CN101458169A - 实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法，其步骤：统一测量源与被测系统坐标系，将被测系统中心十字线坐标定义为跟踪坐标系的坐标原点(0，0)，将测量源目标坐标系与被测系统跟踪坐标系的中心位置坐标重合设置；统一测量源与被测系统采样时钟频率；通过测量源生成的标准CCIR视频来同步测量源与被测系统，以达到测量源与被测系统的时序处理上的同步；在测量源与被测系统时序同步的基础上，进行后续数据整理，实现串行通讯同步，记录一段时间的数据进行分析与测量，通过跟踪精度偏差计算公式得出精确的跟踪系统的跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确指标及数据。本发明具有灵活方便，测量精度高，研制成本低等特点。

Description

实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法

技术领域

本发明属于实时图像跟踪系统跟踪速度测试与测量技术，应用于电视/红外等高速实时图像跟踪系统跟踪速度测量的仪器及装置，也可应用于计算机视觉性能测试等领域。具体地说是一种对实时图像跟踪系统跟踪速度性能指标进行定量精确测量的方法。

背景技术

在电视/红外实时图像跟踪系统中，跟踪速度作为一项重要的技术指标，直接影响到整个系统的总体性能是否能够满足使用要求。跟踪速度指标是否满足要求，需要一个专用精确的测量仪器和一个合理的测量方法来进行测试与测量，而测试与测量精度是其中的关键技术，测试与测量的精度不能低于被测系统的分辨率。现有的跟踪速度测量方法多采用光学成像原理，控制光学成像组件运动，然后通过摄像机成像提供给实时图像跟踪系统，实现跟踪速度的测试与测量，测试与测量精度受光学成像组件的运动控制精度、成像摄像机的安装精度、光学模拟目标成像后的测量标定及外界光学干扰等因素的影响，因此测试与测量精度无法保证。而且测试过程复杂，测试中需要进行严格的安装精度测量与调整，测量精度低，同时测量仪器价格也非常昂贵。

发明内容

为了克服现有跟踪速度测试与测量方法中测试难度大，使用不方便，测量精度低，测量设备价格昂贵等各种不足，本发明目的是提供一种使用灵活方便，测量精度高，测量仪器研制成本低的实时图像跟踪系统跟踪速度测量的方法，该测量方法基于模拟目标生成电路数字化成像方式实现实时图像跟踪系统跟踪速度测量。

为了实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

1)统一测量源与被测系统坐标系，将被测系统中心十字线坐标定义为跟踪坐标系的坐标原点(0，0)，将测量源目标坐标系与被测系统跟踪坐标系的中心位置坐标重合设置；

2)统一测量源与被测系统采样时钟频率，在相同中心原点坐标位置的情况下，使用相同的行、列计数标准，保证测量系统度量单位的一致性；

3)通过测量源生成的标准CCIR视频来同步测量源与被测系统，以达到测量源与被测系统的时序处理上的同步，将此同步产生的中断信号被作为后续数据整理，数据通讯及后期数据分析与测量的基础；

4)在测量源与被测系统时序同步的基础上，进行后续数据整理，实现串行通讯同步，记录一段时间的数据进行分析与测量，通过跟踪精度偏差计算公式得出精确的跟踪系统的跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确指标及数据。

其中所述被测系统跟踪脱靶量坐标(记为Xi，Yi)，测量源的目标坐标(记为Xoi，Yoi)，统计均方根σX，σY，分别得水平、垂直方向不同跟踪速度下的跟踪精度偏差，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi}-\mathrm{Ex})}^2}$ ${\mathrm{\σ}}_y=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi}-\mathrm{Ey})}^2};$

所述N为采样、统计次数；Ex，Ey分别为被测系统跟踪脱靶量坐标与测量源的目标坐标平均偏差，具体为：

$\mathrm{Ex}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi})$ $\mathrm{Ey}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi});$

所述被测系统跟踪脱靶量坐标及测量源的目标坐标单位为像素；在统计计算水平、垂直方向不同跟踪速度下的跟踪精度偏差时去掉目标折返处数据。

本发明的有益效果是：

1.本发明基于实时图像跟踪系统跟踪速度测试与测量技术，将测量源目标坐标系与被测系统跟踪坐标系的中心位置坐标重合设置，统一测量源与被测系统采样时钟频率，保证测量系统度量单位的一致性，通过测量源生成的标准CCIR视频来同步测量源与被测系统，以达到测量源与被测系统的时序处理上的同步，实现串行通讯同步，通过记录一段时间的数据进行分析与测量，实现跟踪速度的测试与测量。处理速度快，可以达到毫秒级，测量精度可以达到1个像素；

