CN114882077A - 一种目标实时跟踪控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种目标实时跟踪控制方法及系统。方法包括计算短波红外视场A和面阵单光子成像视场B，提取可疑目标在视场A中的像素坐标，判断可疑目标是否同在视场B，如不在则转动转台使可疑目标落在视场B中，利用单光子三维成像识别可疑目标是否为拟跟踪目标，对拟跟踪目标按时间间隔进行三维成像，并拟合三维轨迹方程实时跟瞄拟跟踪目标。所述系统包括视场计算模块、被动短波红外成像模块、主动面阵单光子成像模块、像素坐标提取及判断模块、目标识别模块、实时跟踪模块以及二维转台。该方法及装置不仅能快速实现可疑目标粗定位和目标可靠提取，还能利用目标历史数据，实时预测运动轨迹，为目标跟丢后再次捕获目标提供参考。

Description

一种目标实时跟踪控制方法及系统
技术领域
本发明属于目标控制技术领域，具体涉及一种目标实时跟踪控制方法，还涉及一种目标实时跟踪控制系统。
背景技术
运动目标在快速运动过程中，其背景可能是云层、大自然，其运动所处的环境可能是弱光环境或无自然光照明的环境，甚至有时在目标与探测器之间还可能存在烟、雾等情况，为了对这类运动目标进行跟踪探测，常利用面阵单光子具备一定穿透烟雾的物理特性，应用主动面阵单光子成像对目标进行主动探测。
但因面阵单光子像素少，一般只有32×32或64×64阵列，因此对目标的探测视场一般很小，仅零点几至几个毫弧度，难以搜索并发现目标。另外，在对目标进行跟踪时，如果目标运动过快，目标可能运动到视场外，无法对目标进行跟踪成像，因此需要解决目标运动中下一个或多个位置的预测问题。
发明内容
有鉴于此，本发明利用被动探测短波红外探测器像素数大的特点，一般可达640×512，先通过短波红外对可疑目标被动探测进行粗定位，再结合面阵单光子主动探测实现目标识别与精确定位，获得目标的准确坐标，并控制二维转台成像光轴持续指向目标，完成目标精准、快速跟踪。
在目标持续跟踪控制过程中，对于目标运动的下一个时刻或者接下来几个时刻的位置预测至关重要。为了兼顾运算实时性和预测精度，采用多项式曲线拟合，对目标的运动趋势进行预测。在保障预测精度的前提下，减小二维转台指向目标的所消耗的计算时间控制提前量。
具体方案如下：
一种目标实时跟踪控制方法，该方法包括如下步骤：
（1）计算被动短波红外成像和主动面阵单光子成像的可视范围，即以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像的视场范围A和主动面阵单光子成像的视场范围B；
（2）利用被动短波红外成像对待测区域进行可疑目标探测，当可疑目标进入被动短波红外的视场范围A内时，对探测到的可疑目标进行像素坐标值提取；
（3）判断可疑目标的像素坐标值是否在主动面阵单光子的视场范围B内，若是，则执行步骤（4）；若否，则转动二维转台，使可疑目标的像素坐标值在主动面阵单光子的视场范围B内后，再执行步骤（4）；
（4）利用主动面阵单光子成像对可疑目标进行三维成像，分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；若是，执行步骤（5）；若否，执行步骤（2）；
（5）根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制。
进一步，步骤（5）具体为：对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据用9～12次多项式拟合得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程；若跟踪过程中拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据所述三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的。
进一步，所述步骤（4）具体步骤为：
（4.1）创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；
（4.2）计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；
（4.3）将三维点云数据集B中的三维点云数据进行预处理；
（4.4）将三维点云数据进行语义分割；
（4.5）根据步骤（4.4）分离出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
一种目标实时跟踪控制系统，包括：视场计算模块、被动短波红外成像模块、主动面阵单光子成像模块、像素坐标提取及判断模块、目标识别模块、实时跟踪模块以及二维转台；
视场计算模块，用于计算被动短波红外成像模块和主动面阵单光子成像模块的可视范围。具体为：以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像模块的视场范围A和主动面阵单光子成像模块的视场范围B；
被动短波红外成像模块，用于对待测区域内可疑目标探测；
主动面阵单光子成像模块，用于可疑目标三维成像；
