CN112911144B

CN112911144B - 一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法、装置及存储介质

Info

Publication number: CN112911144B
Application number: CN202110081946.5A
Authority: CN
Inventors: 董丽丽; 任伟; 刘耀晨; 许文海
Original assignee: Dalian Maritime University
Current assignee: Dalian Maritime University
Priority date: 2021-01-21
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2022-08-02
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: CN112911144A

Abstract

本发明提供一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法、装置及存储介质。方法包括：根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量；根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变；若档位未改变则采用步进等速方式扫描，否则采用步进不等速扫描搜寻救助子区域；移动舰船完成整个搜寻救助区域的扫描过程。本发明利用海浪周期设计一种基于海浪周期的时空检测器判断相机视场是否改变的方法，消除了船体抖动导致的持续变焦问题，能够在指定区域内高效率的提高目标搜寻成功率。

Description

一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及海面遇险目标搜救技术领域，尤其涉及一种基于海浪周期的时空检测器判断相机焦距是否改变实现光电吊舱步进不等速自动扫描方法、装置及系统。

背景技术

随着我国的船舶运输，渔业生产等海事活动越来越频繁，海上交通事故也随之频繁发生，船载光电吊舱的快速发展使其成为搜寻海上遇险目标的重要工具之一。

目前的光电吊舱进行扫描搜寻时，都是按照光电吊舱框架角进行搜索扫描，即光电吊舱会在舰船行进的过程中，按照预先设置好的框架角，控制光学传感器的光轴在预先设置的框架角的范围内的不断变化来进行扫描。然而，这种定焦等速的扫描方式搜寻效率慢，因为红外探测器的视场范围较小，定焦的扫描方式具有较小的探测距离。此外，由于船相对行驶速度较慢，难以快速覆盖搜寻区域。并且由于海浪的影响，船会来回震动，这就会导致相机持续变焦，进而耗费一定的时间，严重影响海上遇险目标搜寻效率。

发明内容

本发明提供了一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法、装置及存储介质，利用海浪周期设计一种基于海浪周期的时空检测器判断相机视场是否改变的方法，消除了船体抖动导致的持续变焦问题，能够在指定区域内高效率的提高目标搜寻成功率。

本发明采用的技术手段如下：

一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法，包括：

根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量；

根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变；

若档位未改变则采用步进等速方式扫描，否则采用步进不等速扫描搜寻救助子区域；

移动舰船完成整个搜寻救助区域的扫描过程。

进一步地，所述根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量，包括：

获取搜索任务并确定搜寻救助区域信息，进一步获取搜寻救助区域的风速信息；

根据光电吊舱内部红外相机的工作参数对搜寻救助区域进行划分，从而获得若干个搜索子区域，所述光电吊舱内部红外相机的工作参数包括像元尺寸、焦距及一个像素代表的实际距离；

在每个子区域内，根据红外相机视场确定扫描档位数量，其中各个档位可见光相机的视场与红外相机的视场重合。

进一步地，所述利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变，包括：

根据搜寻任务获取搜寻救助区域的风速信息，基于所述风速信息确定海浪周期；

基于所述海浪周期设置时空检测器参数；

根据当前视场中心距离确定当前档位，通过时空检测器判断与之前扫描档位是否相同，若相同则保持当前扫描档位，否则进一步判断是否更换扫描档位。

进一步地，所述进一步判断是否更换扫描档位，包括：

判断档位是否首次不同，若首次不同，记录首次不同时间T1；

若判断为非首次不同，则记录本次不同时间Tn，判断Tn-T1是否超过海浪周期，若超过则更换扫描档位，否则保持当前扫描档位。

本发明还提供了一种光电吊舱步进不等速自动扫描装置，包括：

档位确定单元，用于根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量；

判断单元，用于根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变；

扫描单元，用于若档位未改变则采用步进等速方式扫描，否则采用步进不等速扫描搜寻救助子区域。

进一步地，所述档位确定单元包括：

任务获取模块，用于获取搜索任务并确定搜寻救助区域信息，进一步获取搜寻救助区域的风速信息；

区域划分模块，用于根据光电吊舱内部红外相机的工作参数对搜寻救助区域进行划分，从而获得若干个搜索子区域，所述光电吊舱内部红外相机的工作参数包括像元尺寸、焦距及一个像素代表的实际距离；

