CN109828488A - 采集传输一体化双光探测跟踪系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采集传输一体化双光探测跟踪系统，通过采用稳定跟踪技术实时获取目标区域的稳定图像，并对其进行信号处理以完成无人载体对捕获目标的自动追踪和重新截获，包括：用以采集目标视频图像的图像采集单元；用以进行图像匹配和目标检测及跟踪的信号处理单元；用以维持所述图像采集单元视轴稳定的伺服控制单元；用以接收所述信号处理单元处理后图像和数据的数据传输单元；用以稳定电压，并为上述各系统进行供电的二次电源单元。本发明通过各单元间的相互协同工作，为系统提供了硬件和软件保障，并有效的完成无人载体对目标的探测跟踪。

Description

采集传输一体化双光探测跟踪系统

技术领域

本发明涉及图像采集处理及无线通信技术领域，尤其涉及一种采集传输一体化双光探测跟踪系统。

背景技术

无人机采用先进的光电有效载荷,完成任务的能力将得到增强并最大限度地实现战场数字化,以提高其他武器系统的效能。目前,无人机光电载荷主要向高分辨、多(宽)谱段、体积小、质量轻、功耗低、寿命长、可靠性高、耐冲击强等方向发展。

一般来说，无人机的任务载荷大多需要安装在各种平台上面以实现在水平和竖直方向进行转动，以达到使任务载荷充分发挥其功能目的。很多时候，人们把用于连接摄像机与摄像机支撑架，承载摄像机进行水平和垂直两个方向转动的装置叫做云台，可分为固定云台和电动云台两种。一般情况下，为了使云台平稳获得高质量图像，云台质量往往较大，对无人机的负载重量要求较高。

中国专利公开号：CN205230375U公开了一种无人机目标跟踪系统，属于定位技术领域。一种无人机目标跟踪系统，其特征在于，包括无人机载控制系统及地面服务器，无人机载控制系统用于获取地面图像、飞行参数并将所述地面图像、飞行参数发送给地面服务器，还接收地面服务器的指令，并根据在指令进行飞行；地面服务器用于接受无人机载控制系统的传送来的信息，对接收的信息进行处理，并根据处理结果给机载控制系统发送控制指令以跟踪地面目标。由此可见，所述跟踪系统存在以下问题：

第一，所述跟踪系统在图像采集上仅使用摄像机采集可见光图像，无法完成全面和准确的图像采集。

第二，所述跟踪系统仅使用单个陀螺仪，无法使摄像机在采集图像时具有较高的稳定性，采集到的图像不清晰。

第三，所述跟踪系统在跟踪时仅能针对单一目标，无法在跟踪过程中完成对目标的切换。

发明内容

为此，本发明提供一种采集传输一体化双光探测跟踪系统，用以克服现有技术中无法对目标进行自动跟踪和切换的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种采集传输一体化双光探测跟踪系统，其通过采用稳定跟踪技术实时获取目标区域的稳定图像，并对其进行信号处理以完成无人载体对捕获目标的自动追踪和重新截获，包括：

用以采集目标视频图像的图像采集单元，所述图像采集单元分别对目标区域的可见光图像及红外光图像进行获取；

与所述图像采集单元相连，用以匹配获取的图像并进行目标检测及跟踪的信号处理单元；

用以维持所述图像采集单元视轴稳定的伺服控制单元，所述伺服控制单元分别与所述图像采集单元和信号处理单元相连，并对其发送指令，以对不同的目标进行截获和追踪；

与所述信号处理单元相连，用以接收所述信号处理单元处理后图像和数据的数据传输单元；

进一步地，所述图像采集单元用以采集目标区域的图像并将其传输到所述信号处理单元，包括：

用以采集可见光图像的可见光相机；

与所述可见光相机设置在同一位置，用以采集红外光图像的红外热像仪；

当所述图像采集单元对目标区域进行采集时，所述可见光相机和红外热像仪会对相同区域分别进行采集，并将采集到的图像输送至所述信号处理单元中进行目标识别与追踪。

进一步地，所述信号处理单元为一块电路板，用以对目标区域进行图像匹配、目标检测和目标跟踪，同时在跟踪状态下在新坐标位置进行二次截获及跟踪。

进一步地，所述电路板的核心框架为FPGA+DSP+SDRAM，且其表面设有RS422全双工通信接口，用以与通过数据链进行数据传输。

进一步地，所述伺服控制单元包括：旋转变压器、微机电陀螺和电机驱动器，其中所述图像采集单元和微电机陀螺都安装在电机驱动器上，在对目标进行搜索和跟踪时，微机电陀螺实时检测平台在惯性空间中的转动角速度，并通过所述电机驱动器以确保视轴在惯性空间的稳定性。