像素坐标提取及判断模块，用于提取落入视场范围A内的可疑目标的像素坐标值，并判断所述可疑目标的像素坐标值是否也在视场范围B内；若不在，则控制转台转动，使可疑目标落入视场范围B内；
目标识别模块，用于分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；
实时跟踪模块，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制；
二维转台，接收像素坐标提取及判断模块和实时跟踪模块指令动作，确保拟跟踪目标始终落在主动面阵单光子靶面中心进行成像。
进一步，目标识别模块包括参考目标数据库单元、三维点云数据集计算单元、预处理单元、语义分割单元、目标匹配单元；参考目标数据库单元，用于创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；三维点云数据集计算单元，用于计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；预处理单元，用于对三维点云数据集B中的三维点云数据预处理，包括去重点、去噪点；语义分割单元，用于对预处理后的三维点云数据集进行语义分割；目标匹配单元，用于将语义分割出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，并选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
进一步，实时跟踪模块，包括拟跟踪目标坐标值提取及判断单元、三维轨迹拟合单元；拟跟踪目标坐标值提取及判断单元，用于提取拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；同时在实时跟踪控制过程中，判断拟跟踪目标是否出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率是否大于设定值，若拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据三维轨迹拟合单元拟合的三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的；三维轨迹拟合单元，用于在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标三维成像提取当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据拟合9～12次多项式得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程。
本发明的有益效果为：（1）将被动短波红外成像与主动面阵单光子成像结合，解决了主动面阵单光子成像的视场小，跟踪目标的粗定位问题；（2）目标跟踪过程中，利用了主动面阵单光子成像对目标进行三维探测的优点，相对其它方法中的目标二维成像，多了一维深度信息，能将目标从复杂背景中孤立出来，解决了目标可靠提取问题；（3）在对拟跟踪目标跟踪过程中，实时更新目标运动三维轨迹方程，为目标跟踪丢失并需要重新找回拟跟踪目标时，提供了二维转台控制量提供了计算方法。（4）对拟跟踪目标跟踪过程中，本发明可以实时预测下一个或多个时刻的三维坐标值，不仅有利于精确跟踪，更有利于实施目标空中拦截，消除危险。
同时，本方法利用主动面阵单光子成像对目标进行跟踪，具备0.25mrad甚至0.05mrad的目标指向精准度、目标坐标更新帧率可高达180kHz以上、对目标运动趋势预测运算效率高等特点，具有搜索目标瞬态视场大、跟踪精度高、响应快、带宽宽等优点。
附图说明
图1为本发明目标跟踪控制方法流程图；
图2为本发明目标跟踪控制系统结构框图；
图3为本发明实施例1被动短波红外二维成像几何模型；
图4为本发明实施例1主动面阵单光子激光三维成像几何模型图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式和图1～图4，对本发明做进一步详细说明。
一种目标实时跟踪控制方法，该方法包括如下步骤：
（1）计算被动短波红外成像和主动面阵单光子成像的可视范围，即以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像的视场范围A和主动面阵单光子成像的视场范围B；
（2）利用被动短波红外成像对待测区域进行可疑目标探测，当可疑目标进入被动短波红外的视场范围A内时，对探测到的可疑目标进行像素坐标值提取；
（3）判断可疑目标的像素坐标值是否在主动面阵单光子的视场范围B内，若是，则执行步骤（4）；若否，则转动二维转台，使可疑目标的像素坐标值在主动面阵单光子的视场范围B内后，再执行步骤（4）；
（4）利用主动面阵单光子成像对可疑目标进行三维成像，分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；若是，执行步骤（5）；若否，执行步骤（2）；
（5）根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制。
