CN102135777B - 车载红外跟踪系统 - Google Patents
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Abstract
本发明车载红外跟踪系统，属于红外成像及图像处理技术领域。特别适合在夜晚对所追踪的目标进行定位、测距、跟踪，并应用到大雾天气。该系统利用焦平面红外探测器采集目标物红外图像，通过多路信号处理单元与数据接口将采集到的红外图像传送到ARM控制模块，利用自适应阈值分割模块对图像进行非均匀性校正、信号预处理、阈值分割、目标提取、二级轨迹跟踪；利用偏差校正模块，控制转台驱动模块驱动图像采集部分旋转，使目标始终锁定在触摸屏中央区域，且可以指示被追踪目标的方向；通过GPS模块定位，激光测距模块测距，并将上述信息显示在车内触摸屏中，同时通过无线通讯模块将目标信息上传到网络服务器当中，从而实现对目标跟踪的目的。
Description
技术领域
本发明属于红外成像及图像处理技术领域，涉及一种车载红外跟踪系统。
背景技术
目前国内外各种红外跟踪系统大多用于军事方面，例如红外制导、红外雷达、对付海面目标及超低空目标等等，而用于民用的还很少见。在缺少可见光的时候，红外热像仪可以利用红外探测器和光学成像系统接收被测目标的红外辐射能量分布图形，将其反映到红外探测器的光敏元件上，从而获得被拍摄目标的红外像图，并根据图像处理的方法，对目标实施跟踪。普通的汽车没有图像采集系统，较高档的汽车也只会对车后方的情景进行采集。而且目前市场上还没有车载红外跟踪系统对目标进行红外图像采集与识别、跟踪的设备。
发明内容
本发明提供一种车载红外跟踪系统。
为了达到上述目的，本发明采用了下述技术方案：
所述车载红外跟踪系统包括图像处理及显示部分、图像采集部分及图像采集平台；其中所述图像处理及显示部分包括无线通讯模块、GPS模块、自适应阈值分割模块、偏差校正模块、供电模块、触摸屏、存储模块、按键模块以及连接并控制该所述无线通讯模块、GPS模块、自适应阈值分割模块、偏差校正模块、供电模块、触摸屏、存储模块、按键模块、转台驱动模块、可变焦光学系统、激光测距模块的ARM控制模块；所述图像采集部分包括可变焦光学系统、焦平面红外探测器、激光测距模块、数据接口以及连接并处理该所述焦平面红外探测器的多路模拟信号处理单元；所述图像采集平台包括可旋转支架、直流力矩电机以及驱动图像采集部分旋转的的转台驱动模块。
所述数据接口采用24引脚的标准接口，其中包括10个信号数据位，一个模拟信号电源、模拟信号接地、数字信号电源、数字信号接地、AF自聚焦电源、AF自聚焦接地、水平驱动信号、垂直驱动信号、控制总线、外接电源，两个时钟信号；一个直流力矩电机电源，直流力矩电机接地。
所述自适应阈值分割模块使用的是多假设跟踪算法，包括Kalman滤波预测、门限关联和多假设跟踪与轨迹管理，分为两级跟踪，通过二级跟踪过程的阈值计算反馈调整平台阈值，实现了对目标的检测，保证了目标跟踪的实时性、稳定性。由此实现对红外小目标、远距离目标的高效跟踪。
图像采集部分根据跟踪目标的位置变化，进行旋转，并锁定跟踪目标。
所述触摸屏右上角显示与目标方向一致的箭头指示目标的方向；触摸屏左上角显示目标的距离、定位；触摸屏左下角显示备选的三种模式。
所述触摸屏有三种显示模式：
模式一：使图像采集部分保持向前的位置，即拍摄车正前方的路况，适合用于夜晚和大雾天气行车的时候；
模式二：通过手控摇杆调节图像采集部分的拍摄方向，尤其是在夜晚、大雾的天气，可对周围隐藏的目标进行目标识别；
模式三：通过点击触摸屏上的对象，确定跟踪目标，图像采集部分自动对目标实施跟踪并指示方向。
所述触摸屏的下部有一摇杆，当选择模式二的时候，可以通过摇杆控制图像采集部分的方向。