分档模块，用于在每个子区域内，根据红外相机视场确定扫描档位数量，其中各个档位可见光相机的视场与红外相机的视场重合。

进一步地，所述判断单元包括：

海浪周期获取模块，用于根据搜寻任务获取搜寻救助区域的风速信息，基于所述风速信息确定海浪周期；

时空检测器设定模块，用于基于所述海浪周期设置时空检测器参数；

档位切换模块，根据当前视场中心距离确定当前档位，通过时空检测器判断与之前扫描档位是否相同，若相同则保持当前扫描档位，否则进一步判断是否更换扫描档位。

进一步地，所述进一步判断是否更换扫描档位，包括：

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有包括计算机程序，其中，所述计算机程序运行时，执行上述任一项所述的光电吊舱步进不等速自动扫描方法。

较现有技术相比，本发明具有以下优点

1、本发明根据实际应用场景提出一种基于海浪周期的时空检测器判断相机焦距是否改变，从而实现光电吊舱步进不等速自动扫描方法，以弥补红外相机视场小、搜寻覆盖范围窄的问题。

2、本发明提出了一种基于海浪周期的时空检测器判断方法，消除了船体抖动导致的持续变焦问题，基于又提出了光电吊舱步进不等速自动搜寻方法，能够在指定区域内高效率的提高目标搜寻成功率。

基于上述理由本发明可在海上目标搜寻等领域广泛推广。

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做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明光电吊舱步进不等速自动扫描方法流程图。

图2为本发明中步进不等速扫描原理框图。

图3为本发明中基于海浪周期的时空检测器原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

如图1所示，本发明提供了一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法，包括：

S1、根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量。具体包括：

S101、获取搜索任务并确定搜寻救助区域信息，进一步获取搜寻救助区域的风速信息；

S102、根据光电吊舱内部红外相机的工作参数对搜寻救助区域进行划分，从而获得若干个搜索子区域，所述光电吊舱内部红外相机的工作参数包括像元尺寸、焦距及一个像素代表的实际距离。

具体来说，根据以下公式计算相机像元尺寸和相机实际拍摄距离：

式中，L表示实际距离，F为相机焦距，P₁为一个像素代表的实际距离，P₂为相机像元尺寸。根据相机像元尺寸，相机焦距和一个像素代表的实际距离确定实际距离，实际距离是舰船不动相机的最大探测距离，根据这个距离来进行区域划分。

S103、在每个子区域内，根据红外相机视场确定扫描档位数量，具体来说，根据红外相机焦距确定实际拍摄探测距离进而设计扫描档位数量，其中各个档位可见光相机的视场与红外相机的视场重合。

S2、根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变。具体包括：

S201、根据搜寻任务获取搜寻救助区域的风速信息，基于所述风速信息确定海浪周期；

S202、基于所述海浪周期设置时空检测器参数。时空检测器是指由风速确定的海浪周期长度，根据上一个公式求得的实际距离判断扫描档位是否发生改变，在相邻档位临界时，船会来回晃动，会导致求得的实际距离有波动，需要时空检测器来进行判定。

S203、根据当前视场中心距离确定当前档位，通过时空检测器判断与之前扫描档位是否相同，若相同则保持当前扫描档位，否则进一步判断是否更换扫描档位。其中进一步判断是否更换扫描档位，如图3所示，还包括：

a.判断档位是否首次不同，若首次不同，记录首次不同时间T1；

b.若判断为非首次不同，则记录本次不同时间Tn，判断Tn-T1是否超过海浪周期，若超过则更换扫描档位，否则保持当前扫描档位。

S3、若档位未改变则采用步进等速方式扫描，即沿用原档位进行扫描，否则采用步进不等速扫描，即改变吊舱速度继续扫描搜寻救助子区域。其中，步进不等速自动扫描过程包括：

步骤S31：根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，在相机大视场时吊舱的扫描速度最快；

式中，θ表示红外相机一个视场角度，P_x为红外相机的水平分辨率，P1为一个像素代表的实际距离，L表示实际距离。

为了保证扫描时不会漏掉搜寻目标，要保证吊舱以最大的速度扫描，并且还需要保证扫描时具有一定的重复率。求得水平视场角以后，根据视场角确定搜寻速度。例如：视场角为0.3，帧频为25/s，保证20％的重叠率，且1s相机的视场角应该旋转6°所以吊舱应该最大速度为6°。

