CN106447700A - 经纬仪中多传感器协同跟踪装置及跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置及跟踪方法，属于一种跟踪装置。所述经纬仪中多传感器协同跟踪装置包括：光学系统、图像传感器、跟踪器等。所述光学系统分别将物体聚焦到图像传感器靶面上，图像传感器将其转换成图像信号送到各自跟踪器进行计算，计算结果直接输出。每个跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元，参考其他传感器的信息，包括外引导信息。该装置能够在每路传感器内对目标进行实时跟踪的同时，利用其它传感器的信息来判断所跟踪目标的可信度，从而提高跟踪可靠性。本发明提供的跟踪方法，跟踪过程中，利用其它传感器的信息，仅增加少量计算量，不影响跟踪实时性，但极大的提高了跟踪的可靠性。

Description

经纬仪中多传感器协同跟踪装置及跟踪方法

技术领域

本发明涉及经纬仪技术领域，具体涉及一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置及跟踪方法。

背景技术

电视跟踪器是利用光电成像技术，计算传感器跟踪范围内的各类目标距离视场中心的偏差(也称脱靶量)，把该偏差送给伺服系统，由伺服系统控制经纬仪转动，将目标拉到视场中心，进而实现跟踪的系统。为了跟踪不同特性目标及不同距离的目标，目前大部分经纬仪的电视跟踪系统都包括不同焦距的光学系统及不同波段的传感器，例如焦距有定焦系统，多档变焦系统，连续变焦系统等，传感器有长波红外、中波红外、短波红外、可见光相机等；传统处理方法有两种，一种是各个传感器独立跟踪，由人手动选取伺服利用哪个传感器的数据，图1是其示例图，由于没有利用其它传感器信息，使得各跟踪器跟踪的可能不是同一目标，切换跟踪目标时要凭经验；另一种是多传感器融合跟踪，图2是其示例图，其中包括两种实现方案，图2中加粗实线的方案是每个跟踪器先各自进行图像处理，将处理结果送给融合系统进行融合处理，这种方案需要各个跟踪器数据的同步，必然会增加脱靶量的输出延时；图2中加粗虚线的方案是融合系统直接处理多传感器的图像数据，这种方案对于大于两个的传感器很难实时完成跟踪处理。因此如何在不增加脱靶量输出延时的前提下，尽量利用其它传感器信息，提高跟踪质量是具有多传感器的经纬仪亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种在一台经纬仪上存在多个传感器进行跟踪时，每个跟踪器都能合理利用其它传感器信息进行跟踪的装置，进而提供一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置及跟踪方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案具体如下：

一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置，包括：多个不同焦距的光学系统、多个不同波段的传感器、图像跟踪器及跟踪结果输出单元、信息交换单元和外引导；

所述光学系统分别将物体聚焦到所述传感器靶面上，传感器将其转换成图像信号送到各自的图像跟踪器进行计算，每个图像跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元，参考其他传感器的跟踪结果及外引导的信息，计算结果由跟踪结果输出单元直接输出。

在上述技术方案中，所述装置的一种具体方案为，包括：长波红外定焦光学系统、长波红外传感器、长波红外图像跟踪器、长波红外跟踪结果输出单元、中波红外两档焦距光学系统、中波红外传感器、中波红外图像跟踪器、中波红外跟踪结果输出单元、可见光连续变焦光学系统一、可见光传感器一、可见光图像跟踪器一、可见光跟踪结果输出单元一、可见光连续变焦光学系统二、可见光传感器二、可见光图像跟踪器二、可见光跟踪结果输出单元二、信息交换单元和外引导；

所述长波红外定焦光学系统、中波红外两档焦距光学系统、可见光连续变焦光学系统一和可见光连续变焦光学系统二分别将物体聚焦到长波红外传感器、中波红外传感器、可见光传感器一和可见光传感器二靶面上，各传感器分别将其转换成图像信号后，分别送到长波红外图像跟踪器、中波红外图像跟踪器、可见光图像跟踪器一和可见光图像跟踪器二进行计算，每个跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元，参考其他传感器的跟踪结果及外引导的信息，计算结果由长波红外跟踪结果输出单元、中波红外跟踪结果输出单元、可见光跟踪结果输出单元一、可见光跟踪结果输出单元二直接输出。