所述GPS模块将被跟踪的目标定位。
所述无线通讯模块将数据无线上传到服务器当中。
该车载红外跟踪系统将图像采集部分放在汽车车顶的前端部分，用于采集汽车前方目标的红外图像，并将图像传到车内的图像处理及显示部分，通过触摸屏显示出来，并通过触摸屏选定目标，对目标进行非均匀性校正、信号预处理、阈值分割、目标提取、二级轨迹跟踪；再通过偏差矫正，控制转台驱动模块驱动图像采集部分旋转，使目标始终锁定在触摸屏中央区域；根据图像采集部分与车水平方向的角度，在触摸屏中显示相应角度的箭头，指示被跟踪目标的方向；同时利用GPS模块定位，确定跟踪目标的位置；利用激光测距模块，测量车与跟踪目标的距离，并将上述信息与被跟踪目标的红外图像一起显示在车内触摸屏中，再通过无线通讯模块将目标信息上传到服务器当中，从而实现对目标跟踪的目的。
该系统有三种模式，模式一：使图像采集部分保持向前的位置，即拍摄车正前方的路况，适合用于夜晚和大雾天气行车的时候；模式二：通过手控摇杆调节图像采集部分的拍摄方向，尤其是在夜晚、大雾的天气，可对周围隐藏的目标进行目标识别；模式三：通过点击触摸屏上的对象，确定跟踪目标，图像采集部分自动对目标实施跟踪并指示方向。
附图说明
图1为本发明所述车载红外跟踪系统的原理及连接框图；
图2为本发明所述车载红外跟踪系统中图像采集成部分；
图3为本发明所述车载红外跟踪系统的红外跟踪信号处理流程图；
图4为本发明所述车载红外跟踪系统触摸屏显示对目标跟踪示意图；
图4-1目标在车的正前方；图4-2目标在车的侧方
图5为本发明所述车载红外跟踪系统中数据接口采用的24引脚的标准接口。
具体实施方式；
实施例1
参见图1所述，所述车载红外跟踪系统包括图像处理及显示部分10、图像采集部分20及图像采集平台30；其中所述图像处理及显示部分10包括无线通讯模块100、GPS模块101、自适应阈值分割模块102、偏差校正模块103、供电模块104、触摸屏105、存储模块106、按键模块107以及连接并控制该该所述无线通讯模块100、GPS模块101、自适应阈值分割模块102、偏差校正模块103、供电模块104、触摸屏105、存储模块106、按键模块107、转台驱动模块302、可变焦光学系统200、激光测距模块202的ARM控制模块108；所述无线通讯模块100用于将图像处理及显示部分10处理后的结果上传到网络服务器中；所述GPS模块101用以对目标物进行全球定位；所述自适应阈值分割模块102用以对采集数据进行非均匀性校正、信号预处理、阈值分割、目标提取、二级轨迹跟踪；所述偏差校正模块103控制图像采集部分20旋转，将目标始终锁定在触摸屏105中央区域；所述供电模块104用以提供工作电压给图像处理及显示部分10、图像采集部分20及图像采集平台30；所述触摸屏105用以显示跟踪图像，且可以指示目标的方向；所述存储模块106用以存储记录所跟踪目标的信息，所述按键模块107可以很方便的对图像采集部分20进行控制；所述图像采集部分20包括可变焦光学系统200、焦平面红外探测器201、激光测距模块202、数据接口203以及连接并处理该所述焦平面红外探测器的多路模拟信号处理单元204；所述可变焦光学系统200用以对目标实现自聚焦；所述焦平面红外探测器201用以采集被追踪目标的红外信息；所述激光测距模块202用以测量目标与本车之间的距离；所述数据接口203用以将焦平面红外探测器201所采集的信息传递给ARM控制模块108；所述图像采集平台30包括可旋转支架300、直流力矩电机301以及驱动图像采集部分10旋转的的转台驱动模块302；所述可旋转支架300可以旋转图像采集部分20；所述直流力矩电机301可以为可旋转支架300提供力矩。
