CN108008408B - 搜索跟踪成像方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搜索跟踪成像方法、装置及系统，涉及光学侦测领域。所述搜索跟踪成像方法包括：获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。本发明提出一种红外和激光距离选通成像相结合的搜索跟踪成像系统，采用红外、激光距离选通、可见光多光谱成像工作方式，可以有效的克服雨、雪、雾等不利自然条件对光波散射所造成的影响，解决对近程低慢小空中目标观测跟踪难的问题。

Description

搜索跟踪成像方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及光学侦测领域，具体而言，涉及一种搜索跟踪成像方法、装置及系统。

背景技术

低慢小目标是低空、慢速、小型空中目标简称，通常指高度1000m以下、飞行速度低于200km/h(55m/s)，雷达反射截面小于2m²的小型航空飞行器。由于体积小、操作简单、飞行高度低、地面遮挡多，目前在近程范围内，对于其尚无有效的观测手段。

由于低慢小目标具有小型化、隐身化、低空化、近程化的特点，其造成的多普勒效应不明显，传统雷达探测效果不明显，存在地空探测盲区大，回波小，容易与气象干扰、杂波干扰或鸟群相混淆等缺点，存在虚警率过高等问题，因此用于要地防护的近程监视侦察系统成为近年来各国大力发展的一项关键技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种搜索跟踪成像方法、装置及系统，其能够有效改善上述问题。

本发明的实施例是这样实现的：

第一方面，本发明实施例提供了一种搜索跟踪成像方法，所述方法包括：获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。

第二方面，本发明实施例还提供了一种搜索跟踪成像装置，其包括红外模块，用于获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；跟踪模块，用于基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；激光距离选通模块，用于对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。

第三方面，本发明实施例还提供了一种搜索跟踪成像系统，其包括二维转台、可见光成像系统、激光距离选通成像系统、红外成像系统、激光测距系统、转台控制系统以及图像实时处理跟踪系统，所述红外成像系统用于进行大视场搜索、发现、跟踪可疑目标，以及获取目标的红外图像数据，所述图像实时处理跟踪系统用于实时处理所述红外图像数据，计算所述目标的脱靶量，并将所述脱靶量传输给所述转台控制系统，以使所述目标成像于视场中心，所述转台控制系统用于控制所述二维转台根据所述脱靶量实时跟踪目标，并实时测量所述目标的方位角，所述激光测距系统用于获取所述目标的方位角，并对所述目标进行激光测距，所述可见光成像系统用于对所述目标进行自然光成像，所述激光距离选通成像系统用于对所述目标进行激光选通成像。

本发明实施例提供的搜索跟踪成像方法、装置及系统，首先获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；然后基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；最后对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。与现有技术相比，本发明实施例提供的搜索跟踪成像系统采用了将红外、激光距离选通、可见光多光谱成像相结合的工作方式，其中红外成像具有探测距离远、视场大、对点目标侦测能力强、结构紧凑、体积小、可靠性高等优点，激光距离选通成像具有对烟雾的穿透能力强、抗干扰能力强、精确定位、主动照明成像等优点，可见光具有白天被动成像特点，通过将多种成像技术结合，可以发挥各自的优势，提高激光距离选通成像系统目标精确测量能力和全天候适应能力，可以有效的克服雨、雪、雾等不利自然条件对光波散射所造成的影响，解决对近程低慢小空中目标观测跟踪难的问题，并且对于隐藏在树林和伪装网后的可疑目标也具备一定的侦察能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为一种可应用于本发明实施例中的电子设备的结构框图；

图2为本发明第一实施例提供的搜索跟踪成像方法的流程框图；

图3为本发明第一实施例中步骤S210的子步骤流程框图；

图4为本发明第一实施例中步骤S400、S410、S420的流程框图；

图5为本发明第一实施例中步骤S220的子步骤流程框图；

图6为本发明第一实施例中步骤S600的流程框图；

图7为本发明第二实施例提供的搜索跟踪成像装置的结构框图；

图8为本发明第二实施例提供的跟踪模块的结构框图；

图9为本发明第二实施例提供的另一种搜索跟踪成像装置的结构框图；

图10为本发明第二实施例提供的激光距离选通模块的结构框图；

图11为本发明第三实施例提供的搜索跟踪成像系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1示出了一种可应用于本申请实施例中的电子设备100的结构框图。如图1所示，电子设备100可以包括存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140和搜索跟踪成像装置。例如，该电子设备100可以为个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、智能手机、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等。

