[發明專利]一種基于圖像處理的低空目標探測跟蹤方法

有效

• 申請號: 202010422092.8
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111709968B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 陳杰生;孟慧軍;史朝輝;張敬卓;胡蓉;邵忠俊;佟惠軍;秦嶺;甘仕寧;王堅
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G06T7/20
• 分類號: G06T7/20;G06T7/70;G06T7/13;G06T7/136
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• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于圖像處理的低空目標探測跟蹤方法，包括下列步驟：運動目標檢測；運動目標跟蹤；運動航跡濾波；目標精確定位及距離估算。本發明方法通過對攝像頭獲取的圖像進行處理，修正傳感器光學瞄準線的方位角和高低角信息；通過目標圖像大小與目標物理尺寸比例換算得到目標距離的方法；通過Kalman濾波算法得到較為穩定連續的目標航跡；本發明在終端攝像頭采集影像的基礎上實現對空中目標的實時跟蹤、測量和定位等功能，主要解決現行可見光和紅外監視系統不能自動錄取空中目標坐標、自動跟蹤生成目標航跡的問題，彌補低空目標偵察系統的不足。

技術領域

本發明屬于目標探測領域，涉及目標跟蹤技術，更具體涉及一種基于圖像處理的低空目標探測跟蹤方法。

背景技術

近年來，民用小微型無人機發展迅猛，無人機數量成幾何增長，而無人機的管理卻嚴重滯后。無人機“黑飛”、“亂飛”現象日益嚴重，無人機對民用航空、軍用航空的飛行安全構成了新的威脅；無人機被敵對分子、恐怖分子用來制造事端、制造恐怖襲擊的風險與日俱增；低空、超低空處于軍用雷達的盲區，也是未來戰爭中敵人空襲突防的重要空域。如何有效探測、識別和監視低空無人機等空中目標安全，對于保障軍民航飛行安全和國家重要目標安全具有重要意義。目前，在低空雷達、光電復合探測設備等高端產品之外，普通光學望遠鏡、紅外望遠鏡因簡便易用、價格適中、操作靈活等特點，成為我軍地面防空部隊或政府部門人防系統理想的、不可或缺的常規對空觀瞄器材，長期在軍民兩個市場大量使用。利用信息化方法改進提升傳統低空飛行器偵察預警能力，具有較強的現實意義。

2018年，發明人提出基于智能終端的低空目標探測方法(專利申請號：201811655503.7)，將高端探測設備的核心功能與普通大眾用品(如智能手機)巧妙、低價地融合集成，創新研發出一種既具備高端產品重要功能，又具有推廣成本低、操作簡便的軟件工具，以彌補高、低端產品各自的缺陷。該方法屬于傳統低空飛行器偵察預警手段的信息化改進升級，主要解決傳統光學探測低空目標效率較低、穩定性差和精度不高等問題，通過對智能終端傳感器數據系統參數轉換采集、對包括人工觀測信息、雷達網目標消失點數據等內容融合集成，輸出較高精度、較連續的低空飛行器目標航跡，實現對低空空域偵察預警情報保障，進而構建高中低合理搭配、自動與人工相互補充的軍民融合低空預警監視體系。

相對于傳統探測手段，使用智能終端進行低空目標的探測方法能夠大大提高工作效率和設備效能，但同時也存在著人工瞄準測量方位角、高低角誤差大、人工估算目標距離不準確，以及不能同時測量多目標等諸多缺點。當人使用設備瞄準線手動對準目標時，因操作人員手的抖動、操作習慣等因素影響，測量出的目標角度存在不小的偏差；人通過肉眼觀察估算目標距離的主觀成份多、遠中近距離檔位信息在后臺融合難度大，測量目標的精度受到嚴重制約；另外，通過設備瞄準線，無法同時觀測兩個以上目標，探測效率不高。這些缺點都嚴重制約此類產品實際使用。

發明內容

針對現有技術存在的問題，本發明提供一種基于圖像處理的低空目標探測跟蹤方法，其特征在于，包括下列步驟：

(一)運動目標檢測

具體包括下列步驟：

STEP 1.利用幀間差分法檢測圖像中運動區域

通過比較圖像序列中前后兩幀圖像對應像素點灰度值的不同，通過兩幀相減，如果灰度值差很小，認為該點無運動物體經過；反之灰度變化很大，則認為有物體經過；第k幀和k+1幀圖像f_k(x，y)，f_k+1(x，y)之間的變化用一個二值差分d_k(x，y)表示，如式(1)所示，其中x、y分別表示圖像灰度矩陣中水平和垂直方向的坐標值；

式中，D表示差分圖像二值化閾值，取值大小與圖像拍攝時光線變化等因素相關，根據不同場景自行設定；d_k(x，y)為0表示圖像(x，y)處前后無變化，1表示有變化；