專(zhuān)利名稱(chēng)：一種電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電望遠(yuǎn)鏡電視閉環(huán)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法。
背景技術(shù)：
光電望遠(yuǎn)鏡電視閉環(huán)的穩(wěn)定跟蹤廣泛應(yīng)用于空間目標(biāo)探測(cè)、衛(wèi)星發(fā)射場(chǎng)、常規(guī)靶 場(chǎng)測(cè)量等領(lǐng)域。由于干擾目標(biāo)的出現(xiàn)，往往導(dǎo)致電視跟蹤中斷，造成目標(biāo)丟失，影響整個(gè)光 電測(cè)量的效果。目前，國(guó)內(nèi)在解決電視閉環(huán)穩(wěn)定跟蹤過(guò)程中的方法多采用最小二乘或卡爾 曼預(yù)測(cè)濾波技術(shù)，計(jì)算復(fù)雜度高，難以保證對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)提取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法，該方法通過(guò)對(duì)波門(mén)內(nèi)多目標(biāo) 的速度矢量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)濾波，剔除干擾目標(biāo)的影響，保證電視跟蹤過(guò)程的平穩(wěn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下光電望遠(yuǎn)鏡在對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行電視閉環(huán)跟蹤過(guò)程中，由于非跟蹤目標(biāo)穿越波門(mén)或 跟蹤目標(biāo)本身的抖動(dòng)，造成跟蹤目標(biāo)的丟失。本發(fā)明根據(jù)最近三幀跟蹤目標(biāo)的位置得到已 知目標(biāo)的速度矢量，做為速度比較的基準(zhǔn)；當(dāng)波門(mén)內(nèi)出現(xiàn)多目標(biāo)時(shí)，統(tǒng)計(jì)相鄰兩幀間所有目 標(biāo)的速度矢量，形成速度矢量序列；通過(guò)速度矢量序列與基準(zhǔn)速度做差，并求模，得到待評(píng) 估值的序列；以評(píng)估值的最小值作為跟蹤目標(biāo)的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤目標(biāo)的穩(wěn)定提取和跟蹤。本發(fā)明的有益效果是該方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，能夠保證對(duì)目標(biāo)的實(shí)時(shí)提取和跟蹤。


圖1是本發(fā)明電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤方法中的預(yù)處理流程圖。圖2是本發(fā)明電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤方法的流程圖。圖3是采用本發(fā)明電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤方法的跟蹤目標(biāo)序列的效果圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明采用VC++6.0編程，運(yùn)行環(huán)境為Windows XP，內(nèi)存大于2G，硬盤(pán)大于80GB 的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤方法的流程如下1)采集目標(biāo)圖像并進(jìn)行預(yù)處理如圖1所示，在計(jì)算機(jī)內(nèi)安裝圖像采集卡，安裝CCD (Charge Coupled Device)相 機(jī)采集軟件，啟動(dòng)采集程序的線(xiàn)程，連續(xù)采集相機(jī)的圖像，得到圖像序列如下<formula>formula see original document page 3</formula>
由于采集得到的圖像的位數(shù)大于8位，不便處理，利用下式將圖像轉(zhuǎn)換為8位灰度 圖像，
255/'(WyA) =^J-Zmin) (i,j,k = 0,1.··Λ0 (2)
Vv/ max J min )式中，f(Xi，y」，tk)_采集到的第k幀原始圖像，f' (Xi, yj, tk)-轉(zhuǎn)換后的第k幀8位圖像，ffflax-采集到的第k幀原始圖像最大灰度值，fmin-采集到的第k幀原始圖像最小灰度值。對(duì)轉(zhuǎn)換后的灰度圖像按下式統(tǒng)計(jì)均值和方差，
.N Mμ = ΥΣΓ{χ ,γ], Ιζ) {Ν^Μ)⑶
i=0 j=0
I N Mσ ^ifXxi,yj,tk)-u)2/(N^M)(4)