存储器110、存储控制器120、处理器130、显示屏幕140各元件之间直接或间接地电连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件之间可以通过一条或多条通讯总线或信号总线实现电连接。所述搜索跟踪成像方法分别包括至少一个可以以软件或固件(firmware)的形式存储于存储器110中的软件功能模块，例如所述搜索跟踪成像装置包括的软件功能模块或计算机程序。

存储器110可以存储各种软件程序以及模块，如本申请实施例提供的搜索跟踪成像方法、装置及系统对应的程序指令/模块。处理器130通过运行存储在存储器110中的软件程序以及模块，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现本申请实施例中的搜索跟踪成像方法。存储器110可以包括但不限于随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，只读存储器(Read Only Memory，ROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-OnlyMemory，PROM)，可擦除只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，EPROM)，电可擦除只读存储器(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)等。

处理器130可以是一种集成电路芯片，具有信号处理能力。上述处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。其可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

本发明实施例中所应用的电子设备100为实现搜索跟踪成像方法，还可以具备自显示功能，其中的显示屏幕140可以在所述电子设备100与用户之间提供一个交互界面(例如用户操作界面)或用于显示图像数据给用户参考。例如，可以显示搜索跟踪成像装置获取的目标的红外数据图像、激光图像以及计算出的目标脱靶量等数据。

在介绍本发明的具体实施例之前首先需要说明的是，本发明是计算机技术在光学侦测领域的一种应用。在本发明的实现过程中，会涉及到多个软件功能模块的应用。申请人认为，如在仔细阅读申请文件、准确理解本发明的实现原理和发明目的以后，在结合现有公知技术的情况下，本领域技术人员完全可以运用其掌握的软件编程技能实现本发明，凡本发明申请文件提及的软件功能模块均属此范畴，申请人不再一一列举。

第一实施例

请参照图2，本实施例提供了一种搜索跟踪成像方法，所述方法包括：

步骤S200：获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；

本实施例中，所述设定空域可以是用于搜索可疑目标的红外成像系统的有效探测范围。在搜索目标时，载有红外成像系统和激光成像系统的二维光电跟踪转台来回转动，在所述设定空域内进行巡航扫描搜索，并由所述红外成像系统搜索可疑目标，发现目标后将所述目标成像，生成所述目标的实时红外图像数据。

步骤S210：基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；

本实施例中，在红外成像系统发现所述目标后，可根据所述目标的实时红外图像数据，控制转台转动对所述目标进行实时跟踪对准，以将所述目标调整至视场中心，以便于对所述目标的精确成像以及距离、方位测量。

步骤S220：对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。

激光距离选通成像具有对烟雾的穿透能力强、抗干扰能力强、精确定位、主动照明成像等优点。本实施例中，激光选通成像系统可以对所述目标进行距离选通成像，并进行光学成像系统的变焦、调焦，最终获取所述目标的清晰图像。

请参照图3，本实施例中，进一步的，所述步骤S210可以包括如下子步骤：

步骤S300：基于所述实时红外图像数据，计算所述目标的脱靶量；

本实施例中，转台控制系统可以根据目标的实时红外图像数据实时计算目标脱靶量，以对所述目标进行跟踪。本实施例中，所述脱靶量指的是目标在显示屏幕上的图像相对于屏幕中心的位置。

步骤S310：基于所述目标的脱靶量，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准。

本实施例中，转台控制系统可基于上一步骤获取的目标脱靶量，实时控制转台朝目标所在位置进行转动，以对所述目标进行实时跟踪对准。

请参照图4，本实施例中，进一步的，在所述步骤S210之后，还可以包括如下步骤：

步骤S400：判断所述目标是否在视场中心；

在步骤S400的判断结果为是时，执行步骤S410；

在步骤S400的判断结果为否时，返回执行步骤S210；

步骤S410：获取所述目标的方位角，并对所述目标进行激光测距；

本实施例中，由于目标可能一直处于运动状态，在转台跟踪目标的过程中，目标可能在视场中心附近的区域内漂移。当目标刚好位于视场中心时，通过激光测距系统对所述目标进行激光测距，即可精确获取所述目标的距离。

