CN110022467A - 一种集成四种光源的光电跟踪监视系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及光电监控技术领域，具体涉及一种集成四种光源的光电跟踪监视系统；包括光电跟踪系统、光源捕捉分析系统、中央控制系统和显示系统；光源捕捉分析系统设置光源识别探头、光源搜索决策算法和调整补偿组；光源识别探头对四种光源进行识别并转换为数字信号，通过光源搜索决策算法确定光源特性利用调整补偿组补偿后传送至光电跟踪系统，光电跟踪系统经由中央控制系统将光电跟踪结果在显示系统显示；本发明光电跟踪系统能够精确测量出目标与跟踪瞄准轴之间的偏差，实现对目标的快速跟踪；同时减小由于目标运动以及各种扰动引起的跟踪误差，提高跟踪精度和响应速度，保证系统跟踪的稳定性；实现了对四种光源目标的聚焦。

Description

一种集成四种光源的光电跟踪监视系统
技术领域
本发明涉及光电监控技术领域，具体涉及一种集成四种光源的光电跟踪监视系统。
背景技术
光电跟踪通信方面的技术主要是信号处理和通讯；标准光源，亦称“国际烛光”。是指国际照明委员会为统一颜色测量时的照明所规定的光源。不同的照明光源对颜色视觉有不同的影响。在暗室红灯照明下，人们感觉到只有明暗而看不出颜色；用钠灯照明，人们看到的颜色失真。其原始标准是用一支蜡烛放在离屏幕(s)的一段距离(d)处，入射光被称作是射到屏幕上的照度E，以英尺烛光为单位，得到的公式为F—s/d0英尺烛。照明工程师可藉此确定不同的视觉工作所需要的标准照明水平和光源。现已用光电英尺烛光度计来确定标准光源。日常中存在四种光源白炽灯、荧光灯、节能灯、LED灯，针对不同的光源其追踪效果可能不一样。在专利号为CN201110420798.1专利文件中，公开了一种光电跟踪监视取证系统，主要用于海警，实现对船舱内、外部情况进行全天侯观察，或用于船舶离靠码头时的辅助观察。它包括：转台：包括摄像装置和DSP功放板，采集各种图形、图像数据及控制转台运动；操控键盘：键盘通过所述的DSP板对转台及摄像装置进行控制；工控机：用于实现可视化控制功能的核心模块，将系统采集到的各种信息以图形、图像等多种可视化方式呈现给用户；和跟踪器：采用独立机箱式跟踪器和DSP数字处理器。它具有数字处理的优点，且稳定可靠。
上述文件用于海警，实现对船舱内、外部情况进行全天侯观察，或用于船舶离靠码头时的辅助观察。对于复杂光源的光电跟踪缺少技术性解决方案。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种集成四种光源的光电跟踪监视系统，用于解决如何提供一种可集成四种光源进行光电跟踪，且跟踪图像更加清晰，聚焦更加便捷，系统稳定性更强的光电跟踪监视系统的问题。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，包括光电跟踪系统、光源捕捉分析系统、中央控制系统和显示系统；所述光源捕捉分析系统设置光源识别探头、光源搜索决策算法和调整补偿组；所述光源识别探头对四种光源进行识别并转换为数字信号，通过光源搜索决策算法确定光源特性利用调整补偿组补偿后传送至所述光电跟踪系统，所述光电跟踪系统经由中央控制系统将光电跟踪结果在显示系统显示。
优选的，所述光源搜索决策算法通过聚焦过程中图像的清晰度评价值的变化趋势，控制光源识别探头带动镜头的补偿组的移动，从而使图像的清晰度评价值达到最大，实现了对四种光源目标的聚焦。
优选的，所述光电跟踪系统包括光学成像部分和图像跟踪处理部分，所述光学成像部分光学系统和调光调焦系统；所述光学系统由长焦镜头组构成，对目标进行远程探测，并将视频图像实时回传；调光调焦系统通过控制对焦镜头组位置和通光量来实现在图像传感器上成像清晰。
优选的，所述图像跟踪处理部分对前级获取的清晰视频图像进行目标识别和跟踪，输出目标的像素坐标值；其角度传感系统主要由两个高精度旋转变压器组成，经RDC转换为数字量。
