CN105354861A - 一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法。选取跟踪目标，跟踪目标处于跟踪平台跟踪范围内时，计算跟踪平台在某段时间内的陀螺平均速度值，记录n组陀螺平均速度值。根据n组陀螺平均速度值v和获取陀螺平均速度值v的时间点X，通过建立直线方程，得到跟踪平台在所述跟踪目标下的运动速度轨迹；当跟踪平台丢失跟踪目标时，将跟踪丢失后的各个时间点代入所述直线方程，从而求得跟踪丢失后的跟踪平台在各个时间点处的陀螺速度值以代替跟踪平台位置回路输出值，驱动跟踪平台运动，重新捕获所述跟踪目标。本发明可以实现针对长时间受遮挡物遮挡的目标，在重新出现后，仍然可以对目标进行快速有效的捕获，大大提高了抗遮挡技术的追踪效果。

Description

一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法

技术领域

本发明涉及一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法。属于用于目标追踪的抗遮挡技术领域。

背景技术

随着光电技术的发展，越来越多的研究方向致力于将光学和电子技术相互渗透和相互结合。其中，利用红外和激光等光电探测新技术所研制的光电系统在目标轨迹的预测和跟踪技术得到广泛应用。在目标跟踪时，经常会发生目标被障碍物遮挡，从而导致目标跟踪丢失的问题。因此，当跟踪目标再次出现时，快速有效地重新捕获目标是解决此类问题的关键。

在现有技术中关于针对目标跟踪的抗遮挡技术，如中国专利文献号为CN103077539A,专利名称为《一种复杂背景及遮挡条件下的运动目标跟踪方法》中，所述专利文献利用目标颜色、目标纹理特征、目标局部光流信息等特征，通过结合卡尔曼滤波算法，对下一帧或几帧目标运动位置进行预测，实现对目标的重新捕获。但这种跟踪方式下的目标预测只能实现对目标部分遮挡的跟踪，即使针对目标在全遮挡下的跟踪也只能实现目标在几百毫秒内的短时间预测。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法，解决了对于受遮挡物遮挡时间过长的目标重现后，无法对其准确快速捕获的问题。

本发明通过如下方案予以实现：

一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法，步骤如下：

步骤1)，选取跟踪目标，跟踪目标处于跟踪平台跟踪范围内时，计算跟踪平台在时间t内的陀螺平均速度值v，记录n组所述的陀螺平均速度值v，记为v₁,v₂,v₃…v_n；

步骤2)，根据n组陀螺平均速度值v和获取陀螺平均速度值v的时间点X，即X₁,X₂,X₃,…,X_n，通过建立一条直线方程，得到跟踪平台在所述跟踪目标下的运动速度轨迹，直线方程表达式如下：

Y＝a₀+a₁X(1)

其中，X为获取陀螺平均速度值v的时间点；Y为对应各个时间点的陀螺平均速度值；a₀和a₁为直线方程的两个参数；

步骤3)，当跟踪平台丢失跟踪目标时，将跟踪目标丢失后的各个时间点X_n+1,X_n+2,X_n+3,…,X_m代入所述直线方程，从而求得将所述跟踪目标丢失后的跟踪平台在各个时间点处的陀螺速度值v_n+1,v_n+2,v_n+3…v_m；

步骤4)，根据所述陀螺速度值v_n+1,v_n+2,v_n+3…v_m，代替位置回路输出值，驱动跟踪平台运动，重新捕获所述跟踪目标。

进一步的，所述步骤1)中，通过跟踪平台对所述跟踪目标进入跟踪功能的时间和跟踪误差，判断跟踪目标是否处于跟踪平台跟踪范围内。

进一步的，步骤2)所述的参数a₀和a₁中，根据方程∑Y＝a₀N+a₁∑X和∑XY＝a₀∑X+a₁∑X²，求得参数a₀和a₁，其中，Y为跟踪平台的陀螺平均速度值v₁,v₂,v₃…v_n，X为对应的陀螺平均速度值v₁,v₂,v₃…v_n的时间点X₁,X₂,X₃,…,X_n。

本发明和现有技术相比的有益效果是：

现有技术中关于对目标跟踪的抗遮挡技术，当跟踪目标长时间受到遮挡物的掩护，当目标再次出现后，很难准确的对其重新捕获，从而丢失跟踪目标。本发明根据跟踪平台在追踪目标时，以一定的速度或加速度进行飞行，具备一定的运动规律。通过计算各个时间点的平台的陀螺速度，拟合出一条平台的运动曲线，一旦跟踪目标丢失，可以根据运动曲线，预测一定时间后的陀螺速度，从而驱动平台运行，即可重新捕获跟踪目标。本发明可以实现针对长时间受遮挡物遮挡的目标，在重新出现后，仍然可以目标进行快速有效的捕获，大大提高了抗遮挡技术的追踪效果。