在上述技术方案中，所述信息交换单元为外部通讯系统、CPCI计算机或公共存储部件。

一种经纬仪中多传感器协同跟踪方法，包括以下步骤：

a.读图像：读当前帧图像存到DSP内存中；

b.读外系统信息：时间码、编码器值及当前跟踪状态；

c.当前是否有正在跟踪的目标，若没有转到步骤k；

d.若有计算目标的脱靶量，根据外引导信息判断本跟踪器所跟踪的是否是主跟踪目标，不是主跟踪目标转到步骤i；

e.若是主跟踪目标，根据目标特性计算目标跟踪的可信度；

f.若可信度大于阈值，输出目标脱靶量；

g.若可信度不大于阈值，找跟踪统一目标的其它传感器中跟踪置信度最高者，建议将主跟踪目标转到该路跟踪器上，输出目标脱靶量；

h.不是主跟踪目标，其它跟踪器是否有主跟踪目标，若没有，输出目标脱靶量；

i.其它跟踪器有跟踪的目标，判断本跟踪器跟踪的目标与主跟踪目标是否是同一目标，若是同一目标，输出目标脱靶量；

j.若与主跟踪目标不是同一目标，在主跟踪目标位置捕获目标，若捕到目标，计算可信度，可信度大于设定阈值，则跟踪新捕获的目标，否则跟踪原目标并标识出与主跟踪目标不一致，输出目标脱靶量，若没捕到目标，直接输出目标脱靶量；

k.当前没有正在跟踪的目标，根据当前其它跟踪器中是否有主跟踪目标作相应处理：

有主跟踪目标时，首先在主跟踪目标位置捕获目标，捕到目标就跟踪该目标，输出目标状态；在该位置没捕到目标时再在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，则将捕获到的目标标识出与主跟踪目标不一致；

没有主跟踪目标时，在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，计算与其它传感器所跟踪目标是否是同一目标并做出标记。

本发明的有益效果是：

本发明提供的经纬仪中多传感器协同跟踪装置，该装置能够在每路传感器内对目标进行实时跟踪的同时，利用其它传感器的信息来判断所跟踪目标的可信度，从而提高跟踪可靠性。

本发明提供的经纬仪中多传感器协同跟踪方法，跟踪过程中，利用其它传感器的信息，仅增加少量计算量，不影响跟踪实时性，但极大的提高了跟踪的可靠性。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1为现有经纬仪上的多传感器跟踪器独立跟踪的示意图。

图2为现有经纬仪上的多传感器融合跟踪示意图。

图3为本发明提供的经纬仪中多传感器协同跟踪装置示意图。

图4为本发明提供的经纬仪中多传感器协同跟踪方法流程图。

图3中的附图标记表示为：

1-长波红外定焦光学系统、2-长波红外传感器、3-长波红外图像跟踪器、4-长波红外跟踪结果输出单元、5-中波红外两档焦距光学系统、6-中波红外传感器、7-中波红外图像跟踪器、8-中波红外跟踪结果输出单元、9-可见光连续变焦光学系统一、10-可见光传感器一、11-可见光图像跟踪器一、12-可见光跟踪结果输出单元一、13-可见光连续变焦光学系统二、14-可见光传感器二、15-可见光图像跟踪器二、16-可见光跟踪结果输出单元二、17-信息交换单元、18-外引导。

具体实施方式

本发明的发明原理为：目标相对光轴的角度等于量纲乘以目标距视场中心的像素值，量纲就是每个像素所代表的角度值，其格式如下式：

由量纲公式可以看出，当一个传感器确定后，像元尺寸就固定了，那么量纲仅与焦距有关，只要知道当前的实时焦距，就可以计算出量纲，进而就可以知道所跟踪的目标相对光轴的角度，再参考目标运动趋势，就可以计算出4个传感器是否是跟踪同一目标。若是同一目标再根据各个传感器目标的对比度来判断哪个可信度更高。

下面结合附图对本发明做以详细说明。

参见图3：一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置，包括：长波红外定焦光学系统1、长波红外传感器2、长波红外图像跟踪器3、长波红外跟踪结果输出单元4、中波红外两档焦距光学系统5、中波红外传感器6、中波红外图像跟踪器7、中波红外跟踪结果输出单元8、可见光连续变焦光学系统一9、可见光传感器一10、可见光图像跟踪器一11、可见光跟踪结果输出单元一12、可见光连续变焦光学系统二13、可见光传感器二14、可见光图像跟踪器二15、可见光跟踪结果输出单元二16、信息交换单元17和外引导18；