优选的，所述图像跟踪处理部分对获取的目标像素脱靶量结合当前俯仰角与镜头参数转化为目标在空间相对于瞄准轴的角度偏移量，将目标角度偏移量作为图像闭环PID控制求和器的反馈输入，图像闭环PID控制环将角度脱靶量作为输入，通过增量式PID控制计算出对应的电压控制量，输出至后续的伺服驱动系统。
优选的，所述伺服驱动系统反馈环由速度环与角度环组成，内环为速度环，外环为位置环，伺服驱动系统的驱动器为模拟驱动器。
优选的，所述图像跟踪处理部分的测速机测量出指向器的转速之后反馈给模拟驱动器，驱动器通过模拟PID控制网络输出控制电压至力矩电机，模拟PID控制器参数通过改变电路中电容值和电位器阻值来调节。
优选的，还包括伺服控制系统承载和驱动光学系统，使光轴指向控制软件下传的方位角并通过通信操作系统控制着系统对外中央控制系统数据接口。
优选的，所述光源捕捉分析系统用于捕获距离、捕获视场、捕获时间、捕获目标的光学特性以及背景特性，其视场的传感器中，大视场用于捕获，中视场用于粗跟踪，小视场用于精跟踪。
本发明的有益效果为：
本发明光电跟踪系统能够精确测量出目标与跟踪瞄准轴之间的偏差，实现对目标的快速跟踪；同时减小由于目标运动以及各种扰动引起的跟踪误差，提高跟踪精度和响应速度，保证系统跟踪的稳定性。光源搜索决策算法通过聚焦过程中图像的清晰度评价值的变化趋势，控制光源识别探头带动镜头的补偿组的移动，从而使图像的清晰度评价值达到最大，实现了对四种光源目标的聚焦。具有很强的创造性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明整体结构原理图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。
本实施例公开了如图1所示的一种集成四种光源的光电跟踪监视系统，包括光电跟踪系统、光源捕捉分析系统、中央控制系统和显示系统；所述光源捕捉分析系统设置光源识别探头、光源搜索决策算法和调整补偿组；所述光源识别探头对四种光源进行识别并转换为数字信号，通过光源搜索决策算法确定光源特性利用调整补偿组补偿后传送至所述光电跟踪系统，所述光电跟踪系统经由中央控制系统将光电跟踪结果在显示系统显示。
光源搜索决策算法通过聚焦过程中图像的清晰度评价值的变化趋势，控制光源识别探头带动镜头的补偿组的移动，从而使图像的清晰度评价值达到最大，实现了对四种光源目标的聚焦。
光源搜索决策算法首先要采集成像系统的图像信息，通过窗口构建方法建立合适的窗口，然后通过图像清晰度评价函数评价窗口区域图像的清晰度，由光源搜索算法根据图像清晰度评价结果控制镜头聚焦再检测图像或结束聚焦过程。
光电跟踪系统包括光学成像部分和图像跟踪处理部分，所述光学成像部分光学系统和调光调焦系统；所述光学系统由长焦镜头组构成，对目标进行远程探测，并将视频图像实时回传；调光调焦系统通过控制对焦镜头组位置和通光量来实现在图像传感器上成像清晰。
图像跟踪处理部分对前级获取的清晰视频图像进行目标识别和跟踪，输出目标的像素坐标值；其角度传感系统主要由两个高精度旋转变压器组成，经RDC转换为数字量。
图像跟踪处理部分对获取的目标像素脱靶量结合当前俯仰角与镜头参数转化为目标在空间相对于瞄准轴的角度偏移量，将目标角度偏移量作为图像闭环PID控制求和器的反馈输入，图像闭环PID控制环将角度脱靶量作为输入，通过增量式PID控制计算出对应的电压控制量，输出至后续的伺服驱动系统。
伺服驱动系统反馈环由速度环与角度环组成，内环为速度环，外环为位置环，伺服驱动系统的驱动器为模拟驱动器。
伺服驱动系统的角度反馈环通过旋转变压器来精确测量指向器当前所处的转动角度，并经过旋转变压器转换器转换为数字量，通过数字IO卡上传至上位机，上位机控制软件再进行相应的控制。图像获取系统作为力矩电机的负载，其光轴受电机驱动时刻指向运动目标。
目标识别将跟踪图像实时上传至中央处理系统，经图像跟踪模块对移动目标进行检测跟踪，计算出目标的像素坐标和像素脱靶量，从而完成了整个光电跟踪系统的图像闭环跟踪控制图像跟踪处理部分的测速机测量出指向器的转速之后反馈给模拟驱动器，驱动器通过模拟PID控制网络输出控制电压至力矩电机，模拟PID控制器参数通过改变电路中电容值和电位器阻值来调节。伺服控制系统承载和驱动光学系统，使光轴指向控制软件下传的方位角并通过通信操作系统控制着系统对外中央控制系统数据接口。
