[發(fā)明專利]一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)全自動識別與跟蹤系統(tǒng)和方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011428244.1
• 申請日: 2020-12-07
• 公開（公告）號: CN112598702B
• 公開（公告）日: 2023-01-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 尹毅;劉浩;王昊;王藝欣雨;戴鵬睿;李鐵術(shù)
• 申請（專利權(quán)）人: 中國船舶重工集團(tuán)公司七五0試驗(yàn)場
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246;G06T7/73
• 代理公司: 昆明今威專利商標(biāo)代理有限公司 53115
• 代理人: 蘇杭

本發(fā)明公開了一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)全自動識別與跟蹤系統(tǒng)和方法，核心是基于目標(biāo)搭載的聲光合作信標(biāo)，以水下圖像目標(biāo)識別和聲導(dǎo)引技術(shù)的配合使用實(shí)現(xiàn)水下目標(biāo)識別與全自動跟蹤，可以應(yīng)用于水中兵器試驗(yàn)領(lǐng)域及其他水下目標(biāo)的探測、觀察和跟蹤領(lǐng)域。本發(fā)明專利公開的技術(shù)特征在于：提出了一種基于聲光合作信標(biāo)的水下目標(biāo)示位方法，通過聲信標(biāo)和光信標(biāo)提高了水下目標(biāo)的可跟蹤性和可見性；基于聲光合作信標(biāo)，設(shè)計(jì)了聲導(dǎo)引控制云臺相機(jī)和圖像識別控制云臺相機(jī)的方法；提出了聲導(dǎo)引控制云臺相機(jī)和圖像識別控制云臺相機(jī)技術(shù)的無縫銜接與配合使用策略，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)識別與全自動跟蹤技術(shù)，對水下目標(biāo)的識別與光學(xué)跟蹤技術(shù)有創(chuàng)新性突破。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下目標(biāo)的識別跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，應(yīng)用于水中兵器試驗(yàn)領(lǐng)域及其他水下目標(biāo)的探測、觀察和跟蹤領(lǐng)域，具體為一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)全自動識別與跟蹤系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)

隨著魚雷、ROV、UUV等水下航行器技術(shù)的發(fā)展，在試驗(yàn)考核與實(shí)際應(yīng)用中越來越關(guān)注航行器完成精細(xì)任務(wù)的能力，工程應(yīng)用對航行器工作狀態(tài)的高精度測量與探測、跟蹤、觀察等技術(shù)的需求越來越急迫。然而，受制于水下環(huán)境的特殊性，水下目標(biāo)的光學(xué)識別與目標(biāo)作業(yè)圖像的獲取面臨著極大的挑戰(zhàn)。其技術(shù)瓶頸主要在于水聲探測技術(shù)精細(xì)度低及水下光學(xué)作用距離短等問題。

一方面，由于聲波是唯一能在水下遠(yuǎn)距離傳播的信號，水下目標(biāo)的識別與跟蹤通常采用聲吶、水聽器等水聲裝備。然而，受水聲信號波長較大、自然環(huán)境水聲信道復(fù)雜等客觀因素限制，基于水聲的目標(biāo)探測難以解決探測精度低、數(shù)據(jù)的直觀性差等問題，特別是難以獲得水下目標(biāo)的姿態(tài)、橫滾等細(xì)節(jié)信息。

另一方面，基于光學(xué)的視頻、圖像等具有高分辨率、直觀、易解讀和分析等優(yōu)勢，但受制于水體對電磁波的強(qiáng)衰減特性，水下光學(xué)作用距離短，自然環(huán)境下水體的可視距離一般只有10米左右，通常只有在4～5米的距離范圍內(nèi)水下光學(xué)圖像才能反映目標(biāo)的輪廓、紋理及顏色等常用的圖像特征。

受水體可視距離短、水下相機(jī)的視場角小等客觀因素限制，通過相機(jī)等水下光學(xué)設(shè)備拍攝水下活動目標(biāo)具有很大的技術(shù)挑戰(zhàn)，特別是拍攝魚雷、UUV等具有大范圍快速航行能力的目標(biāo)時，水下光學(xué)系統(tǒng)抓拍到目標(biāo)的概率大大降低，拍攝系統(tǒng)很難捕獲目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，申請人經(jīng)過研發(fā)設(shè)計(jì)，提供了一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)識別與全自動跟蹤技術(shù)，通過水聲測量和圖像識別無縫銜接控制水下云臺相機(jī)自動跟蹤拍攝水下目標(biāo)，其核心是以水聲測量作為聲導(dǎo)引控制云臺對準(zhǔn)目標(biāo)方位，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入相機(jī)視場后通過圖像識別技術(shù)識別水下目標(biāo)，以圖像識別結(jié)果控制云臺相機(jī)跟蹤拍攝目標(biāo)。水聲導(dǎo)引可以為云臺相機(jī)提供目標(biāo)的大致方位等信息，提高了水下相機(jī)捕獲目標(biāo)的概率。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入視場后，圖像識別技術(shù)能可靠地識別和跟蹤目標(biāo)，避免了由聲學(xué)測量誤差和數(shù)據(jù)飛點(diǎn)導(dǎo)致目標(biāo)丟失等問題。本發(fā)明專利的技術(shù)內(nèi)容包括聲光合作信標(biāo)、聲導(dǎo)引控制云臺、圖像識別控制云臺和控制策略四個方面的內(nèi)容。

具體的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種基于合作信標(biāo)的水下目標(biāo)全自動識別與跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，包括水下目標(biāo)、搭載在水下目標(biāo)上的聲光合作信標(biāo)、云臺相機(jī)、聲導(dǎo)引控制云臺模塊、圖像識別控制云臺模塊，其中：水下目標(biāo)為被跟蹤觀測的水下航行器，云臺相機(jī)，搭載相機(jī)并能控制相機(jī)視場在水平方向、俯仰方向上進(jìn)行轉(zhuǎn)動；聲光合作信標(biāo)，用于發(fā)射特定頻率的水聲信號，能被水下聲學(xué)測量系統(tǒng)接收后解算獲得水下目標(biāo)的空間坐標(biāo)信息；且集成安裝有光源以提高水下目標(biāo)在水下的可見性；聲導(dǎo)引控制云臺模塊，為聲導(dǎo)引控制模式，用于通過聲學(xué)系統(tǒng)獲取水下目標(biāo)位置，并能控制云臺相機(jī)的視場動態(tài)跟蹤水下目標(biāo)運(yùn)動，當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入相機(jī)視場時快速地捕獲水下目標(biāo)，并將云臺相機(jī)的控制模式切換至圖像識別控制模式；

圖像識別控制云臺模塊，為圖像識別控制模式，用于當(dāng)搭載聲光合作信標(biāo)的水下目標(biāo)進(jìn)入云臺相機(jī)視場后，識別亮點(diǎn)光源，識別和追蹤水下目標(biāo)，并能控制云臺相機(jī)的視場動態(tài)跟蹤水下目標(biāo)運(yùn)動；當(dāng)水下目標(biāo)離開云臺相機(jī)的最大觀測范圍后，切換至聲導(dǎo)引控制模式。