2.本发明测量方法通过硬件模拟目标生成电路与测量计算机跟踪速度测量程序相结合，使用灵活方便，可准确定量测量跟踪速度，测量精度高，成本低；

3.本发明可以采用模拟目标生成电路全硬件实现方式，能够实现标准模拟视频(CCIR)与各种尺寸、照度、位置、运动速度、运动方式的模拟目标(方形目标)生成，工作稳定可靠，使用方便，并可单独用于其它的测试与测量应用场合；

4.本发明可广泛应用于电视/红外等高速实时图像跟踪系统跟踪速度测量的仪器及装置，也可应用于计算机视觉性能测试等领域。

附图说明

图1.本发明方法示意图。

图2.本发明实施例模拟目标生成电路原理图。

图3.本发明实施例跟踪速度测量程序流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1，实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法如下：

统一模拟目标生成电路与被测实时图像跟踪系统坐标系，即统一测量源与被测系统坐标系，将被测系统中心十字线坐标定义为跟踪坐标系的坐标原点(0，0)，将测量源目标坐标系与被测系统跟踪坐标系的中心位置坐标重合设置(模拟目标生成电路设计上可以调整中心坐标参考原点位置)；

统一模拟目标生成电路与被测实时图像跟踪系统采样时钟频率，即统一测量源与被测系统采样时钟频率，本例被测系统采样时钟频率为10M，模拟目标生成电路的数模转换器输出时钟频率为10M，在相同中心原点坐标位置的情况下，使用相同的行、列计数标准，保证测量系统度量单位的一致性；

通过模拟目标生成电路生成的标准CCIR视频来同步模拟目标生成电路与被测实时图像跟踪系统，以达到测量源与被测系统的时序处理上的同步，此同步产生的中断信号被作为后续数据整理，数据通讯及后期数据分析与测量的基础；

在统一模拟目标生成电路与被测实时图像跟踪系统同步的基础上，进行后续数据整理，统一测量源与被测系统数据处理及数据通讯的时序，即对齐了模拟目标生成电路与被测实时图像跟踪系统发给测量计算机的数据，实现串行通讯同步、通过记录一段时间的数据进行分析与测量，通过跟踪精度偏差计算公式得出精确的跟踪系统的跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确指标及数据；其中：被测实时图像跟踪系统跟踪脱靶量坐标(记为Xi，Yi)，模拟目标生成电路的目标坐标(记为Xoi，Yoi)，单位为像素。间隔一定时间读一次，读40次组成一组数据，统计均方根σX，σY，分别为水平、垂直方向不同跟踪速度下的跟踪精度偏差(在统计计算时去掉目标折返处数据)，计算公式如下：

$\mathrm{Ex}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi})$ $\mathrm{Ey}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi})$

${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi}-\mathrm{Ex})}^2}$ ${\mathrm{\σ}}_y=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi}-\mathrm{Ey})}^2}$

其中：N为采样、统计次数；Ex，Ey分别为被测系统跟踪脱靶量坐标与测量源的目标坐标平均偏差。

本发明中测量计算机配有RS-232和RS-422异步串行接口扩展卡、图像采集卡、模拟操控手柄等测试设备，使用Microsoft的VC++软件编写跟踪速度测量程序(存于测量计算机)，实现功能如下：

实现测试视频的采集显示与捕控十字线的叠加；

实现发送被测实时图像跟踪系统的操控指令，接收被测实时图像跟踪系统返回的跟踪状态及数据信息；

实现发送模拟目标生成电路的操控指令，接收模拟目标生成电路的目标信息数据；

通过记录一段时间的数据进行统计，得出精确的跟踪系统的跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确指标及数据。

测量计算机使用多媒体定时器实现毫秒级(通常基于CCIR视频标准的实时图像跟踪系统通讯周期为20ms)精确定时，每次产生定时器中断时发送指令数据查询被测实时图像跟踪系统与模拟目标生成电路的通讯数据，实现跟踪速度的精确测量。

在图2所示中，本发明中模拟目标生成电路以现场可编程阵列(FPGA)、数字信号处理器(DSP)、数模转换器(D/A)为核心，数字信号处理器(DSP)通过异步通讯接口(UART)与测量计算机连接，数字信号处理器(DSP)与现场可编程阵列(FPGA)通过数据总线方式连接，系统内部使用40M时钟信号，现场可编程阵列(FPGA)产生的视频数据通过数模转换器(D/A)输出，产生标准CCIR视频信号。

视频信号的同步、消隐信号产生：现场可编程阵列(FPGA)通过配置于模拟目标生成电路的40M时钟的计数与系统设置的视频信号时序参数进行比较，产生行、场同步。再以行场同步信号为基础产生行、场消隐信号。类似于规定一个512*256的显示窗口。