光源捕捉分析系统用于捕获距离、捕获视场、捕获时间、捕获目标的光学特性以及背景特性，其视场的传感器中，大视场用于捕获，中视场用于粗跟踪，小视场用于精跟踪。
本实施例光电跟踪系统能够精确测量出目标与跟踪瞄准轴之间的偏差，实现对目标的快速跟踪；同时减小由于目标运动以及各种扰动引起的跟踪误差，提高跟踪精度和响应速度，保证系统跟踪的稳定性。光源搜索决策算法通过聚焦过程中图像的清晰度评价值的变化趋势，控制光源识别探头带动镜头的补偿组的移动，从而使图像的清晰度评价值达到最大，实现了对四种光源目标的聚焦。具有很强的创造性。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，包括光电跟踪系统、光源捕捉分析系统、中央控制系统和显示系统；所述光源捕捉分析系统设置光源识别探头、光源搜索决策算法和调整补偿组；所述光源识别探头对四种光源进行识别并转换为数字信号，通过光源搜索决策算法确定光源特性利用调整补偿组补偿后传送至所述光电跟踪系统，所述光电跟踪系统经由中央控制系统将光电跟踪结果在显示系统显示。
2.根据权利要求1所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述光源搜索决策算法通过聚焦过程中图像的清晰度评价值的变化趋势，控制光源识别探头带动镜头的补偿组的移动，从而使图像的清晰度评价值达到最大，实现了对四种光源目标的聚焦。
3.根据权利要求1所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述光电跟踪系统包括光学成像部分和图像跟踪处理部分，所述光学成像部分光学系统和调光调焦系统；所述光学系统由长焦镜头组构成，对目标进行远程探测，并将视频图像实时回传；调光调焦系统通过控制对焦镜头组位置和通光量来实现在图像传感器上成像清晰。
4.根据权利要求3所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述图像跟踪处理部分对前级获取的清晰视频图像进行目标识别和跟踪，输出目标的像素坐标值；其角度传感系统主要由两个高精度旋转变压器组成，经RDC转换为数字量。
5.根据权利要求3所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述图像跟踪处理部分对获取的目标像素脱靶量结合当前俯仰角与镜头参数转化为目标在空间相对于瞄准轴的角度偏移量，将目标角度偏移量作为图像闭环PID控制求和器的反馈输入，图像闭环PID控制环将角度脱靶量作为输入，通过增量式PID控制计算出对应的电压控制量，输出至后续的伺服驱动系统。
6.根据权利要求5所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述伺服驱动系统反馈环由速度环与角度环组成，内环为速度环，外环为位置环，伺服驱动系统的驱动器为模拟驱动器。
7.根据权利要求5所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述图像跟踪处理部分的测速机测量出指向器的转速之后反馈给模拟驱动器，驱动器通过模拟PID控制网络输出控制电压至力矩电机，模拟PID控制器参数通过改变电路中电容值和电位器阻值来调节。
8.根据权利要求1所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，还包括伺服控制系统承载和驱动光学系统，使光轴指向控制软件下传的方位角并通过通信操作系统控制着系统对外中央控制系统数据接口。
9.根据权利要求1所述的集成四种光源的光电跟踪监视系统，其特征在于，所述光源捕捉分析系统用于捕获距离、捕获视场、捕获时间、捕获目标的光学特性以及背景特性，其视场的传感器中，大视场用于捕获，中视场用于粗跟踪，小视场用于精跟踪。
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