ν /=0 y=o式中，NXM-是單幀圖像的像素個(gè)數(shù)。由于相機(jī)本身和天光背景的影響，采集到的圖像噪聲會(huì)較大，比較進(jìn)行去噪處理。 按圖1中的第五步所示，采用中值濾波的方法。中值濾波的基本原理是把數(shù)字圖像或數(shù)字 序列中一點(diǎn)的值用該點(diǎn)的一個(gè)鄰域中各點(diǎn)值的中值代替。這種處理方法的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠 去除圖像的椒鹽噪聲和孤立噪聲點(diǎn)。為便于后續(xù)處理，對(duì)圖像進(jìn)行二值化處理，二值化的處理過(guò)程利用前面得到的圖 像的均值和方差給出一個(gè)全局閾值Τ(Τ= μ+3σ)，將f' (Xi，yj，tk) > T的像素點(diǎn)值設(shè)為 255 (白色)，其余的點(diǎn)都設(shè)為0 (黑色)，實(shí)現(xiàn)二值化的目的。對(duì)二值化后的圖像中白色點(diǎn) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果存在灰度值為255，大小小于2X2 = 4個(gè)像元的目標(biāo)，則認(rèn)為該目標(biāo)為孤立 點(diǎn)，直接將該點(diǎn)的灰度值付零。得到二值化后的圖像序列，如下所示{f〃 (Xi，yj，tk)，f〃 (Xi，yj，tk)，...f〃 (Xi,yj,tk)}(i, j,k = 0,l...N) (5)2)目標(biāo)識(shí)別步驟對(duì)步驟1)得到的二值化后的圖像序列進(jìn)行邏輯運(yùn)算，由于上述圖像序列中的像 素點(diǎn)值為0或255，用0或1即可表示。需要識(shí)別的衛(wèi)星目標(biāo)短時(shí)間內(nèi)是點(diǎn)目標(biāo)，而圖像背 景中的恒星是線(xiàn)狀目標(biāo)，對(duì)圖像序列中的N取3，即取連續(xù)三幀圖像進(jìn)行操作，在邏輯上相 鄰兩幀圖像按位進(jìn)行“與”操作，得到兩幅包含目標(biāo)的圖像g(Xi，Yj, tk)，g(Xi，Yj, tk+1)，如 下g(Xi, Yj, tk) = f' (xi Yj, tk+1)&f' (xi Yj, tk)g(xi Yj, tk+i) = f' (Xi，Jj' tk+2) &f1 (xi Yj tk+1)繼續(xù)對(duì)圖像g(Xi，Yj, tk)，g(Xi，yj; tk+1)按位進(jìn)行“與”操作，則得到最終包含衛(wèi)星 目標(biāo)的圖像，如下B (Xi, Yj, tk+1) = g(x” Yj, tk)&g(Xi，Yj, tk+1)(6)上述目標(biāo)識(shí)別的方法簡(jiǎn)單易行，保證圖像處理的實(shí)時(shí)性，抗干擾能力強(qiáng)。 3)波門(mén)穩(wěn)定跟蹤步驟
通過(guò)連續(xù)三幀圖像識(shí)別，波門(mén)自動(dòng)套住跟蹤的目標(biāo)，只是得到了目標(biāo)的初始位置，由于非跟蹤目標(biāo)(例如恒星)穿越波門(mén)或跟蹤目標(biāo)本身的抖動(dòng)，將造成跟蹤目標(biāo)的丟失， 為保證波門(mén)始終穩(wěn)定跟蹤目標(biāo)，需要進(jìn)行一系列方法進(jìn)行處理。如圖2所示。首先，根據(jù)初步識(shí)別出的目標(biāo)位置(方位角度Ai、俯仰角度Ei,對(duì)應(yīng)的起始時(shí)間ti; 計(jì)算目標(biāo)方位和俯仰兩個(gè)方向的基準(zhǔn)速度，其中i是幀數(shù)<formula>formula see original document page 5</formula>其次，對(duì)連續(xù)三幀波門(mén)內(nèi)的N個(gè)目標(biāo)進(jìn)行遍歷，求得兩個(gè)方向的速度矢量序列，其 中，每?jī)蓚€(gè)目標(biāo)位置得到的速度是
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中，k是目標(biāo)編號(hào)，k = 1，2，. · · N ;i是圖像幀數(shù)。方位和俯仰方向各得到一個(gè)速度矢量序列，個(gè)數(shù)等于目標(biāo)數(shù)N:<formula>formula see original document page 5</formula>利用上述計(jì)算得到的兩個(gè)方向的速度序列值與目標(biāo)基準(zhǔn)速度比較，得到新的速度 差的絕對(duì)值，每一目標(biāo)點(diǎn)的值V' Ak= I Vak-Vao I, V' Ek =IVek-Veo得到的新的速度差絕對(duì)值的序列