其中，步骤（5）具体为：对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据用9～12次多项式拟合得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程；若跟踪过程中拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据所述三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的。
其中，所述步骤（4）具体步骤为：
（4.1）创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；
（4.2）计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；
（4.3）将三维点云数据集B中的三维点云数据进行预处理；
（4.4）将三维点云数据进行语义分割；
（4.5）根据步骤（4.4）分离出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
一种目标实时跟踪控制系统，包括：视场计算模块、被动短波红外成像模块、主动面阵单光子成像模块、像素坐标提取及判断模块、目标识别模块、实时跟踪模块以及二维转台；
视场计算模块，用于计算被动短波红外成像模块和主动面阵单光子成像模块的可视范围。具体为：以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像模块的视场范围A和主动面阵单光子成像模块的视场范围B；
被动短波红外成像模块，用于对待测区域内可疑目标探测；
主动面阵单光子成像模块，用于可疑目标三维成像；
像素坐标提取及判断模块，用于提取落入视场范围A内的可疑目标的像素坐标值，并判断所述可疑目标的像素坐标值是否也在视场范围B内；若不在，则控制转台转动，使可疑目标落入视场范围B内；
目标识别模块，用于分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；
实时跟踪模块，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制；
二维转台，接收像素坐标提取及判断模块和实时跟踪模块指令动作，确保拟跟踪目标始终落在主动面阵单光子靶面中心进行成像。
进一步，目标识别模块包括参考目标数据库单元、三维点云数据集计算单元、预处理单元、语义分割单元、目标匹配单元；参考目标数据库单元，用于创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；三维点云数据集计算单元，用于计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；预处理单元，用于对三维点云数据集B中的三维点云数据预处理，包括去重点、去噪点；语义分割单元，用于对预处理后的三维点云数据集进行语义分割；目标匹配单元，用于将语义分割出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，并选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
进一步，实时跟踪模块，包括拟跟踪目标坐标值提取及判断单元、三维轨迹拟合单元；拟跟踪目标坐标值提取及判断单元，用于提取拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；同时在实时跟踪控制过程中，判断拟跟踪目标是否出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率是否大于设定值，若拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据三维轨迹拟合单元拟合的三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的；三维轨迹拟合单元，用于在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标三维成像提取当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据拟合9～12次多项式得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程。
实施例1
本发明的目标跟踪控制方法包括如下步骤：
首先进行系统初始化，初始化合格后执行如下步骤：
（1）计算被动短波红外成像和主动面阵单光子成像的可视范围，即以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像的视场范围A和主动面阵单光子成像的视场范围B；
（2）利用被动短波红外成像对待测区域进行可疑目标探测，当可疑目标进入被动短波红外的视场范围A内时，通过积分图方法对探测到的可疑目标进行像素坐标值提取；
（3）判断可疑目标的像素坐标值是否在主动面阵单光子的视场范围B内，若是，则执行步骤（4）；若否，则根据可疑目标的方位角和俯仰角转动二维转台，使可疑目标的像素坐标值在主动面阵单光子的视场范围B内后，再执行步骤（4）；
根据可疑目标像素坐标值计算二维转台的方位角与俯仰角控制量的方法如下：
设像素