进一步地，所述数据传输单元用以接收所述信号处理单元处理后的图像；当所述信号处理单元对图像处理完成后，所述数据传输单元会与地面进行数据通信，并对目标进行匹配和跟踪。

进一步地，所述数据传输单元与所述信号处理单元通过旋紧的方式连接，以减少图像和数据的传输距离。

进一步地，所述系统中还设有二次电压单元，其分别与各所述单元相连，通过DC/DC转换以稳定电压，并为各单元进行供电，包括：

用以将交流电压转换为直流电压的直流变换器；

整流稳压电路，其设置在所述直流变换器末端并与其相连，用以调节整体电压的稳定性；

滤波电路，其设置在所述整流稳压电路末端并与其相连，用以滤除电源中特定频点以外的频率，并得到特定频率的电源信号；

输出电路，其设置在所述滤波电路末端并与其相连，用以将电力输出至各所述单元中；

反馈电路，其两端分别与所述直流变换器输入端和输出电路输出端相连，通过对比电路的输入信号与输出信号，以稳定控制输出信号。

进一步地，所述系统的各单元采用一体化安装。

进一步地，所述系统中还设有地面指挥单元，用以与所述数据传输单元互相接收和发送指令。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过实时获取目标区域的红外光以及可见光图像，对其进行信号处理以完成无人载体对捕获的目标进行自动追踪和重新截获，同时采用稳定跟踪技术，从软件程序和硬件方面克服重力、质量不均衡和传感器噪声对视轴的干扰，

尤其，本发明通过图像采集单元、信号处理单元、伺服控制单元、数据传输单元、二次电源单元的相互协同工作，为系统提供了硬件和软件保障，并有效的完成无人载体对目标的探测跟踪。

尤其，本发明提出一套可以进行目标识别跟踪的信号处理单元，在初始化及自检完成后，从截获指令中提取坐标位置，对目标区域进行图像匹配和目标检测及跟踪，在跟踪状态下可在新坐标位置进行二次截获及跟踪功能。

进一步地，本发明所述图像采集单元采用可见光相机和红外热像仪，在采集图像后，能够使所述信号处理单元对图像进行处理时，能够更加全面和准确的对图像进行分析。

尤其，本发明通过将数据传输单元加装在探测器上，有效的减少了图像和数据的传输距离，提高数据传输的可靠性。

尤其，本发明通过使用伺服控制单元精确测量动载荷的姿态信息，在目标跟踪过程中，能够有效的减少外界扰动，确保图像采集单元的视轴在惯性空间的稳定性，保证产品高精度、高清晰度。

尤其，本发明通过二次电源单元，为图像采集单元、信号处理单元、伺服控制单元和数据传输单元提供稳定的电源，以保证的各个系统的稳定工作。

尤其，本发明中各单元采用一体化设计安装，这样能够有效减少轴间耦合干扰力矩，以及减少框架和载荷质心偏离旋转轴。

附图说明

图1为本发明采集传输一体化双光探测跟踪系统的系统框图；

图2位本发明所述信号处理单元的信号处理流程图；

图3为本发明所述伺服控制单元的控制简图；

图4为本发明所述二次电源单元的分布框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明所述采集传输一体化双光探测跟踪系统的系统框图，包括图像采集单元、信号处理单元、伺服控制单元、数据传输单元和二次电源单元；其中所述图像采集单元与所述信号处理单元相连，用以将采集到的图像输送至所述信号处理单元；所述信号处理单元与所述数据传输单元相连，用以将所述信号处理单元处理完成的数据和图像与其进行交换；所述伺服控制单元分别与所述图像采集单元和信号处理单元相连，用以控制其运作；所述二次电源单元分别与所述图像采集单元、信号处理单元和数据传输单元相连，用以为各所述单元提供电力。

本发明通过实时获取目标区域的红外光以及可见光图像，对其进行信号处理以完成无人载体对捕获的目标进行自动追踪和重新截获，同时采用稳定跟踪技术，从软件程序和硬件方面克服重力、质量不均衡和传感器噪声对视轴的干扰。

