CN114281110B - 一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，属于光电探测领域；首先根据像素偏差量计算相对角度变化值，然后与伺服位置偏差量数组叠加计算，得到光电探测系统跟踪模块的总偏差量；最后根据总偏差量计算得到相对运动速度变化平均量；将相对运动速度变化平均量作为光电探测系统目标丢失后的运动速度量，伺服系统运动过程中实时接收图像跟踪处理系统数据，当图像跟踪处理系统重新锁定目标，则跳出路径预测循环，进入正常跟踪。通过对图像跟踪过程中前一段时刻的路径进行分析，目标跟踪丢失后，根据路径预测结果，驱动伺服系统按照预测路径运动，达到持续跟踪的目的。

Description

一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法

技术领域

本发明属于光电探测领域，具体涉及一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法。

背景技术

图像跟踪功能是光电系统的重要功能之一，光电探测系统在跟踪情况下能够实时锁定目标，并驱动伺服控制系统，保证目标始终在图像中心，更有利于目标观察及后续操作。但光电系统的使用场景一般都比较复杂，如空对地、地对地场景下，地面背景复杂，如跟踪车辆、行人等目标时，背景物如树木、房屋等复杂背景的遮挡尤其严重，对光电系统的跟踪能力造成极大压力。

现有技术中，通过图像处理能够在当前视场范围内再次检索目标，重新跟踪。但实际应用过程中，由于目标速度快、遮挡时间长等多方面原因造成目标不能重新捕获，此时，目标已不在视场范围内，重新搜索找到目标或者目标彻底丢失；但是重新进行目标搜索锁定时间较长，影响跟踪效率和精度。

现有光电跟踪系统针对目标丢失后，主要依靠图像跟踪器再次在视场范围内匹配搜索等策略进行，不能保证跟踪丢失后再捕获的概率。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，保证图像跟踪目标丢失后，目标持续在视场内出现一定时间，减少重新搜索锁定时间，本发明提出一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，根据目标前段时刻运动特征对下一时刻运动轨迹进行预测，目标前段时刻运动特征由跟踪偏移量与光电系统角度两个量进行统计分析预测，预测的路径数据转换成伺服控制的电机驱动量即速度控制，及运动时间控制；目标跟踪丢失后，根据路径预测结果，通过速度及时间两个量完成伺服控制系统的运动，实现目标运动轨迹的预测，保证目标始终处在当前视场范围内，达到持续跟踪的目的。

本发明的技术方案是：一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据光电探测系统的跟踪模块中数组存储T0至Tf时刻的水平和俯仰方向跟踪像素偏差量W_水平[t]和W_俯仰[t]，计算得到T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>

步骤二：统计光电探测系统的伺服系统中T0至Tf时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]；

步骤三：首先，基于步骤一得到的T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>步骤二统计的T0至Tf时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]，叠加计算得到目标相对于光电探测系统跟踪模块的总水平偏差量λ_水平和总俯仰偏差量λ_俯仰；

然后，计算T0至Tf时刻水平和俯仰方向相对运动速度变化平均量v_水平和v_俯仰，公式如下：

步骤四：将步骤三计算得到的相对运动速度变化平均量作为光电探测系统目标丢失后的运动速度量，伺服系统运动过程中实时接收图像跟踪处理系统数据，当图像跟踪处理系统重新锁定目标，则跳出路径预测循环，进入正常跟踪。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤一中，首先，提取光电探测系统的跟踪模块中数组存储T0至Tf时刻的水平和俯仰方向跟踪像素偏差量W_水平[t]和W_俯仰[t]；

然后，分别计算T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和公式如下：

其中，F_水平为光学传感器水平分辨率，Δ_水平为光学传感器水平视场角，t为T0至Tf时刻中某一时刻；

其中，F_俯仰为光学传感器俯仰分辨率，Δ_俯仰为光学传感器俯仰视场角，t为T0至Tf时刻中某一时刻。

本发明的进一步技术方案是：所述步骤三中，目标相对于光电探测系统跟踪模块的总水平偏差量λ_水平和总俯仰偏差量λ_俯仰的计算公式如下：

有益效果

本发明的有益效果在于：本发明属于光电跟踪系统跟踪性能优化设计技术，通过对图像跟踪过程中前一段时刻的路径进行分析，目标跟踪丢失后，根据路径预测结果，驱动伺服系统按照预测路径运动，达到持续跟踪的目的。该方法能够适用于背景复杂下目标丢失情况，该方法不以当前目标运动为跟踪输入，是根据目标前段时刻运动特征对下一时刻运动轨迹进行预测，能够极大提升跟踪丢失再锁定能力。