Figure 534817DEST_PATH_IMAGE001
，i和j为可疑目标宽度和高度方向的像素坐标，Isw和Jsw分别为被动短波红外成像感应面的宽度和高度方向的像素个数。则像素坐标（i，j）对应目标点的方位ω和俯仰角φ分别为：
Figure 203696DEST_PATH_IMAGE002
根据公式（1），控制二维转台方位角转动-ω、俯仰角转动-φ从而实现可疑目标落在视场范围B的中心位置。如果选用计
Figure 338005DEST_PATH_IMAGE003
个像素、像素dp大小为15μm、成像焦距为
Figure 92335DEST_PATH_IMAGE004
的短波红外相机，按照一个目标需要3×3个像素进行描述，可计算出目标空间定位角分辨率可达0.25mrad，视场大小超过9°×7°。
（4）利用主动面阵单光子成像对可疑目标进行三维成像，分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；若是，执行步骤（5）；若否，则跳转至步骤（2）；
具体识别判断步骤为：
（4.1）创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；
（4.2）计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；
（4.3）将三维点云数据集B中的三维点云数据进行预处理；
（4.4）将三维点云数据进行语义分割。
（4.5）根据步骤（4.4）分离出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
在步骤（4）中，根据公式（1），如果选用计
Figure 829346DEST_PATH_IMAGE005
个像素、每个像素大小为50μm、成像焦距
Figure 290415DEST_PATH_IMAGE006
为的面阵单光子探测器，用面阵单光子对目标空间定位，只需要1个像素即可描述，可计算出目标空间定位角分辨率可达50μrad。此外，面阵单光子成像帧率一般可达25kHz，甚至180kHz以上，因此能很快更新目标的空间坐标位置，使得二维转台的控制量能进行高帧率更新，使得对目标的跟踪控制带宽宽、响应快。
（5）当面阵单光子目标识别与定位模块判断其为拟跟踪目标时，对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值换算成极坐标，通过极坐标中的两个角度值来控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心成像，从而实现目标实时跟踪控制；在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，如果记录数据超过20个，则删除出最早记录的目标坐标数据。并根据所述三维坐标历史数据用多次多项式拟合得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程；
计算目标在二维转台坐标系下的方位角速率与二维转台实际方位角速率之比DA，同时计算目标在二维转台坐标系下的俯仰角速率与二维转台实际俯仰角速率之比DP；若DA、DP均小于1.5同时又在视场B内，则不启用目标运动轨迹拟合函数计算二维转台的方位俯仰的运动提前量；若DA、DP任意一个值小于1.5或拟跟踪目标不在视场B内，则根据多次多项式的三维轨迹方程计算二维转台的方位俯仰的运动提前量，最终控制二维转台稳定实时指向拟跟踪目标。
在步骤（5）中，为了兼顾运算的实时性和拟合误差，一般采用9～12次多项式对目标运动轨迹进行拟合。如果低于9次，虽然运算量小，但拟合误差大；若高于12次，虽然拟合误差小，但运算的实时性得不到保障。本实施例采用9次多项式对目标运动轨迹进行拟合来获得目标运动轨迹函数，根据目标运动轨迹函数对运动目标下一个或者接下来多个位置进行预测，减少目标运动趋势的计算量，提供目标跟踪控制的实时性，预测位置计算公式如下：
对于目标运动轨迹预测，采用最小二乘法计算9阶多项式系数的方法，求出目标的预期运动轨迹。主要计算步骤如下：
1)读取拟跟踪目标20条历史位置数据，存储在一个序列中；
2)用历史位置数据计算拟跟踪目标运动轨迹的9阶多项式方程中系数；
采用9阶以上多项式表示的曲线来拟合空中目标轨迹，t为时间，则空间坐标x、y、z表示为：
Figure 720259DEST_PATH_IMAGE007
式（2）中的9阶以上多项式系数
Figure 696305DEST_PATH_IMAGE008
（m=0…9）的最小二乘法计算公式为：
Figure 971429DEST_PATH_IMAGE009
式（2）中的9阶以上多项式系数
Figure 614900DEST_PATH_IMAGE010
（m=0…9）的最小二乘法计算公式为
Figure 589547DEST_PATH_IMAGE011
式（2）中的9阶以上多项式系数
Figure 318468DEST_PATH_IMAGE012
（m=0…9）的最小二乘法计算公式为
Figure 397283DEST_PATH_IMAGE013
根据目标运动轨迹方程预测下1个或多个时刻的坐标。在本实施例中仅展示预测接下来的第5个时刻的坐标用公式预测目标单光子成像光轴的方位角变化量Δω和俯仰角变化量Δφ为：