当所述采集传输一体化双光探测跟踪系统开始运作时，所述二次电源单元会开始对电压进行转换，并将转换后的平稳电压输送至各所述单元中，以此为各单元提供动力；所述伺服控制单元会控制所述图像采集单元会对目标区域的图像进行采集，并将采集到的图像传输至所述信号处理单元，信号处理单元对图像进行处理后，将其通过数据传输单元传回地面，并将地面的指令传回，所述伺服控制系统不断采集图像采集系统的姿态位置信息，将采集到的数据传给信号处理系统传回地面指挥单元，同时接受地面指挥单元发送的指令，最后对图像采集系统执行指令。本领域的技术人员可以理解的是，所述采集传输一体化双光探测跟踪系统不仅可用于对目标区域的图像进行采集，也可用于针对目标区域中的指定零件进行采集和追踪，只要满足所述采集传输一体化双光探测跟踪系统能够达到其制定的工作状态即可。

具体而言，所述图像采集单元包括用以采集可见光图像的可见光相机和用以采集红外光图像的红外热像仪；二者设置在同一位置，以在图像采集单元采集图像时，能够得到相同的可见光图像和红外光图像。

具体而言，数据传输单元是本发明与地面指挥单元的纽带。当所述图像采集单元完成对图像的采集后，所述数据传输单元会对图像进行压缩并实时传回地面指挥单元，同时完成地面指挥单元对其的指令传输。以为探测器和地面指挥单元建立稳定可靠的无线通信链路。

请参阅图2所示，其为本发明所述信号处理单元的信号处理流程图，包括：

步骤1：所述二次电源单元对所述信号处理单元供电，供电后信号处理单元开始进行自检；

步骤2：自检完成后，所述信号处理单元开始与所述数据传输单元建立数据通信；

步骤3：建立数据通信后，所述信号处理单元会从数据传输单元发出的指令进行截取，并对截取的指令进行读取；

步骤4：读取完成后，所述信号处理单元会从所述图像采集单元采集的图像中匹配目标；

步骤5：匹配完成后，所述信号处理单元会对图像中的目标进行跟踪；

步骤6：在跟踪完成后，所述信号处理单元会对数据单元发出的指令进行二次截取，并对截取的指令进行读取；

步骤7：读取完成后，所述信号处理单元会对目标进行二次匹配，并选择跟踪选定新目标或保持对原目标的跟踪；

步骤8：确定跟踪目标后，所述信号处理单元会对目标进行重新选择，并重复步骤4-步骤5对新目标进行匹配和跟踪。

请参阅图3所示，其为本发明所述伺服控制系统的控制简图，伺服控制单元主要通过旋转变压器、微机电陀螺和电机驱动器获得一个稳定的视轴，实现对运动目标的准确测量和跟踪。采用空间稳定的惯性基准，隔离载体的坐标基准，保证探测器在载体的运动中依然获得清晰的图像，从而清晰并准确的跟踪目标。

伺服控制系统包括稳定回路控制和跟踪回路控制，其中：

系统的稳定回路控制包括：系统采用陀螺仪作为惯性敏感元件，检测出光电稳定平台由于载体姿态扰动而产生的角误差，主控制器在伺服电机上产生反作用的力矩，来达到光电稳定平台的隔离扰动、保持在惯性空间的相对稳定的目的。

系统的跟踪回路：稳定平台与探测器在位置上形成闭环，与光电探测器比较产生的控制偏差经过主控器输出控制量，该控制量作为稳定回路的输入控制电机运动，实现对框架运动的控制。

稳定回路决定了系统稳定的精度，跟踪控制回路决定了系统跟踪目标的快速性和准确性。

请参阅图4所示，其为本发明所述二次电源单元的电源分布框图，二次电源单元主要用以完成DC/DC转换并输出各种稳定电压，给各所述单元供电。包括直流变换器、整流稳压电路、输出电路、滤波电路和反馈电路。其中，所述直流变换器与电源的输入相连，用以将交流电压转换为直流电压；所述整流稳压电路设置在所述直流变换器末端并与其相连，用以调节整体电压的稳定性；所述滤波电路设置在所述整流稳压电路末端并与其相连，用以滤除电源中特定频点以外的频率，并得到特定频率的电源信号；所述输出电路设置在所述滤波电路末端并与其相连，用以将电力输出至各所述单元中；所述反馈电路两端分别与所述直流变换器输入端和输出电路输出端相连，通过对比电路的输入信号与输出信号，以稳定控制输出信号。