本实施例中，转台控制系统中设置有编码器，其能够实时测量转台的俯仰、水平方位角，来反映所述目标的俯仰、水平方位角，以获取所述目标的空间坐标。

步骤S420：输出所述目标的方位角和距离。

本实施例中，可以将获取的所述目标的方位角和距离上报给服务器或其他终端，以精确、快速实时告知用户所述目标的当前位置。

请参照图5，本实施例中，进一步的，所述步骤S220可以包括如下子步骤：

步骤S500：对所述目标进行激光距离选通成像；

本实施例中，激光选通成像系统具有对烟雾的穿透能力强、抗干扰能力强、精确定位、主动照明成像等优点，其可以对所述目标进行距离选通成像。

步骤S510：调整激光距离选通成像系统，直至所述目标成像清晰；

本实施例中，激光选通成像系统在对所述目标进行激光选通成像时，可以实时对光学系统进行变焦、调焦，直到所述目标成像清晰，以获取所述目标的清晰图像。

步骤S520：输出所述目标的清晰图像。

本实施例中，可以将所述目标的清晰图像上传至服务器或其他终端进行处理或存储，记录所述目标的运动过程以及及时将所述目标的图像信息告知用户。

请参照图6，本实施例中，进一步的，在所述步骤S200之前，还可以包括如下步骤：

步骤S600：在设定空域内实时搜索可疑目标。

红外成像具有探测距离远、视场大、对点目标侦测能力强、结构紧凑、体积小、可靠性高等优点，激光距离选通成像具有对烟雾的穿透能力强、抗干扰能力强、精确定位、主动照明成像等优点，可见光具有白天被动成像特点。本实施例中，可以结合红外成像系统、激光距离选通成像系统以及可见光成像系统，在设定空域内实时搜索可疑目标。

本实施例提供的搜索跟踪成像方法，与现有的单纯红外跟踪系统相比，对3-5km处的目标分辨能力增强，并能够有效的克服雨、雪、雾等不利自然条件对光波散射所造成的影响，对于隐藏在树林和伪装网后的可疑目标也具备一定的侦察能力，可以有效解决对近程低慢小空中目标观测跟踪难的问题。

第二实施例

请参照图7，本实施例提供了一种搜索跟踪成像装置700，其包括：

红外模块710，用于获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；

跟踪模块720，用于基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；

激光距离选通模块730，用于对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。

请参照图8，本实施例中，进一步的，所述跟踪模块720还可以包括如下单元：

计算单元721，用于基于所述实时红外图像数据，计算所述目标的脱靶量；

对准单元722，用于基于所述目标的脱靶量，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准。

请参照图9，本实施例中，进一步的，所述搜索跟踪成像装置700还可以包括如下模块：

判断模块740，用于判断所述目标是否在视场中心；

测量模块750，用于在所述目标在视场中心时，获取所述目标的方位角，并对所述目标进行激光测距；

上报模块760，用于输出所述目标的方位角和距离。

请参照图10，本实施例中，进一步的，所述激光距离选通模块730还可以包括如下单元：

激光照明单元731，用于对所述目标进行激光距离选通成像；

同步控制单元732，用于调整激光距离选通成像系统，直至所述目标成像清晰；

输出单元733，用于输出所述目标的清晰图像。

第三实施例

请参照图11，本实施例提供了一种搜索跟踪成像系统800，其包括二维转台810、可见光成像系统820、激光距离选通成像系统830、红外成像系统840、激光测距系统850、转台控制系统860以及图像实时处理跟踪系统870。

本实施例中，所述红外成像系统840用于进行大视场搜索、发现、跟踪可疑目标，以及获取目标的红外图像数据；所述图像实时处理跟踪系统870用于实时处理所述红外图像数据，计算所述目标的脱靶量，并将所述脱靶量传输给所述转台控制系统860，以使所述目标成像于视场中心，所述转台控制系统860用于控制所述二维转台810根据所述脱靶量实时跟踪目标，并实时测量所述目标的方位角，所述激光测距系统850用于获取所述目标的方位角，并对所述目标进行激光测距，所述可见光成像系统820用于对所述目标进行自然光成像，所述激光距离选通成像系统830用于对所述目标进行激光选通成像。

本实施例中，所述二维转台810主要由方位运动系统、立柱、俯仰运动系统三部分组成，其实现两个自由度的调整，对目标进行二维跟踪。

本实施例中，所述激光距离选通成像系统830主要由激光器、激光发射系统、成像探测器ICCD、距离选通成像光学系统、距离选通同步控制系统组成。在进行激光距离选通成像时，脉冲式激光器发射具有一定脉宽的激光束，在脉冲光照射目标并返回途中，成像探测器快门关闭；当目标散射光返回探测器时，高精度距离选通同步控制系统使高速探测器快门瞬间打开，探测器接收脉冲光并迅速关闭。由此完成目标检测、特征提取和图像信息处理。