Figure 629681DEST_PATH_IMAGE014
式（6）计算出的二维转台成像镜轴指向目标第5个时刻的位置时的方位角度与俯仰角度变化量与二维转台实时反馈的方位角度值与俯仰角度值相加，即可求得控制方位转台的下一步转动的方位与俯仰两个方向的控制量。
式（6）中x(tm+5)、y(tm+5)、z(tm+5)分别为接下来的第5个时刻的x、y、z坐标。
并且容易得知，本发明具备0.25mrad甚至0.05mrad的目标指向精准度、目标坐标更新帧率可高达180kHz、对目标运动趋势预测运算效率高等特点，具有搜索目标瞬态视场大、跟踪精度高、响应快、带宽宽等优点。
实施例2
本发明的目标跟踪控制方法包括如下步骤：
一种目标实时跟踪控制系统100，包括：视场计算模块110、被动短波红外成像模块120、主动面阵单光子成像模块130、像素坐标提取及判断模块140、目标识别模块150、实时跟踪模块160以及二维转台170；
视场计算模块110，用于计算被动短波红外成像模块和主动面阵单光子成像模块的可视范围。具体为：以二维转台170的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像模块120的视场范围A和主动面阵单光子成像模块130的视场范围B；
被动短波红外成像模块120，用于对待测区域内可疑目标探测；
主动面阵单光子成像模块130，用于可疑目标或拟跟踪目标三维成像；
像素坐标提取及判断模块140，用于提取落入视场范围A内的可疑目标的像素坐标值，并判断所述可疑目标的像素坐标值是否也在视场范围B内；若不在，则控制二维转台170转动，使可疑目标落入视场范围B内；
目标识别模块150，用于分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；
实时跟踪模块160，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台170转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制；
二维转台170，接收像素坐标提取及判断模块140和实时跟踪模块160指令动作，确保拟跟踪目标始终落在主动面阵单光子靶面中心进行成像。
其中，目标识别模块150包括参考目标数据库单元、三维点云数据集计算单元、预处理单元、语义分割单元、目标匹配单元；参考目标数据库单元，用于创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；三维点云数据集计算单元，用于计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；预处理单元，用于对三维点云数据集B中的三维点云数据预处理，包括去重点、去噪点；语义分割单元，用于对预处理后的三维点云数据集进行语义分割；目标匹配单元，用于将语义分割出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，并选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
实时跟踪模块160，包括拟跟踪目标坐标值提取及判断单元、三维轨迹拟合单元；拟跟踪目标坐标值提取及判断单元，用于提取拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台170转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；同时在实时跟踪控制过程中，判断拟跟踪目标是否出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率是否大于设定值，若拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据三维轨迹拟合单元拟合的三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的；三维轨迹拟合单元，用于在二维转台170转动过程中，以二维转台170开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标三维成像提取当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据拟合9～12次多项式得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程。

Claims (6)

1.一种目标实时跟踪控制方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
（1）计算被动短波红外成像和主动面阵单光子成像的可视范围，即以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像的视场范围A和主动面阵单光子成像的视场范围B；
（2）利用被动短波红外成像对待测区域进行可疑目标探测，当可疑目标进入被动短波红外的视场范围A内时，对探测到的可疑目标进行像素坐标值提取；