其中每个传感器的跟踪原理与背景技术中第一种方式相同。所述长波红外定焦光学系统1、中波红外两档焦距光学系统5、可见光连续变焦光学系统一9和可见光连续变焦光学系统二13分别将物体聚焦到长波红外传感器2、中波红外传感器6、可见光传感器一10和可见光传感器二14靶面上，各传感器分别将其转换成图像信号后，分别送到长波红外图像跟踪器3、中波红外图像跟踪器7、可见光图像跟踪器一11和可见光图像跟踪器二15进行计算，每个跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元17，参考其他传感器的跟踪结果及外引导18的信息，计算结果由长波红外跟踪结果输出单元4、中波红外跟踪结果输出单元8、可见光跟踪结果输出单元一12、可见光跟踪结果输出单元二16直接输出。

所述信息交换单元17为外部通讯系统、CPCI计算机或公共存储部件。

所述外部通讯系统可以是主控系统，因为在经纬仪中主控系统需要接收跟踪器发出的跟踪结果信息同时还需要发送时间码编码器及外引导18数据等给跟踪器，所以与所有跟踪器都有双向接口，可以作为信息交换单元17。

对于基于CPCI结构图像处理卡的跟踪器，每个CPCI图像卡都对应一路跟踪器，当各个卡都插在CPCI计算机内时，上位机就可以和每一个进行图像卡进行通讯，因此也可以作为信息交换单元17。

本发明的主要特点在于，每个跟踪器(包括长波红外图像跟踪器3、中波红外图像跟踪器7、可见光图像跟踪器一11和可见光图像跟踪器二15在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元17，参考其他传感器的信息，包括外引导18信息。例如长波红外图像跟踪器3在计算目标脱靶量时要参考中波红外跟踪结果输出单元8、可见光跟踪结果输出单元一12、可见光跟踪结果输出单元二16及外引导18的信息。同理中波红外图像跟踪器7、可见光图像跟踪器一11和可见光图像跟踪器二15也参考其它3个跟踪结果和外引导18信息。

参见图4：一种经纬仪中多传感器协同跟踪方法，包括以下步骤：

a.读图像：读当前帧图像存到DSP内存中；

b.读外系统信息：时间码、编码器值及当前跟踪状态；

c.当前是否有正在跟踪的目标，若没有转到步骤k；

d.若有计算目标的脱靶量，根据外引导信息判断本跟踪器所跟踪的是否是主跟踪目标，不是主跟踪目标转到步骤i；

e.若是主跟踪目标，根据目标特性计算目标跟踪的可信度；

f.若可信度大于阈值，输出目标脱靶量；

g.若可信度不大于阈值，找跟踪统一目标的其它传感器中跟踪置信度最高者，建议将主跟踪目标转到该路跟踪器上，输出目标脱靶量；

h.不是主跟踪目标，其它跟踪器是否有主跟踪目标，若没有，输出目标脱靶量；

i.其它跟踪器有跟踪的目标，判断本跟踪器跟踪的目标与主跟踪目标是否是同一目标，若是同一目标，输出目标脱靶量；

j.若与主跟踪目标不是同一目标，在主跟踪目标位置捕获目标，若捕到目标，计算可信度，可信度大于设定阈值，则跟踪新捕获的目标，否则跟踪原目标并标识出与主跟踪目标不一致，输出目标脱靶量，若没捕到目标，直接输出目标脱靶量；

k.当前没有正在跟踪的目标，根据当前其它跟踪器中是否有主跟踪目标作相应处理：

有主跟踪目标时，首先在主跟踪目标位置捕获目标，捕到目标就跟踪该目标，输出目标状态；在该位置没捕到目标时再在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，则将捕获到的目标标识出与主跟踪目标不一致；

没有主跟踪目标时，在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，计算与其它传感器所跟踪目标是否是同一目标并做出标记。

所述主跟踪目标是指经纬仪的伺服系统利用该目标信息来控制经纬仪。所述目标状态：包括目标脱靶量，目标是否有效，与其它目标是否是同一目标等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (4)

