CN107727059B - 目标位置确定系统及目标方位确定装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种目标位置确定系统及目标方位确定装置。涉及光电探测技术领域。本公开的目标方位确定装置包括底座、转动组件、图像采集组件、方位角检测组件和处理组件。转动组件设于底座。图像采集组件设于转动组件上，能在转动组件的驱动下，以一预设俯仰角在水平面内相对出初始位置转动至少一周，并实时采集环境图像。方位角检测组件用于实时检测图像采集组件相对于初始位置的方位角，且任一环境图像的像元对应于一方位角。处理组件用于判断环境图像中是否存在目标物体的目标图像，且在存在目标图像时，根据目标图像的像元确定目标图像对应的方位角，以作为目标物体的方位角。

Description

目标位置确定系统及目标方位确定装置
技术领域
本公开涉及光电探测技术领域，具体而言，涉及一种目标位置确定系统及目标方位确定装置。
背景技术
在军事防空、民航导航、区域安防、地质勘探等领域，经常需要对进入特定区域的目标物体进行识别，并确定该目标物体的方位，以便为准确的实行监控或打击等动作提供依据。现有技术中，通常是借助于激光或超声波对目标物体进行探测，通过探测数据的分析，确定目标物体的的方位，并进一步确定其高度、距离等信息。
但是，现有技术中的确定目标物体的方式虽然能对目标物体进行定位，但难以准确获取目标物的图像，不利于进行监控等后续操作，功能较为单一，且现有技术中对设备的安装精度的要求较高，不利于提高探测结果的精度。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本公开的目的在于提供一种目标位置确定系统及目标方位确定装置，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
根据本公开的一个方面，提供一种目标方位确定装置，包括：
底座；
转动组件，设于所述底座；
图像采集组件，设于所述转动组件上，能在所述转动组件的驱动下，以一预设俯仰角在水平面内相对出初始位置转动至少一周，并实时采集环境图像；
方位角检测组件，用于实时检测所述图像采集组件相对于所述初始位置的方位角，且任一所述环境图像的像元对应于一所述方位角；
处理组件，用于判断所述环境图像中是否存在目标物体的目标图像，且在存在所述目标图像时，根据所述目标图像的像元确定所述目标图像对应的方位角，以作为所述目标物体的方位角。
在本公开的一种示例性实施例中，在所述图像采集组件在水平面内转动一周的过程中，所述方位角检测组件用于均匀产生预定数量的脉冲，并根据所述脉冲的数量的增量确定所述方位角。
在本公开的一种示例性实施例中，所述预定数量为45万个，在所述图像采集组件转动1°的过程中，所述方位角检测组件能产生1250个所述脉冲，且每当所述图像采集组件转动一周后，能重新确定所述脉冲的数量的增量。
在本公开的一种示例性实施例中，所述目标方位确定装置还包括：
寻北组件，用于确定正北方向，所述图像采集组件位于初始位置时朝向正北方向。
在本公开的一种示例性实施例中，所述寻北组件为陀螺寻北仪。
在本公开的一种示例性实施例中，所述方位角检测组件为码盘。
在本公开的一种示例性实施例中，所述图像采集组件为红外热像仪。
在本公开的一种示例性实施例中，所述转动组件包括：
转盘，可转动地设于所述底座上；
第一驱动装置，设于所述底座，用于驱动所述转盘在水平面内转动；
支架，固定于所述转盘上，所述图像采集组件转动连接于所述支架并能相对所述支架在竖直平面内转动；
第二驱动装置，设于所述支架，用于驱动所述图像采集组件相对所述支架在竖直平面内转动。
根据本公开的一个方面，提供一种目标位置确定系统，包括：
两个上述任意一项所述的目标方位确定装置，两个所述目标方位确定装置的间距为预定距离；
计算组件，用于根据所述预定距离和两个所述目标方位确定装置检测到的目标物体的方位角和俯仰角确定所述目标物体在一空间坐标系中的坐标。
在本公开的一种示例性实施例中，两个所述的目标方位确定装置包括第一目标方位确定装置和第二目标方位确定装置；