<formula>formula see original document page 5</formula>分別統(tǒng)計(jì)M'皿兩個(gè)序列中的最小值，得到兩個(gè)最小值的位置序號(hào)[Ai, Ej.] 。統(tǒng)計(jì)得到的位置序號(hào)[Ai, Ej.],如果i = j，則確認(rèn)該序號(hào)目標(biāo)為跟蹤目標(biāo)。這種基于速度差的統(tǒng)計(jì)濾波方法，計(jì)算量只有2N次，保證了計(jì)算的實(shí)時(shí)性和濾波 的準(zhǔn)確性。實(shí)施例以某型口徑為IOOmm光電望遠(yuǎn)鏡跟蹤衛(wèi)星目標(biāo)為例，C⑶相機(jī)選用加拿大Andor 公司的DV887，像素?cái)?shù)為512X512，輸出灰度為16位，圖像采樣時(shí)間為20ms，采集卡接口為 PCI總線(xiàn)，方位和俯仰位置測(cè)量元件均選用24位絕對(duì)式編碼器。為在上述設(shè)備上實(shí)施波門(mén) 穩(wěn)定跟蹤，還需要準(zhǔn)備的條件有對(duì)相機(jī)調(diào)焦，保證空間目標(biāo)在相機(jī)靶面上圖像圓整性；利 用衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)引導(dǎo)設(shè)備指向衛(wèi)星，保證目標(biāo)初始的位置在相機(jī)靶面內(nèi)。具體實(shí)施過(guò)程首先按圖1中的工作流程，采集圖像，并對(duì)圖像進(jìn)行預(yù)處理工作， 詳細(xì)方法參見(jiàn)步驟1)；得到二值化后的圖像序列后，按步驟2)的方法進(jìn)行目標(biāo)初始識(shí)別， 得到目標(biāo)在相機(jī)靶面上的初始位置；按圖2中的流程進(jìn)行波門(mén)穩(wěn)定跟蹤。圖3給出了跟蹤 目標(biāo)序列的效果圖，在連續(xù)三幀波門(mén)跟蹤過(guò)程中，不斷有其它目標(biāo)進(jìn)入波門(mén)干擾對(duì)目標(biāo)的 提取，通過(guò)本發(fā)明波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)的持續(xù)穩(wěn)定跟蹤過(guò)程。
權(quán)利要求
一種電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟在光電望遠(yuǎn)鏡對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行電視閉環(huán)跟蹤過(guò)程中，根據(jù)最近三幀跟蹤目標(biāo)的位置得到已知目標(biāo)的速度矢量，做為速度比較的基準(zhǔn)；當(dāng)波門(mén)內(nèi)出現(xiàn)多目標(biāo)時(shí)，統(tǒng)計(jì)相鄰兩幀之間所有目標(biāo)的速度矢量，形成速度矢量序列；通過(guò)速度矢量序列與基準(zhǔn)速度做差，并求模，得到待評(píng)估值的序列；以評(píng)估值的最小值作為跟蹤目標(biāo)的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤目標(biāo)的穩(wěn)定提取和跟蹤。
全文摘要
本發(fā)明電視波門(mén)穩(wěn)定跟蹤的方法屬于光電望遠(yuǎn)鏡電視閉環(huán)跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，光電望遠(yuǎn)鏡在對(duì)空間目標(biāo)進(jìn)行電視閉環(huán)跟蹤過(guò)程中，由于非跟蹤目標(biāo)穿越波門(mén)或跟蹤目標(biāo)本身的抖動(dòng)，造成跟蹤目標(biāo)的丟失。本發(fā)明的方法根據(jù)最近三幀跟蹤目標(biāo)的位置得到目標(biāo)的速度矢量，做為速度比較的基準(zhǔn)；當(dāng)波門(mén)內(nèi)出現(xiàn)多目標(biāo)時(shí)，統(tǒng)計(jì)相鄰兩幀內(nèi)多目標(biāo)之間的速度矢量，形成速度矢量序列；通過(guò)速度矢量序列與基準(zhǔn)速度做差，并求模，得到待評(píng)估值的序列；以評(píng)估值的最小值作為跟蹤目標(biāo)的判據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)跟蹤目標(biāo)的穩(wěn)定提取和跟蹤。本發(fā)明的有益效果是通過(guò)對(duì)波門(mén)內(nèi)多目標(biāo)的速度矢量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)濾波，剔除干擾目標(biāo)的影響，保證電視跟蹤過(guò)程的平穩(wěn)。
文檔編號(hào)H04N5/213GK101820501SQ20101012855
公開(kāi)日2010年9月1日 申請(qǐng)日期2010年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月22日
發(fā)明者吳元昊, 曹景太, 楊輕云, 王斌, 賈建祿, 趙金宇, 郭爽 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所