本发明用于提升光电跟踪系统跟踪目标丢失后的再捕获概率，通过处理正常跟踪时多组跟踪偏差量和角位置数据，能够明显提升跟踪丢失后目标再捕获的概率，并通过实际光电系统验证，针对车辆移动目标进行测试，目标跟踪遮挡或丢失后10s内，达到90％的概率成功再捕获。

附图说明

图1为本发明基于路径预测的伺服记忆跟踪流程实测图；(a)稳定跟踪；(b)目标遮挡丢失；(c)预测路径再锁定；(d)丢失捕获稳定跟踪；

图2为本发明基于路径预测的伺服记忆跟踪流程框图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

参照图1所示，本发明一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：首先，提取光电探测系统的跟踪模块中数组存储T0至T10时刻的水平和俯仰方向跟踪像素偏差量W_水平[t]和W_俯仰[t]；

然后，分别计算T0至T10时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和公式如下：

其中，F_水平为光学传感器水平分辨率，Δ_水平为光学传感器水平视场角，t为T0至T10时刻中某一时刻；

其中，F_俯仰为光学传感器俯仰分辨率，Δ_俯仰为光学传感器水平视场角，t为T0至T10时刻中某一时刻；

步骤二：统计光电探测系统的伺服系统中T0至T10时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]；

步骤三：基于步骤一得到的T0至T10时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>步骤二统计的T0至T10时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]，叠加加计算得到目标相对于光电探测系统跟踪模块的总水平偏差量λ_水平和总俯仰偏差量λ_俯仰，公式如下：

然后，计算T0至T10时刻水平和俯仰方向相对运动速度变化平均量v_水平和v_俯仰，公式如下：

步骤四：将步骤三计算得到的相对运动速度变化平均量作为光电探测系统目标丢失后的运动速度量，伺服运动过程中实时接收图像跟踪处理系统数据，当图像跟踪处理系统重新锁定目标，则跳出路径预测循环，进入正常跟踪。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (2)

1.一种基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，其特征在于具体步骤如下：

步骤一：根据光电探测系统的跟踪模块中数组存储T0至Tf时刻的水平和俯仰方向跟踪像素偏差量W_水平[t]和W_俯仰[t]，计算得到T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>具体计算如下：

首先，提取光电探测系统的跟踪模块中数组存储T0至Tf时刻的水平和俯仰方向跟踪像素偏差量W_水平[t]和W_俯仰[t]；

然后，分别计算T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>公式如下：

其中，F_水平为光学传感器水平分辨率，Δ_水平为光学传感器水平视场角，t为T0至Tf时刻中某一时刻；

其中，F_俯仰为光学传感器俯仰分辨率，Δ_俯仰为光学传感器俯仰视场角，t为T0至Tf时刻中某一时刻；

步骤二：统计光电探测系统的伺服系统中T0至Tf时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]；

步骤三：首先，基于步骤一得到的T0至Tf时刻的水平方向和俯仰方向的相对角度变化值和/>步骤二统计的T0至Tf时刻时间段水平方向和俯仰方向的伺服位置偏差量数组θ_水平[t]和θ_俯仰[t]，叠加计算得到目标相对于光电探测系统跟踪模块的总水平偏差量λ_水平和总俯仰偏差量λ_俯仰；

然后，计算T0至Tf时刻水平和俯仰方向相对运动速度变化平均量v_水平和v_俯仰，公式如下：

步骤四：将步骤三计算得到的相对运动速度变化平均量作为光电探测系统目标丢失后的运动速度量，伺服系统运动过程中实时接收图像跟踪处理系统数据，当图像跟踪处理系统重新锁定目标，则跳出路径预测循环，进入正常跟踪。

2.根据权利要求1所述基于路径预测的伺服记忆跟踪实现方法，其特征在于：所述步骤三中，目标相对于光电探测系统跟踪模块的总水平偏差量λ_水平和总俯仰偏差量λ_俯仰的计算公式如下：