所述计算组件用于计算所述目标物体在所述空间坐标系中的坐标(xp，yp，zp)，其中：
d为第一目标方位确定装置和第二目标方位确定装置的距离；α为第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的方位角，α1为第一目标方位确定装置确定的目标物体的方位角；α2为第二目标方位确定装置确定的目标物体的方位角；β为第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的俯仰角。
本公开的目标方位确定装置，可通过转动组件驱动图像采集组件以预设俯仰角在水平面内转动，以对周围环境进行实时扫描，并获取环境图像。同时，可通过方位角检测组件实时检测图像采集组件转动的方位角，使环境图像中的任一像元均存在对应的方位角。在处理组件判断环境图像中存在目标物体的目标图像时，可根据目标图像的像元确定目标图像对应的方位角，从而确定目标物体的方位角。同时，图像采集组件的俯仰角为固定的预设俯仰角，可作为目标物体的俯仰角。由此，可以根据目标物体的俯仰角和方位角确定目标物体的方位，并可获取目标物体的图像，有利于提高探测结果的精度。
本公开的目标位置确定系统，可通过两个目标方位确定装置从不同的位置分别确定同一目标物体的方位，从而可根据这两个目标方位确定装置的间距和各自确定的俯仰角和方位角最终计算出目标物体的准确位置，实现精确定位。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开示例实施方式的目标方位确定装置的结构示意图。
图2为本公开示例实施方式的目标方位确定装置的方框图。
图3为本公开示例实施方式的目标定位系统的方框图。
图4为本公开示例实施方式的目标定位系统确定目标物体坐标的原理图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本公开将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施方式的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而省略所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知技术方案以避免喧宾夺主而使得本公开的各方面变得模糊。
此外，附图仅为本公开的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。
本公开示例实施方式中提供了一种目标方位确定装置，如图1和图2所示，本示例实施方式的目标方位确定装置可以包括底座1、转动组件2、图像采集组件3、方位角检测组件4和处理组件5，其中：
转动组件2设于所述底座1。
图像采集组件3设于所述转动组件3上，能在所述转动组件2的驱动下，以一预设俯仰角在水平面内相对出初始位置转动至少一周，并实时采集环境图像。
方位角检测组件4用于实时检测所述图像采集组件3相对于所述初始位置的方位角，且任一所述方位角对应于所述环境图像的一列像元。
处理组件5用于判断所述环境图像中是否存在目标物体的目标图像，且在存在所述目标图像时，根据所述目标图像的像元确定所述目标图像对应的方位角，以此作为所述目标物体的方位角。
本示例实施方式的目标方位确定装置，可通过方位角检测组件4实时检测图像采集组件3转动的方位角，使环境图像中的任一像元均存在对应的方位角。同时，可根据目标图像的像元确定目标图像对应的方位角，从而确定目标物体的方位角。此外，图像采集组件3的俯仰角为固定的预设俯仰角，可作为目标物体的俯仰角。由此，可以根据目标物体的俯仰角和方位角确定目标物体的方位，并可获取目标物体的图像，由于图像采集组件3可在转动的过程中采集一周的环境图像，不需要对特定的方向进行探测，安装精度要求较低，有利于提高探测结果的精度。
下面，将对本示例实施方式中的目标方位确定装置的各部件进行进一步的说明。
在本示例实施方式中，底座1可以为箱体结构，其底部可设有滚轮，以便于移动。
在本示例实施方式中，转动组件2可以包括转盘21、支架22、第一驱动装置和第二驱动装置，其中：
