift算法相比，具有目標表示簡單、便于進行模型組合的優點，故實際應用中常采用基于Camshift算法的跟蹤方法。但是，基于Camshift算法的跟蹤方法還有著無法生成運動軌跡、分辨率不足等缺點。

基于圖像特征匹配的方法是2014年，南京航空航天大學的朱瑋在其名為《基于視覺的四旋翼飛行器目標識別及跟蹤》的碩士畢業論文中提出的一種跟蹤方法，該方法在跟蹤時，首先確定跟蹤窗口的初始位置和大小，然后對目標物體的顏色特征，邊緣特征和SIFT特征進行融合，以Camshift算法來優化粒子的傳播，從而完成了目標在相似顏色干擾和被輕度遮擋的情況下都能對某一類物體進行很好的跟蹤。但對于目標被重度遮擋導致目標輪廓信息全部丟失的情況，仍沒有較好的方法解決。

而在天文觀測、對地觀測及生物醫學等領域中常要求透過隨機介質或利用隨機介質表面的散射光進行對運動目標的跟蹤。然而，當目標透過生物組織和毛玻璃等隨機介質之后其原本的視覺輪廓信息幾乎全部丟失，而無法辨別，導致以上三種基于視覺的目標識別與跟蹤方法無法對隱藏在遮蔽物后方的運動目標進行跟蹤。近年來，國內外科研人員開始考慮通過某種方法恢復出散射光中攜帶的目標信息，從而使散射光參與成像過程，即實現散射成像。目前，圍繞著散射成像的研究已經取得了一些進展，主要包括波前調制技術、圖像重建技術、散斑相關成像技術等。I.Freund等人在1988年研究發現，當光波進入散射介質的入射角度比較小時，該范圍內的光波產生的散斑場圖像之間存在較強的相關性，這種現象稱為光學記憶效應(Optical Memory Effect,OME)。2014年，O.Katz等人根據這一理論提出了一種基于單幀散斑自相關的非侵入式散射成像方法。該方法根據單幀散斑場圖像的自相關特性，結合相位恢復算法進行圖像重建，成功實現對目標成像的目的。但目前還沒有將散射成像技術應用于目標跟蹤技術領域。

發明內容

本發明目的在于克服上述現有技術存在的缺陷，提出了一種基于隨機介質表面散射光的運動目標跟蹤系統及跟蹤方法，用于解決現有運動目標跟蹤系統及跟蹤方法中存在的因無法透過遮蔽物進行目標跟蹤導致適用范圍較窄的技術問題。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：