而且，本发明算法简单，适用性强，不需要对硬件条件做任何改变，只需要在相应的软件中增加代码即可实现抗遮挡功能，具有良好的通用性和移植性。

附图说明

图1是本发明实施例的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明。

一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法的实施例，步骤如下：

(1)在飞机上搭载一台光电设备平台，用于追踪目标轨迹。选取追踪目标，根据跟踪平台进入跟踪功能的时间和跟踪误差，判断跟踪目标是否处于跟踪平台的跟踪范围内。

本实施例中，获取200ms内跟踪平台对跟踪目标的跟踪情况，每隔20ms计算一次跟踪误差，即跟踪目标位置坐标距跟踪平台的视场中心坐标的误差量(脱靶量)。将所得的误差量进行均值运算，求得跟踪平台在200ms内的平均跟踪误差。如果平均跟踪误差小于20像素，并且跟踪平台在进入跟踪功能的时间超过3s,即可认为跟踪平台处于正常且稳定的跟踪状况，跟踪目标处于跟踪平台的跟踪范围内。

(2)求取跟踪平台陀螺速度：当跟踪目标处于跟踪平台的跟踪范围内时，计算跟踪平台在20ms内的陀螺平均速度值。总共求取400组跟踪平台在20ms内陀螺平均速度值，并存入相应的数组中，计算跟踪平台的位置回路输出值。如果跟踪目标没有处于跟踪平台的跟踪范围内，则不计算陀螺平均速度值。

(3)拟合跟踪平台速度曲线：根据存入400组跟踪平台的陀螺速度值和这400组数据对应的时间点，通过建立一条直线方程，拟合得到跟踪目标处于跟踪平台的跟踪范围内时，跟踪平台的运动速度曲线。直线方程表达式为：

Y＝a₀+a₁X(1)

其中，Y为对应各个时间点的陀螺平均速度值，X为对应该陀螺平均速度值的时间点，a₀和a₁为直线方程的两个参数。

所述参数a₀和a₁则通过方程∑Y＝a₀N+a₁∑X和∑XY＝a₀∑X+a₁∑X²计算求得。其中，累加的Y为存入的400组跟踪平台的陀螺速度值，累加的X为对应400组陀螺速度值的时间点。

(4)重新捕获跟踪目标：当跟踪目标丢失时，将跟踪目标丢失后的各个时间点代入拟合的跟踪平台的运动速度曲线，即可得到跟踪目标丢失后的跟踪平台对应各个时间点的陀螺速度值。根据所求的陀螺速度值可以得到跟踪平台的位置回路输出值，进而驱动跟踪平台运动，可使跟踪平台将跟踪目标丢失后仍可以按照原来的运动轨迹和趋势进行运动，当跟踪目标经过一定时间重新出现后，即可快速准确重新捕获目标并进行跟踪。

作为其他实施方式，在求解直线方程Y＝a₀+a₁X中的参数a₀和a₁中，同样可以采用其他方式求解这两个参数的数值。

上述实施例中为了更加清楚、完整的说明该技术方案的具体实施方式，在上述实施例中对一些参量赋予详细的数值，这样方便所属技术领域人员对本技术方案的理解。但是，在实际的应用中，由于目标的特征不同，以及所处的环境因素不同等原因，需要针对不同的现场应用，合理的调整参数的选取。因此，对本发明进行修改或者等同的替换，并且起到的作用与本发明中的相应技术手段基本相同，实现的发明目的也基本相同，得到的技术方案仍然在本发明保护的范围内。

Claims (3)

1.一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法，其特征在于，步骤如下：

步骤1)，选取跟踪目标，跟踪目标处于跟踪平台跟踪范围内时，计算跟踪平台在时间t内的陀螺平均速度值v，记录n组所述的陀螺平均速度值v，记为v₁,v₂,v₃…v_n；

步骤2)，根据n组陀螺平均速度值v和获取陀螺平均速度值v的时间点X，即X₁,X₂,X₃,…,X_n，通过建立一条直线方程，得到跟踪平台在所述跟踪目标下的运动速度轨迹，直线方程表达式如下：

Y＝a₀+a₁X(1)

其中，X为获取陀螺平均速度值v的时间点；Y为对应各个时间点的陀螺平均速度值；a₀和a₁为直线方程的两个参数；

步骤3)，当跟踪平台丢失跟踪目标时，将跟踪目标丢失后的各个时间点X_n+1,X_n+2,X_n+3,…,X_m代入所述直线方程，从而求得将所述跟踪目标丢失后的跟踪平台在各个时间点处的陀螺速度值v_n+1,v_n+2,v_n+3…v_m；

步骤4)，根据所述陀螺速度值v_n+1,v_n+2,v_n+3…v_m，代替位置回路输出值，驱动跟踪平台运动，重新捕获所述跟踪目标。

2.根据权利要求1所述的一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法，其特征在于，所述步骤1)中，通过跟踪平台对所述跟踪目标进入跟踪功能的时间和跟踪误差，判断跟踪目标是否处于跟踪平台跟踪范围内。

3.根据权利要求1所述的一种机载光电设备基于目标轨迹预测的跟踪方法，其特征在于，步骤2)所述的参数a₀和a₁中，根据方程∑Y＝a₀N+a₁∑X和∑XY＝a₀∑X+a₁∑X²，求得参数a₀和a₁，其中，Y为跟踪平台的陀螺平均速度值v₁,v₂,v₃…v_n，X为对应的陀螺平均速度值v₁,v₂,v₃…v_n的时间点X₁,X₂,X₃,…,X_n。