转盘21的形状可以是圆形，也可以是矩形、椭圆形等其它形状。转盘21可水平设置于底座1上并与底座1转动连接，从而可在水平面内相对底座1转动。举例而言，底座1的上表面可设有一底盘，转盘21可具有一方位轴，该方位轴可垂直穿入该底盘并于底盘转动连接，转盘21可贴合于底盘并可相对底盘转动。
支架22可以包括U形架和俯仰轴，俯仰轴的两端可转动连接于U形架的两侧壁。U形架可通过焊接、卡接或利用螺栓连接等方式固定于转盘21上，从而可随转盘21同步转动。图像采集组件3可固定于俯仰轴上，并与U形结构的两侧壁转动连接，能相对U形架在竖直平面内转动。
第一驱动装置可以是伺服电机，其可设于底座1内并与转盘21连接，可驱动转盘21相对底座1在水平面内转动，从而通过支架22带动图像采集组件3随转盘21同步转动，使图形采集组件3在水平面内的方位角不断变化，该方位角为图像采集组件3在顺时针转动过程中的任一位置与初始位置的夹角。当然，图像采集组件3也可随转盘逆时针转动，相应的，方位角可为图像采集组件3在逆时针转动过程中的任一位置与初始位置的夹角。
第二驱动装置也可以是伺服电机，其可设于支架22内并与俯仰轴连接，从而可驱动俯仰轴相对U形架转动，从而带动图像采集组件3相对支架在竖直平面内转动，从而可调节图像采集组件3的俯仰角，该俯仰角为图像采集组件3与水平面的夹角。
在本示例实施方式中，图像采集组件3可以是红外热像仪等红外成像装置。可通过第二驱动装置使图像采集组件3相对水平面的俯仰角为预设俯仰角并保持不变。该预设俯仰角的具体数值，在此不做特殊限定，其可以是45°、60°等。同时，可通过第一驱动装置使转盘2带动图像采集组件3在水平面内转动至少一周，且保持上述预设俯仰角，从而对周围环境进行扫描探测，并拍摄环境图像，该环境图像为热像图，每一帧图像均包括多个阵列分布的像元，即像元呈多行和多列分布。当然，图像采集组件3也可以是其它非红外成像装置，其采集的图像可以是其它类型的图像。
在本示例实施方式中，方位角检测组件4可设于转盘2，可实时检测转盘2相对所转过的角度，该角度即为图像采集组件3的方位角。方位角检测组件4可以是码盘，例如增量码盘或绝对值码盘。当然，方位角检测组件4也以采用其它可检测角位移的装置，在此不再一一列举。
在图像采集组件3转动一周的过程中，其方位角可从0°增加到360°。且任一方位角对应于上述环境图像中的一列像元，也就是说，任一列像元均有唯一的一个方位角与之对应，从而可确定环境图像中各列像元的方位角。
举例而言，方位角检测组件4为码盘，该码盘可设于转盘2并可随着转盘2的转动而逐个产生脉冲。图像采集组件3在水平面内转动一周的过程中，该码盘可产生45万个的脉冲，且在图像采集组件3转动1°的过程中，产生1250个脉冲。通过记录脉冲的个数，可确定转盘2转过的角度，即图像采集组件3的方位角。也就是说，可通过确定脉冲的数量的增量来确定图像采集组件3的方位角。此外，每当图像采集组件3转动一周后，码盘可重新确定脉冲的数量，也就是说，每转动一周后，脉冲的个数将清零，随着转盘2的继续转动而重新计数。因此，图像采集组件3的方位角不小于0°，且不大于360°。
当然，在图像采集组件3转动一周的过程中，码盘所产生的脉冲的数量并不限于45万个，也可以更多或者更少；与此相应的，在图像采集组件3转动1°的过程中，码盘产生的脉冲的个数也也不限于1250个，也可以更多或更少。
在本示例实施方式中，处理组件5可以是包括工业控制计算机、数据库服务器和图像处理DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)设备的图像处理系统，其可以对图像采集组件2所采集的环境图像进行识别，并判断环境图像中否存在目标图像，该目标图像为目标物体的图像。识别目标图像的过程可以包括图像预处理、特征提取和对比查询等过程，图像预处理包括透雾处理、图像增强、防抖动处理等。关于识别目标图像的具体工作过程和原理可参考现有图像识别技术，在此不再详述。
若环境图像中存在目标图像，说明图像采集组件2的探测范围内存在目标物体。此时，处理组件5可确定目标图像的在环境图像中的像元，并根据该目标图像的像元确定对应的方位角，该方位角即为目标物体的方位角。从而实现对目标物体的方位的确定，为精确定位提供基础。