结合图1和图3中所示，在本实施实例中，所述图像采集部分20为通过焦平面红外探测器101采集红外光学系统100所收集的目标的红外辐射量，且通过多路信号处理单元204、数据接口203将采集到图像信息传送到ARM控制模块108于触摸屏105中显示，当手动点击触摸屏105确认跟踪目标时，所述图像处理及显示部分10在ARM控制模块108的控制下启动自适应阈值分割模块102进行非均匀性校正、信号预处理、阈值分割、目标提取、二级轨迹跟踪；启动偏差校正模块103进行偏差校正，启动转台驱动模块302驱动直流力矩电机301工作，旋转图像采集部分20，使目标始终锁定在触摸屏105中央区域，且触摸屏105中的箭头可以指示目标的方向。图3大括号内为自适应阈值分割模块102的阈值分割过程。
图2为图像采集部分20模型，将焦平面红外探测器201与直流力矩电机301内嵌于该模型的上部，模型前方为可变焦光学系统200，中间为可旋转支架300，下部为数据接口203，数据接口203采用24引脚的标准接口，如图5所示。
图4为车内显示器获取外部跟踪目标图像的示意图，图4-1为当目标在车的正前方时，触摸屏105右上角箭头方向也是向前的，同时在屏幕中央用圆圈锁定被追踪的目标；图4-2为当追踪目标在车的侧方时，图像采集部分20转向追踪目标，同时触摸屏105中箭头方向与图像采集部分20方向一致，也是指向被测目标，并在屏幕中央用圆圈锁定被追踪的目标。屏幕的左上角A显示目标的距离、定位，屏幕的左下角B显示目标的三种备选模式；触摸屏105右下方为按键控制模块107；触摸屏105正下方有一摇杆在选择模式二时可通过摇杆控制图像采集部分20的采集方向。
图5中为数据接口采用的24引脚的标准接口，其中有10个信号数据位，一个模拟信号电源、模拟信号接地、数字信号电源、数字信号接地、AF自聚焦电源、AF自聚焦接地、水平驱动信号、垂直驱动信号、控制总线、外接电源，两个时钟信号；一个直流力矩电机电源，直流力矩电机接地。
目标跟踪分为三种模式，模式一：使图像采集部分20保持向前的位置，即拍摄车正前方的路况，适合用于夜晚和大雾天气行车的时候；模式二：通过手动调节触摸屏105上的摇杆来控制图像采集部分的拍摄方向，尤其是在夜晚和大雾天气，可对周围隐藏的目标进行目标识别，模式三：通过点击触摸屏105上的对象，确定跟踪目标，图像采集部分20自动对目标实施跟踪并指示方向。
结合上述，且参见图1、图2、图3和图4中所示，下面对本发明在实际应用中作一介绍：
所述自适应阈值分割模块102使用的是多假设跟踪算法，在此基础上提出了可靠的分割目标与背景的自适应阈值选取方法，包括Kalman滤波预测、门限关联和多假设跟踪与轨迹管理，由此以实现对红外小目标的高效检测。在跟踪算法中，分为两级跟踪，通过二级跟踪过程的阈值计算反馈调整平台阈值，很好地实现了对目标的检测，保证了目标跟踪的实时性、稳定性。
所述ARM控制装置108用ARM9处理器S3C2440作为数字信号处理的核心。该处理器的最高运行频率为400MHz，具有较大的内存和丰富的外围接口，并将采用WinCE嵌入式操作系统，此系统的界面和Windows较为类似，易于被用户接受。此系统的稳定性较高。我们将在此系统的平台上编写相应的应用程序，来控制系统的工作。
所述多路信号处理单元204主要分为微弱电信号的放大、A/D转换、数字信号处理、数据的显示。在电路设计中，首先要保证有足够大的增益，使得微弱信号变为能够被ADC采集的信号，同时要尽量抑制电路中产生的噪声，并保证多路放大链路的一致性。同时选用AD7656作为A/D转化的核心部件。
所述数据的存储模块106选用S3C2440芯片并自身带有SD卡或USB接口，设计将测试数据及设备状态实时地存储到SD卡。同时用户可以定期通过即插即用设备随时备份数据，实现探测数据的易保存、易转移的特性，并可以进行更高级的数据处理。