1.一种经纬仪中多传感器协同跟踪装置，其特征在于，包括：多个不同焦距的光学系统、多个不同波段的传感器、图像跟踪器及跟踪结果输出单元、信息交换单元和外引导；

所述光学系统分别将物体聚焦到所述传感器靶面上，传感器将其转换成图像信号送到各自的图像跟踪器进行计算，每个图像跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元，参考其他传感器的跟踪结果及外引导的信息，计算结果由跟踪结果输出单元直接输出。

2.根据权利要求1所述的经纬仪中多传感器协同跟踪装置，其特征在于，所述装置的一种具体方案为：包括：长波红外定焦光学系统(1)、长波红外传感器(2)、长波红外图像跟踪器(3)、长波红外跟踪结果输出单元(4)、中波红外两档焦距光学系统(5)、中波红外传感器(6)、中波红外图像跟踪器(7)、中波红外跟踪结果输出单元(8)、可见光连续变焦光学系统一(9)、可见光传感器一(10)、可见光图像跟踪器一(11)、可见光跟踪结果输出单元一(12)、可见光连续变焦光学系统二(13)、可见光传感器二(14)、可见光图像跟踪器二(15)、可见光跟踪结果输出单元二(16)、信息交换单元(17)和外引导(18)；

所述长波红外定焦光学系统(1)、中波红外两档焦距光学系统(5)、可见光连续变焦光学系统一(9)和可见光连续变焦光学系统二(13)分别将物体聚焦到长波红外传感器(2)、中波红外传感器(6)、可见光传感器一(10)和可见光传感器二(14)靶面上，各传感器分别将其转换成图像信号后，分别送到长波红外图像跟踪器(3)、中波红外图像跟踪器(7)、可见光图像跟踪器一(11)和可见光图像跟踪器二(15)进行计算，每个跟踪器在计算目标脱靶量的同时，通过信息交换单元(17)，参考其他传感器的跟踪结果及外引导(18)的信息，计算结果由长波红外跟踪结果输出单元(4)、中波红外跟踪结果输出单元(8)、可见光跟踪结果输出单元一(12)、可见光跟踪结果输出单元二(16)直接输出。

3.根据权利要求1或2所述的经纬仪中多传感器协同跟踪装置，其特征在于，所述信息交换单元(17)为外部通讯系统、CPCI计算机或公共存储部件。

4.一种经纬仪中多传感器协同跟踪方法，包括以下步骤：

a.读图像：读当前帧图像存到DSP内存中；

b.读外系统信息：时间码、编码器值及当前跟踪状态；

c.当前是否有正在跟踪的目标，若没有转到步骤k；

d.若有计算目标的脱靶量，根据外引导信息判断本跟踪器所跟踪的是否是主跟踪目标，不是主跟踪目标转到步骤i；

e.若是主跟踪目标，根据目标特性计算目标跟踪的可信度；

f.若可信度大于阈值，输出目标脱靶量；

g.若可信度不大于阈值，找跟踪统一目标的其它传感器中跟踪置信度最高者，建议将主跟踪目标转到该路跟踪器上，输出目标脱靶量；

h.不是主跟踪目标，其它跟踪器是否有主跟踪目标，若没有，输出目标脱靶量；

i.其它跟踪器有跟踪的目标，判断本跟踪器跟踪的目标与主跟踪目标是否是同一目标，若是同一目标，输出目标脱靶量；

j.若与主跟踪目标不是同一目标，在主跟踪目标位置捕获目标，若捕到目标，计算可信度，可信度大于设定阈值，则跟踪新捕获的目标，否则跟踪原目标并标识出与主跟踪目标不一致，输出目标脱靶量，若没捕到目标，直接输出目标脱靶量；

k.当前没有正在跟踪的目标，根据当前其它跟踪器中是否有主跟踪目标作相应处理：

有主跟踪目标时，首先在主跟踪目标位置捕获目标，捕到目标就跟踪该目标，输出目标状态；在该位置没捕到目标时再在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，则将捕获到的目标标识出与主跟踪目标不一致；

没有主跟踪目标时，在整个视场捕获目标，若没捕到目标输出目标状态，若捕到目标，计算与其它传感器所跟踪目标是否是同一目标并做出标记。