目标坐标的生成与速度控制(本实施例使用方形目标)：现场可编程阵列(FPGA)对时钟和行同步信号计数，产生系统的行列坐标，即目标坐标(记为Xoi，Yoi)，通过与数字信号处理器(DSP)写入现场可编程阵列(FPGA)的位置坐标进行比较，产生设定尺寸及位置的模拟目标。改变每场数字信号处理器(DSP)写入现场可编程阵列(FPGA)的目标位置坐标可以完成目标的移动，目标的速度由每场写入位置坐标的改变量确定。

其中本发明现场可编程阵列(FPGA)采用ALTERA公司的ACEX1K100芯片，数字信号处理器(DSP)采用TI公司的TMS2812芯片。模拟目标生成电路为全硬件实现，可以生成各种尺寸、照度、位置、运动速度、运动方式的模拟目标，并可单独用于其它的测试与测量应用场合。

如图3所示，跟踪速度测量程序中描述了具体的跟踪速度测试与测量的过程，具体流程如下：

首先，由测量计算机发送模拟目标生成电路控制指令：设定强对比度的模拟目标，目标坐标位置(0，0)；

然后，由测量计算机发送被测实时图像跟踪系统控制指令：发出锁定指令，发给被测系统的锁定坐标为(0，0)，将测量源的目标坐标与被测系统的锁定坐标统一；

再后，由测量计算机判断被测实时图像跟踪系统是否能够稳定跟踪；

如果能够稳定跟踪，由测量计算机发送模拟目标生成电路控制指令，由模拟目标生成电路中数字信号处理器(DSP)控制写入现场可编程阵列(FPGA)的位置坐标的改变量实现目标运动速度的控制。从需要测量的运动速度低一些的速度(本实施例采用低4-5个像素的速度开始测量)开始控制模拟目标运动并测量，在该运动速度下的测量完成后控制模拟目标生成电路生成的模拟目标运动速度增加，重复上述测量过程，直到达到需要测量的运动速度测量结束，根据跟踪精度偏差的计算公式计算，实现对被测系统跟踪速度的精确测量和评估；

如果不能够稳定跟踪，则停止测量。

本发明使用模拟目标生成电路生成可控模拟目标视频，通过测量计算机配合实现被测实时图像跟踪系统跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确测试与测量，提高了应用上的方便性、灵活性。本测试与测量方法远远优于原有测试与测量方法，测量精度为1个像素。

Claims (4)

1.一种实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法，其特征是步骤如下：

1)统一测量源与被测系统坐标系，将被测系统中心十字线坐标定义为跟踪坐标系的坐标原点(0，0)，将测量源目标坐标系与被测系统跟踪坐标系的中心位置坐标重合设置；

2)统一测量源与被测系统采样时钟频率，在相同中心原点坐标位置的情况下，使用相同的行、列计数标准，保证测量系统度量单位的一致性；

3)通过测量源生成的标准CCIR视频来同步测量源与被测系统，以达到测量源与被测系统的时序处理上的同步，将此同步产生的中断信号被作为后续数据整理，数据通讯及后期数据分析与测量的基础；

4)在测量源与被测系统时序同步的基础上，进行后续数据整理，实现串行通讯同步，记录一段时间的数据进行分析与测量，通过跟踪精度偏差计算公式得出精确的跟踪系统的跟踪速度与不同跟踪速度下跟踪精度的精确指标及数据。

2.根据权利要求1所述实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法，其特征是：其中所述被测系统跟踪脱靶量坐标，记为Xi，Yi，测量源的目标坐标，记为Xoi，Yoi，统计均方根σX，σY，分别得水平、垂直方向不同跟踪速度下的跟踪精度偏差，计算公式如下：

${\mathrm{\σ}}_x=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi}-\mathrm{Ex})}^2}$

${\mathrm{\σ}}_y=\sqrt{\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi}-\mathrm{Ey})}^2};$

其中：N为采样、统计次数；Ex，Ey分别为被测系统跟踪脱靶量坐标与测量源的目标坐标平均偏差，具体为：

$\mathrm{Ex}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Xi}-\mathrm{Xoi})$          $\mathrm{Ey}=\frac{1}{N}\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{Yi}-\mathrm{Yoi}).$

3.根据权利要求2所述实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法，其特征是：所述被测系统跟踪脱靶量坐标及测量源的目标坐标单位为像素。

4.根据权利要求2所述实时图像跟踪系统跟踪速度测量方法，其特征是：在统计计算水平、垂直方向不同跟踪速度下的跟踪精度偏差时去掉目标折返处数据。

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