CN113359412A - 光电监视系统伺服跟踪方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种光电监视系统伺服跟踪方法，跟踪方法包括：获取图像脱靶量误差，并对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。本发明方法实现了无需外部辅助设备，不增加系统硬件成本的条件下提高对高速高机动目标的跟踪能力。

Description

光电监视系统伺服跟踪方法

技术领域

本发明涉及光电监视技术领域，尤其涉及一种光电监视系统伺服跟踪方法。

背景技术

光电监视系统是一种搭载了可见光电视、红外热像仪及激光等光电探测器的稳定平台，具有惯性空间视轴稳定功能，能够实现对地、海、空的目标搜索、侦察和跟踪。现实中导弹、无人机等目标具有高速、高机动特性，对系统的跟踪性能提出了较高要求。在光电监视系统发现目标时，要求伺服系统能快速捕获目标，捕获后进入跟踪过程，要求伺服能够稳定跟踪，使视轴偏差始终保持在较小范围内。在光电监视系统中，伺服动态响应和跟踪精度的提高一直是亟待解决的关键问题。

传统的伺服控制对目标跟踪是简单的PID控制，具体是将图像给出的脱靶量误差进行PID运算后送给速度环控制器，该方法能够应对定点或低速运动目标，但对高速、高机动目标往往存在明显的跟踪滞后。

发明内容

本发明实施例提供一种光电监视系统伺服跟踪方法，提高光电监视系统对高速高机动目标的跟踪能力。

本发明实施例提出一种光电监视系统伺服跟踪方法，包括：

获取图像脱靶量误差，并对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

在一些实施方式中，所述获取图像脱靶量误差包括：

在接收到跟踪指令后，通过预设图像检测算法计算所述图像脱靶量误差。

在一些实施方式中，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大之前，所述方法还包括：

在检测到所述跟踪指令和所述图像脱靶量误差时，根据当前传感器类型及当前视场角，计算当前图像分辨率和当前视场角下单位像素对应的角度值。

在一些实施方式中，进入跟踪程序之后，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差包括：

根据所述图像脱靶量误差以及预设调节参数对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差，其中所述预设调节参数为整数型参数。

在一些实施方式中，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

依据预设脱靶量误差阈值和增益调节参数，以及，所述图像脱靶量误差调整控制器的参数，以保控制量的精度。

在一些实施方式中，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

根据所述伺服方位角度误差以及所述控制器的参数计算伺服跟踪环PID控制量。

本发明实施例还提出一种光电监视系统，包括：

图像处理单元，用于获取图像脱靶量误差；

伺服控制单元，用于对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

所述伺服控制单元设置有伺服跟踪程序和伺服跟踪环PID运算程序；

所述伺服跟踪程序，用于根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

所述伺服跟踪环PID运算程序，用于根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

本发明实施例通过图像脱靶量的放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；并根据伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，由此实现无需外部辅助设备，不增加系统硬件成本的条件下提高对高速高机动目标的跟踪能力。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例基本流程图；

图2为本发明实施例积分增益调节示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明实施例提出一种光电监视系统伺服跟踪方法，如图1所示，包括：

S101、获取图像脱靶量误差，并对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

S102、根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

S103、根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

本示例中光电监视系统包括主控计算机，光电传感器，图像处理单元以及伺服控制单元。光电系统基本的工作流程为，光电传感器输出图像送给图像处理单元，图像处理单元实时解算脱靶量误差后发给主控计算机，主控计算机将伺服控制指令和脱靶量误差发给伺服控制单元，驱动伺服稳定平台跟踪目标。

本实施例中可以利用光电监视系统在手动模式下搜索目标，发现目标后调整视场大小，由主控计算机给图像和伺服同时下发跟踪指令。图像处理单元收到跟踪指令后，可以根据预设图像检测算法，计算图像脱靶量误差。然后图像处理单元将图像脱靶量误差发送给伺服控制单元。伺服控制单元在同时接收到跟踪指令和脱靶量误差时，当前的手动模式跳入伺服跟踪程序。具体的伺服控制单元对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差，根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差。接着伺服控制单元进入服跟踪环PID运算程序，根据伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量。最后利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。由此本发明实现了无需外部辅助设备，不增加系统硬件成本的条件下提高对高速高机动目标的跟踪能力。

在一些实施方式中，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大之前，所述方法还包括：

在检测到所述跟踪指令和所述图像脱靶量误差时，根据当前传感器类型及当前视场角，计算当前图像分辨率和当前视场角下单位像素对应的角度值。

本示例中，主控计算机获取当前光电传感器类型及当前视场角α，并发给伺服控制单元，伺服控制单元根据当前光电传感器获取的图像的分辨率R计算当前单位像素对应的角度值

本示例中，α＝5.8°，R＝720。

在一些实施方式中，进入跟踪程序之后，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差包括：

根据所述图像脱靶量误差以及预设调节参数对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差，其中所述预设调节参数为整数型参数。

伺服控制单元进入伺服跟踪程序后，将图像脱靶量误差e进行线性放大，得到新的脱靶量e′，将此脱靶量作为PID控制程序的误差输入，线性放大的公式满足：

式中，e为图像给出的脱靶量，e′为线性调整后的脱靶量，k₁>0为整数型调节参数，本实施中k₁＝50，由图1可知，当图像脱靶量误差e＝200时，e′＝5e，控制量被增强5倍，随着脱靶量的不断减小，放大系数