步骤S32：若扫描档位发生改变，光电吊舱的速度要发生改变，红外与可见光相机焦距应变到该档位对应的视场，扫描档位未发生变化时，光电吊舱应保持该档位状态继续扫描；

步骤S33：在同一档位时吊舱航向角逐行扫描，到达航向扫描边界时，俯仰角发生改变，然后判断档位是否发生改变，此过程为步进扫描，在不同档位时吊舱的扫描速度不同即为不等速扫描，采用步进不等速扫描完成搜寻救助子区域，最后移动舰船完成整个搜寻救助区域。

S4、移动舰船完成整个搜寻救助区域的扫描过程。

下面通过一个具体的应用实例对本发明方法的方案和效果做进一步阐述。

为了验证本发明中不同档位的红外与可见光相机调节到同一视场，且光电吊舱在不同档位时的扫描速度，本发明根据实际光电吊舱做出以下测试。

测试的搜寻救助子区域为4900m，红外与可见光相机的像元尺寸分别为17μm与6μm，红外采集帧频为不低于25帧/s，为保证活体以外的目标的搜寻成功率，红外相机一个像素代表的实际距离最大按0.8m计算，设计的红外相机3个档位对应的焦距分别为30mm、60mm、105mm，在相机大视场时拍摄距离最大为4941m，可根据公式(1)求出三个档位的最佳探测距离为1412m、2824m、4941m，如图2所示。然后由公式(1)求得可见光相机的焦距为21mm、42mm、74mm；

其中L表示实际距离，f为相机焦距，P1为一个像素代表的实际距离，P2为相机像元尺寸。

根据公式(2)求出在第一档位时，转动一个红外视场需要转动0.36°，在考虑漏检率的情况下按红外采集帧频20％的重叠率计算吊舱航向应该转动0.29°；第二档位时，转动一个红外视场需要转动0.18°按红外采集帧频20％的重叠率转动一个红外视场需要吊舱转动0.14°；第三档位时，转动一个红外视场需要转动0.10°按红外采集帧频20％的重叠率转动一个红外视场需要吊舱转动0.07°

其中θ表示红外相机水平转动一个视场角度，P_x为红外相机的水平分辨率，H，P1为一个像素代表的实际距离，L表示实际距离.

基于海浪周期的时空检测器判断相机视场是否改变后，吊舱速度按步骤2对应改变，进行步进不等速自动搜寻完成整个搜寻救助子区域，最后完成整个搜寻救助区域。

本发明根据实际应用场景提出一种基于海浪周期的时空检测器判断相机焦距是否改变实现光电吊舱步进不等速自动扫描方法，从而弥补红外相机视场小、搜寻覆盖范围窄的问题。在海面目标搜寻过程中，因为红外相机焦距的自动调节与对焦比较耗时，所以在对海面目标场景进行自动扫描时，为了避免焦距连续变化，根据探测距离采用扫描分档调节的工作模式，且不同档位的扫描速度不同。此外，当探测距离位于各档位临界附近时，由于海浪的影响，船会来回震动，这就会使得硬件系统难以判断实际探测距离，从而导致相机持续变焦，严重影响海上遇险目标搜寻效率。因此，本发明设计了一种时空检测器。时空检测器是以海浪周期作为时间刻度，建立一个序列通道。管道长度代表检测时间的长度，为海浪周期。在海浪周期内，如果有一次距离为临界值以内时，相机焦距不会改变，直到距离都在临界值以外时，相机焦距调节到下一档位对应焦距，光电吊舱扫描速度随着档位不同而改变，在相机大视场时扫描速度应为最快。本发明提出了一种基于海浪周期的时空检测器判断方法，消除了船体抖动导致的持续变焦问题，基于又提出了光电吊舱步进不等速自动搜寻方法，能够在指定区域内高效率的提高目标搜寻成功率。