当所述二次电源单元开始运作时，所述直流变换器会将电源输出的交流电转换成等压的直流电，并将其输送至所述整流稳压电路；整流稳压电路会将直流电的滤波进行稳定在一定范围；在稳定后所述滤波电路会对滤波中的频点进行滤除，并得到特定频率的电源信号；滤除完成后，所述输出电路会将电源信号输出至各所述单元中以对其进行供电；在上述过程中，所述反馈电路会不断对电路的输入端和输出端进行监控，通过对比电路的输入信号与输出信号，以稳定控制电路的输出信号。

在本实施例中，当所述电源开始对二次电源单元进行供电时，会为其提供28V的电压，所述二次电源单元会将其转换成12V的直流电压，将其输送至PWM驱动电机；同时将其转换成12V直流电压并分别输送至所述图像采集单元和数据传输单元，将其转换成5V直流电压并将其输送至所述信号处理单元。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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 (10)

1.一种采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，通过采用稳定跟踪技术实时获取目标区域的稳定图像，并对其进行信号处理以完成无人载体对捕获目标的自动追踪和重新截获，包括：

用以采集目标视频图像的图像采集单元，所述图像采集单元分别对目标区域的可见光图像及红外光图像进行获取；

与所述图像采集单元相连，用以匹配获取的图像并进行目标检测及跟踪的信号处理单元；

用以维持所述图像采集单元视轴稳定的伺服控制单元，所述伺服控制单元分别与所述图像采集单元和信号处理单元相连，并对其发送指令，以对不同的目标进行截获和追踪；

与所述信号处理单元相连，用以接收所述信号处理单元处理后图像和数据的数据传输单元。

2.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述图像采集单元用以采集目标区域的图像并将其传输到所述信号处理单元，包括：

用以采集可见光图像的可见光相机；

与所述可见光相机设置在同一位置，用以采集红外光图像的红外热像仪；

当所述图像采集单元对目标区域进行采集时，所述可见光相机和红外热像仪会对相同区域分别进行采集，并将采集到的图像输送至所述信号处理单元中进行目标识别与追踪。

3.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述信号处理单元为一块电路板，用以对目标区域进行图像匹配、目标检测和目标跟踪，同时在跟踪状态下在新坐标位置进行二次截获及跟踪。

4.根据权利要求3所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述电路板的核心框架为FPGA+DSP+SDRAM，且其表面设有RS422全双工通信接口，用以与通过数据链进行数据传输。

5.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述伺服控制单元包括：旋转变压器、微机电陀螺和电机驱动器，其中所述图像采集单元和微电机陀螺都安装在电机驱动器上，在对目标进行搜索和跟踪时，微机电陀螺实时检测平台在惯性空间中的转动角速度，并通过所述电机驱动器以确保视轴在惯性空间的稳定性。

6.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述数据传输单元用以接收所述信号处理单元处理后的图像；当所述信号处理单元对图像处理完成后，所述数据传输单元会与地面进行数据通信，并对目标进行匹配和跟踪。

7.根据权利要求6所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述数据传输单元与所述信号处理单元通过旋紧的方式连接，以减少图像和数据的传输距离。

8.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述系统中还设有二次电压单元，其分别与各所述单元相连，通过DC/DC转换以稳定电压，并为各单元进行供电，包括：

用以将交流电压转换为直流电压的直流变换器；

整流稳压电路，其设置在所述直流变换器末端并与其相连，用以调节整体电压的稳定性；

滤波电路，其设置在所述整流稳压电路末端并与其相连，用以滤除电源中特定频点以外的频率，并得到特定频率的电源信号；

输出电路，其设置在所述滤波电路末端并与其相连，用以将电力输出至各所述单元中；

反馈电路，其两端分别与所述直流变换器输入端和输出电路输出端相连，通过对比电路的输入信号与输出信号，以稳定控制输出信号。

9.根据权利要求1所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述系统的各单元采用一体化安装。

10.根据权利要求1-9任一项权利要求所述的采集传输一体化双光探测跟踪系统，其特征在于，所述系统中还设有地面指挥单元，用以与所述数据传输单元互相接收和发送指令。