控制量降低从而避免过大超调。

根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差，公式如下：

其中，

表示伺服方位角度误差。

在一些实施方式中，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

依据预设脱靶量误差阈值和增益调节参数，以及，所述图像脱靶量误差调整控制器的参数，以保控制量的精度。

在本示例中，对控制器的参数进行调整，满足：

式中，K_i为积分增益，k₃>0为整数型调节参数，k₂>0，k₄>0为增益调节参数，例如k₂＝5，k₃＝20，k₄＝0.5，如图2所示，在脱靶量误差大于20个像素时，积分增益保持在0.5，当脱靶量误差小于20个像素时，逐渐增大积分增益，使得当脱靶量误差较小时仍可动态的保持高精度跟踪所需的控制量。

在一些实施方式中，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

根据所述伺服方位角度误差以及所述控制器的参数计算伺服跟踪环PID控制量。

本示例中，进一步计算伺服跟踪环PID控制量，满足：

式中，K_p为比例增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益，本实施中K_p＝3，K_d＝0。

最后利用所述伺服跟踪环PID控制量u作为伺服速度环输入指令，以实现伺服跟踪。

本发明实施例的动态调节的对象为：

图像脱靶量信息，图像给出的脱靶量误差经线性调整后再送给伺服跟踪环控制器，在光电捕获阶段，可增大伺服跟踪环控制量，增强系统响应快速性，实现快速捕获。

伺服跟踪环积分增益，当脱靶量误差较大时，采用较小积分增益，当脱靶量误差较小时，采用较大积分增益，提高伺服跟踪稳态精度。

本发明对伺服跟踪控制算法进行优化，通过将图像脱靶量误差进行动态的线性调节，使得伺服跟踪环控制量与图像脱靶量绝对值正相关，在捕获目标初期，脱靶量误差较大，伺服控制量亦较大，可加速伺服响应，使脱靶量误差快速减小；在跟踪阶段，伺服跟踪环积分增益随脱靶量误差降低而增大，保证了使脱靶量保持在较小范围所需的控制量。采用双线性调节的自适应跟踪策略，可满足不同目标在不同跟踪状态下的精确跟瞄需求。

本发明方法在光电捕获阶段，将图像脱靶量进行线性放大后送给伺服跟踪环控制器，可增大控制量，在不引起过大超调的情况下加速系统响应，使伺服系统快速捕获目标；在光电跟踪阶段，根据图像脱靶量误差大小反向调整伺服跟踪环控制器的积分增益，当脱靶量误差较大时，采用较小积分增益，当脱靶量误差较小时，采用较大积分增益，可提高伺服跟踪精度。在伺服跟踪的不同阶段自适应的动态优化图像脱靶量信息和伺服跟踪环控制器参数，可解决伺服跟踪快速性和精度高互相矛盾的问题，有效提高光电监视系统对高速高机动目标的跟踪能力。

本发明实施例还提出一种光电监视系统，包括：

图像处理单元，用于获取图像脱靶量误差；

伺服控制单元，用于对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

所述伺服控制单元设置有伺服跟踪程序和伺服跟踪环PID运算程序；

所述伺服跟踪程序，用于根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

所述伺服跟踪环PID运算程序，用于根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

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。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。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(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，包括：

获取图像脱靶量误差，并对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

2.如权利要求1所述的光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，所述获取图像脱靶量误差包括：

在接收到跟踪指令后，通过预设图像检测算法计算所述图像脱靶量误差。

3.如权利要求2所述的光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大之前，所述方法还包括：

在检测到所述跟踪指令和所述图像脱靶量误差时，根据当前传感器类型及当前视场角，计算当前图像分辨率和当前视场角下单位像素对应的角度值。

4.如权利要求3所述的光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，进入跟踪程序之后，所述对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差包括：

根据所述图像脱靶量误差以及预设调节参数对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差，其中所述预设调节参数为整数型参数。

5.如权利要求1-4任一项所述的光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

依据预设脱靶量误差阈值和增益调节参数，以及，所述图像脱靶量误差调整控制器的参数，以保控制量的精度。

6.如权利要求5所述的光电监视系统伺服跟踪方法，其特征在于，所述根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量包括：

根据所述伺服方位角度误差以及所述控制器的参数计算伺服跟踪环PID控制量。

7.一种光电监视系统，其特征在于，包括：

图像处理单元，用于获取图像脱靶量误差；

伺服控制单元，用于对所述图像脱靶量误差进行线性放大，获得图像脱靶量放大误差；

所述伺服控制单元设置有伺服跟踪程序和伺服跟踪环PID运算程序；

所述伺服跟踪程序，用于根据所述图像脱靶量放大误差以及当前视场角下单位像素对应的角度值确定伺服方位角度误差；

所述伺服跟踪环PID运算程序，用于根据所述伺服方位角度误差确定伺服跟踪环PID控制量，并利用所述伺服跟踪环PID控制量作为伺服速度环输入，以实现伺服跟踪。

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