举例而言，处理组件5可实时接收环境图像和码盘产生的脉冲，并在当前帧的图像曝光的时刻，记录已经接收到的脉冲的个数，从而确定当前方位角，并将该当前方位角作为当前帧图像的一列像元的方位角，以此为基础可推算出其它列像元的方位角。具体而言，可计算相邻两帧图像的方位角的差值，对该差值按照一帧图像中的像元的列数进行均分，确定相邻两列像元的对应的角度差，从而可根据已经确定方位角的一列像元和该角度差计算出各列像元对应的方位角。同时，可对预设俯仰角按照一帧图像的像元的行数进行均分，从而可以确定各行像元的俯仰角。由此，可确定环境图像中任一像元的的俯仰角和方位角，从而可将目标图像的像元对应的方位角和俯仰角作为目标物体的方位角和俯仰角。
在本示例实施方式中，目标方位确定装置还可以包括寻北组件6，该寻北组件6可以是陀螺寻北仪，用于确定正北方向，图像采集组件3的初始位置可为朝向正北方向的位置。当然，寻北组件6还可以才采用GPS或北斗寻北等方式，在此不再详述。从而便于确定上述初始位置。
本公开示例实施方式还提供一种目标位置确定系统，如图3所示，本示例实施方式的目标位置确定系统可以包括计算组件9和上述任一实施方式的目标方位确定装置。
在本示例实施方式中，目标方位确定装置的数量可为两个，包括第一目标方位确定装置7和第二目标方位确定装置8。第一目标方位确定装置7和第二目标方位确定装置8可固定于探测区域的地面或其它安装面上，且间距为预定距离。第一目标方位确定装置7和第二目标方位确定装置8可同时进行探测，对于同一目标物体而言，第一目标方位确定装置7可确定该目标物体相对于第一目标方位确定装置7的方位角和俯仰角，第二目标方位确定装置8可确定该目标物体相对于第二目标方位确定装置8的方位角和俯仰角。
在本示例实施方式中，计算组件9可根据上述预定距离和两个目标方位确定装置检测到的目标物体的方位角和俯仰角确定目标物体在一空间坐标系中的坐标。
举例而言，如图4所示，计算组件9可以建立一空间坐标系o1xyz，该空间坐标系中，坐标原点o1为第一目标方位确定装置7所处的位置，o2点为第二目标方位确定装置8所处的位置，p点为目标物体所处位置。计算组件9可计算目标物体在该空间坐标系中的坐标，即p(xp，yp，zp)，以确定目标物体的具体位置，实现精确定位，其中的xp、yp和zp可根据下述公式计算得出：
其中：d为o1和o2间的距离，即第一目标方位确定装置和第二目标方位确定装置间的距离。
α为o2相对于o1的方位角，即第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的方位角。β为o2相对于o1的俯仰角，即第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的俯仰角。
α1为p相对于o1的方位角，即第一目标方位确定装置确定的目标物体的方位角。β1为p相对于o1的俯仰角，即第一目标方位确定装置确定的目标物体的俯仰角。
α2为p相对于o2的方位角，即第二目标方位确定装置确定的目标物体的方位角。β2为p相对于o2的俯仰角，即第二目标方位确定装置确定的目标物体的俯仰角。
本公开示例实施方式的目标位置确定系统，可通过两个目标方位确定装置从不同的位置分别确定同一目标物体的方位，从而可根据这两个目标方位确定装置的间距和各自确定的俯仰角和方位角最终计算出目标物体的准确位置，实现精确定位。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员易于理解，这里描述的示例实施方式可以通过软件实现，也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此，根据本公开实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM，U盘，移动硬盘等)中或网络上，包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本公开实施方式的方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由所附的权利要求指出。