对应本申请中的光电吊舱步进不等速自动扫描方法，本发明还提供了一种光电吊舱步进不等速自动扫描装置，包括：

进一步地，所述档位确定单元包括：

进一步地，所述判断单元包括：

进一步地，所述进一步判断是否更换扫描档位，包括：

对于本发明实施例的而言，由于其与上面实施例中的相对应，所以描述的比较简单，相关相似之处请参见上面实施例中部分的说明即可，此处不再详述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。

Claims

1.一种光电吊舱步进不等速自动扫描方法，其特征在于，包括：

S1、根据搜索任务和光电吊舱内部红外相机的工作参数确定所述红外相机的扫描档位数量，包括：

S101、获取搜索任务并确定搜寻救助区域信息，进一步获取搜寻救助区域的风速信息，

S102、根据光电吊舱内部红外相机的工作参数对搜寻救助区域进行划分，从而获得若干个搜索子区域，所述光电吊舱内部红外相机的工作参数包括像元尺寸、焦距及一个像素代表的实际距离，

S103、在每个子区域内，根据红外相机视场确定扫描档位数量，其中各个档位可见光相机的视场与红外相机的视场重合；

S2、根据红外相机的视场和帧频确定每个档位吊舱的搜寻速度，利用基于海浪周期设计的时空检测器判断扫描档位是否发生改变，包括：

S201、根据搜寻任务获取搜寻救助区域的风速信息，基于所述风速信息确定海浪周期，

S202、基于所述海浪周期设置时空检测器参数，

S203、根据当前视场中心距离确定当前档位，通过时空检测器判断与之前扫描档位是否相同，若相同则保持当前扫描档位，否则进一步判断是否更换扫描档位，

所述时空检测器为一个序列通道，所述序列通道长度代表检测时间的长度，时间刻度为海浪周期，在海浪周期内计算扫描的实际距离，如果有一次扫描的实际距离为临界值以内时，则相机焦距不会改变，当扫描的实际距离都在临界值以外时，相机焦距调节到下一档位对应焦距；

S3、若档位未改变则采用步进等速方式扫描，否则采用步进不等速扫描搜寻救助子区域；

S4、移动舰船完成整个搜寻救助区域的扫描过程。

2.根据权利要求1所述的光电吊舱步进不等速自动扫描方法，其特征在于，所述进一步判断是否更换扫描档位，包括：

3.一种光电吊舱步进不等速自动扫描装置，其特征在于，包括：

扫描单元，用于若档位未改变则采用步进等速方式扫描，否则采用步进不等速扫描搜寻救助子区域；

所述档位确定单元包括：

任务获取模块，用于获取搜索任务并确定搜寻救助区域信息，进一步获取搜寻救助区域的风速信息，

区域划分模块，用于根据光电吊舱内部红外相机的工作参数对搜寻救助区域进行划分，从而获得若干个搜索子区域，所述光电吊舱内部红外相机的工作参数包括像元尺寸、焦距及一个像素代表的实际距离，

分档模块，用于在每个子区域内，根据红外相机视场确定扫描档位数量，其中各个档位可见光相机的视场与红外相机的视场重合；

所述判断单元包括：

海浪周期获取模块，用于根据搜寻任务获取搜寻救助区域的风速信息，基于所述风速信息确定海浪周期，

时空检测器设定模块，用于基于所述海浪周期设置时空检测器参数，

档位切换模块，根据当前视场中心距离确定当前档位，通过时空检测器判断与之前扫描档位是否相同，若相同则保持当前扫描档位，否则进一步判断是否更换扫描档位，

所述时空检测器为一个序列通道，所述序列通道长度代表检测时间的长度，时间刻度为海浪周期，在海浪周期内计算扫描的实际距离，如果有一次扫描的实际距离为临界值以内时，则相机焦距不会改变，当扫描的实际距离都在临界值以外时，相机焦距调节到下一档位对应焦距。

4.根据权利要求3所述的光电吊舱步进不等速自动扫描装置，其特征在于，所述进一步判断是否更换扫描档位，包括：

5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有包括计算机程序，其中，所述计算机程序运行时，执行所述权利要求1至2中任一项所述的光电吊舱步进不等速自动扫描方法。