本实施例中，所述转台控制系统860将转台控制分为电流环、速度环、位置环，且针对三个闭环分别设计独立的PID控制系统。在控制系统的设计中，首先设计电流环，电流环的设计旨在为转台的运动提供响应迅速、稳定、平滑的力矩；其次是速度环的设计，通过速度环的设计可以满足转台不同转速等级的需要；最后是位置环的设计，位置环的设计将直接影响转台的跟踪和瞄准精度。系统通过合成法得到的目标的方位角和俯仰角，经过微分运算求得角速度，那么控制系统通过图像传感器得到的运动目标的信息都有一定的滞后，该滞后量必然影响控制系统的稳定性和跟踪精度。因此，须进行滤波，对目标运动参数滤波估值，在合成目标位置信息基础上用数字滤波方法算出目标精确位置、速度、加速度来构成等效的复合控制，提高跟踪精度，改善跟踪控制系统响应性能。

本实施例中，所述图像实时处理跟踪系统870通过细分的亮度梯度统计得出目标特征，背景特征参与目标特征的反选过程解决复杂背景的问题；在跟踪过程中对目标特征重新定义，定义依据是当下背景特征和最近几帧的目标特征解决目标变化带来的跟踪问题；在跟踪过程中对跟踪得到的目标坐标进行修正，修正的结果为目标的亮度质心，解决跟踪时目标脱靶量的精确性问题；在得到相对精确的脱靶量后，采用PID算法操控转台进行锁定跟踪。

综上所述，本发明实施例提供的搜索跟踪成像方法、装置及系统，首先获取在设定空域内搜索到的目标的实时红外图像数据；然后基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准；最后对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像。与现有技术相比，本发明实施例提供的搜索跟踪成像系统采用了将红外、激光距离选通、可见光多光谱成像相结合的工作方式，其中红外成像具有探测距离远、视场大、对点目标侦测能力强、结构紧凑、体积小、可靠性高等优点，激光距离选通成像具有对烟雾的穿透能力强、抗干扰能力强、精确定位、主动照明成像等优点，可见光具有白天被动成像特点，通过将多种成像技术结合，可以发挥各自的优势，提高激光距离选通成像系统目标精确测量能力和全天候适应能力，可以有效的克服雨、雪、雾等不利自然条件对光波散射所造成的影响，解决对近程低慢小空中目标观测跟踪难的问题，并且对于隐藏在树林和伪装网后的可疑目标也具备一定的侦察能力。以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种搜索跟踪成像方法，其特征在于，所述方法包括：

在设定空域内实时搜索可疑目标；

获取在设定空域内搜索到的所述可疑目标的实时红外图像数据；

基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述可疑目标进行实时跟踪对准；

判断所述可疑目标是否在视场中心；

在为是时，获取所述可疑目标的方位角，并对所述可疑目标进行激光测距；

输出所述可疑目标的方位角和距离；

对所述可疑目标进行激光距离选通成像，获得所述可疑目标的清晰图像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准，包括：

基于所述实时红外图像数据，计算所述目标的脱靶量；

基于所述目标的脱靶量，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述目标进行激光距离选通成像，获得所述目标的清晰图像，包括：

对所述目标进行激光距离选通成像；

调整激光距离选通成像系统，直至所述目标成像清晰；

输出所述目标的清晰图像。

4.一种搜索跟踪成像装置，其特征在于，所述装置包括：

搜索模块，用于在设定空域内实时搜索可疑目标；

红外模块，用于获取在设定空域内搜索到的所述可疑目标的实时红外图像数据；

跟踪模块，用于基于所述实时红外图像数据，控制转台对所述可疑目标进行实时跟踪对准；

判断模块，用于判断所述可疑目标是否在视场中心；

测量模块，用于在所述可疑目标在视场中心时，获取所述可疑目标的方位角，并对所述可疑目标进行激光测距；

上报模块，用于输出所述可疑目标的方位角和距离；

激光距离选通模块，用于对所述可疑目标进行激光距离选通成像，获得所述可疑目标的清晰图像。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述跟踪模块包括：

计算单元，用于基于所述实时红外图像数据，计算所述目标的脱靶量；

对准单元，用于基于所述目标的脱靶量，控制转台对所述目标进行实时跟踪对准。

6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述激光距离选通模块包括：

激光照明单元，用于对所述目标进行激光距离选通成像；

同步控制单元，用于调整激光距离选通成像系统，直至所述目标成像清晰；

输出单元，用于输出所述目标的清晰图像。