Claims (9)

1.一种目标方位确定装置，其特征在于，包括：
底座；
转动组件，设于所述底座；
图像采集组件，设于所述转动组件上，能在所述转动组件的驱动下，以一预设俯仰角在水平面内相对出初始位置转动至少一周，并实时采集环境图像；每一帧所述环境图像均包括多个像元，且所述像元呈多行和多列分布；
方位角检测组件，用于实时检测所述图像采集组件相对于所述初始位置的方位角，且任一所述环境图像的像元对应于一所述方位角；
处理组件，用于判断所述环境图像中是否存在目标物体的目标图像，且在存在所述目标图像时，以所述目标图像的像元对应的方位角作为所述目标物体的方位角；
根据所述目标图像的像元确定所述目标图像对应的方位角；包括：
将当前方位角作为当前帧环境图像的一列像元的方位角；
计算相邻两帧所述环境图像的方位角的差值，并对该差值按照一帧图像中的像元的列数进行均分，确定相邻两列所述像元对应的角度差；
根据当前方位角对应的一列所述像元和所述角度差计算出各列所述像元对应的方位角。
2.根据权利要求1所述的目标方位确定装置，其特征在于，在所述图像采集组件在水平面内转动一周的过程中，所述方位角检测组件用于均匀产生预定数量的脉冲，并根据所述脉冲的数量的增量确定所述方位角。
3.根据权利要求2所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述预定数量为45万个，在所述图像采集组件转动1°的过程中，所述方位角检测组件能产生1250个所述脉冲，且每当所述图像采集组件转动一周后，能重新确定所述脉冲的数量的增量。
4.根据权利要求1～3任一项所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述目标方位确定装置还包括：
寻北组件，用于确定正北方向，所述图像采集组件位于初始位置时朝向正北方向。
5.根据权利要求4所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述寻北组件为陀螺寻北仪。
6.根据权利要求1～3任一项所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述方位角检测组件为码盘。
7.根据权利要求1～3任一项所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述图像采集组件为红外热像仪。
8.根据权利要求1～3任一项所述的目标方位确定装置，其特征在于，所述转动组件包括：
转盘，可转动地设于所述底座上；
第一驱动装置，设于所述底座，用于驱动所述转盘在水平面内转动；
支架，固定于所述转盘上，所述图像采集组件转动连接于所述支架并能相对所述支架在竖直平面内转动；
第二驱动装置，设于所述支架，用于驱动所述图像采集组件相对所述支架在竖直平面内转动。
9.一种目标位置确定系统，其特征在于，包括：
两个权利要求1～8任一项所述的目标方位确定装置，两个所述目标方位确定装置的间距为预定距离；
计算组件，用于根据所述预定距离和两个所述目标方位确定装置检测到的目标物体的方位角和俯仰角确定所述目标物体在一空间坐标系中的坐标；
两个所述的目标方位确定装置包括第一目标方位确定装置和第二目标方位确定装置；
所述计算组件用于计算所述目标物体在所述空间坐标系中的坐标(xp，yp，zp)，其中：
d为第一目标方位确定装置和第二目标方位确定装置的距离；α为第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的方位角，α1为第一目标方位确定装置确定的目标物体的方位角；α2为第二目标方位确定装置确定的目标物体的方位角；β为第二目标方位确定装置相对于第一目标方位确定装置的俯仰角；β1为第一目标方位确定装置确定的目标物体的俯仰角。
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