（3）判断可疑目标的像素坐标值是否在主动面阵单光子的视场范围B内，若是，则执行步骤（4）；若否，则转动二维转台，使可疑目标的像素坐标值在主动面阵单光子的视场范围B内后，再执行步骤（4）；
（4）利用主动面阵单光子成像对可疑目标进行三维成像，分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；若是，执行步骤（5）；若否，执行步骤（2）；
（5）根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制。
2.根据权利要求1所述的目标实时跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤（5）具体为：对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标进行三维成像，提取所述拟跟踪目标的当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据用9～12次多项式拟合得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程；若跟踪过程中拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据所述三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的。
3.根据权利要求1所述的目标实时跟踪控制方法，其特征在于，所述步骤（4）具体步骤为：
（4.1）创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；
（4.2）计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；
（4.3）将三维点云数据集B中的三维点云数据进行预处理；
（4.4）将三维点云数据进行语义分割；
（4.5）根据步骤（4.4）分离出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
4.一种目标实时跟踪控制系统，其特征在于，所述系统包括：视场计算模块、被动短波红外成像模块、主动面阵单光子成像模块、像素坐标提取及判断模块、目标识别模块、实时跟踪模块以及二维转台；
视场计算模块，用于计算被动短波红外成像模块和主动面阵单光子成像模块的可视范围，具体为：以二维转台的成像镜轴为基准，计算被动短波红外成像模块的视场范围A和主动面阵单光子成像模块的视场范围B；
被动短波红外成像模块，用于对待测区域内可疑目标探测；
主动面阵单光子成像模块，用于可疑目标三维成像；
像素坐标提取及判断模块，用于提取落入视场范围A内的可疑目标的像素坐标值，并判断所述可疑目标的像素坐标值是否也在视场范围B内；若不在，则控制转台转动，使可疑目标落入视场范围B内；
目标识别模块，用于分析并判断所述可疑目标是否为拟跟踪目标；
实时跟踪模块，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并持续指向拟跟踪目标，实现对拟跟踪目标实时跟踪控制；
二维转台，接收像素坐标提取及判断模块和实时跟踪模块指令动作，确保拟跟踪目标始终落在主动面阵单光子靶面中心进行成像。
5.根据权利要求4所述的目标实时跟踪控制系统，其特征在于，目标识别模块包括参考目标数据库单元、三维点云数据集计算单元、预处理单元、语义分割单元、目标匹配单元；参考目标数据库单元，用于创建参考目标数据库并定义参考目标坐标系；三维点云数据集计算单元，用于计算待测区域内可疑目标的三维点云数据集B；预处理单元，用于对三维点云数据集B中的三维点云数据预处理，包括去重点、去噪点；语义分割单元，用于对预处理后的三维点云数据集进行语义分割；目标匹配单元，用于将语义分割出来的各可疑目标的三维点云数据，与参考目标坐标系进行匹配，完成各可疑目标的识别，并选取感兴趣的可疑目标为拟跟踪目标。
6.根据权利要求4所述的目标实时跟踪控制系统，其特征在于，实时跟踪模块，包括拟跟踪目标坐标值提取及判断单元、三维轨迹拟合单元；拟跟踪目标坐标值提取及判断单元，用于提取拟跟踪目标的当前坐标值，根据拟跟踪目标的当前坐标值控制二维转台转动并实时指向拟跟踪目标，使拟跟踪目标始终在主动面阵单光子靶面中心进行成像，从而实现目标实时跟踪控制；同时在实时跟踪控制过程中，判断拟跟踪目标是否出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率是否大于设定值，若拟跟踪目标未出现在视场B内、拟跟踪目标方位角速率或俯仰角速率大于设定值，则根据三维轨迹拟合单元拟合的三维轨迹方程计算目标在一个或数个时间间隔后的三维坐标，来控制二维转台转动跟瞄拟跟踪目标所述一个或数个时间间隔后的三维坐标，达到持续跟踪控制的目的；三维轨迹拟合单元，用于在二维转台转动过程中，以二维转台开始转动时刻为初始时刻，每间隔0.1ms～3ms，对拟跟踪目标三维成像提取当前坐标值，记录所述拟跟踪目标的三维坐标历史数据，并根据所述三维坐标历史数据拟合9～12次多项式得出拟跟踪目标随时间运动的三维轨迹方程。
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