所述触摸屏105用于显示最终处理结果。在WinCE的操作系统之上，编写符合红外图像显示的人性化操作界面，此界面具有显示直观、操作简便的特点。
本实施例所述车载红外跟踪系统采用了高性能焦平面的多晶硅材料探测器以及智能嵌入式系统处理平台，可以跟踪采集图像中的所选目标，该技术结合图像同步采集技术、自适应阈值分割技术、偏差校正技术、GPS定位技术、嵌入式智能分析技术、数据流无线上传技术，从而使得用户可以在不同地点都能在第一时间远程监控到采集信息及所处理的结果。
Claims (8)
1.一种车载红外跟踪系统，其特征在于，所述车载红外跟踪系统包括图像处理及显示部分、图像采集部分及图像采集平台；其中所述图像处理及显示部分包括无线通讯模块、GPS模块、自适应阈值分割模块、偏差校正模块、供电模块、触摸屏、存储模块、按键模块以及连接并控制该所述无线通讯模块、GPS模块、自适应阈值分割模块、偏差校正模块、供电模块、触摸屏、存储模块、按键模块、转台驱动模块、可变焦光学系统、激光则距模块的ARM控制模块；所述图像采集部分包括可变焦光学系统、焦平面红外探测器、激光测距模块、数据接口以及连接并处理该所述焦平面红外探测器的多路模拟信号处理单元；所述图像采集平台包括可旋转支架、直流力矩电机以及驱动图像采集部分旋转的转台驱动模块。
2.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述数据接口采用24引脚的标准接口，其中包括10个信号数据位，一个模拟信号电源、模拟信号接地、数字信号电源、数字信号接地、AF自聚焦电源、AF自聚焦接地、水平驱动信号、垂直驱动信号、控制总线、外接电源，两个时钟信号；一个直流力矩电机电源，直流力矩电机接地。
3.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述自适应阈值分割模块使用的是多假设跟踪算法，包括Kalman滤波预测、门限关联和多假设跟踪与轨迹管理，分为两级跟踪，通过二级跟踪过程的阈值计算反馈调整平台阈值。
4.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述图像采集部分根据跟踪目标的位置变化，进行旋转，并锁定跟踪目标。
5.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述触摸屏右上角显示与目标方向一致的箭头用来指示目标的方向；触摸屏左上角显示目标的距离、定位；触摸屏左下角显示备选的三种模式。
6.根据权利要求5所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述触摸屏有三种显示模式：
模式一：使图像采集部分保持向前的位置，即拍摄车正前方的路况，适合用于夜晚和大雾天气行车的时候；
模式二：通过手控摇杆调节图像采集部分的拍摄方向，所述触摸屏的下部有一摇杆，当选择模式二的时候，通过摇杆控制图像采集部分的方向；在夜晚、大雾的天气，可对周围隐藏的目标进行目标识别；
模式三：通过点击触摸屏上的对象，确定跟踪目标，图像采集部分自动对目标实施跟踪并指示方向。
7.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述GPS模块将被跟踪的目标定位。
8.根据权利要求1所述车载红外跟踪系统，其特征在于，所述无线通讯模块将数据无线上传到服务器当中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130102 Termination date: 20141214 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |