CN115542310A - 一种用于目标跟踪的航迹外推方法 - Google Patents

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刘征
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Abstract

本发明公开了一种用于目标跟踪的航迹外推方法，通过在现有外推基础上结合多假设在航迹丢失关联的位置增加一个假设目标的方法，并且当目标外推一定时间仍然没有匹配到点云后，目标回退到丢失关联前的位置，明显降低了目标由于突然静止导致目标跟踪错误的可能性。

Description

一种用于目标跟踪的航迹外推方法
技术领域
本发明涉及毫米波雷达目标跟踪技术领域，尤其涉及一种用于目标跟踪的航迹外推方法。
背景技术
人员检测和数量统计是现有多个场景中不可缺少的数据，如机场、商场、连锁店、车站、博物馆、会议室等场合，人员发现清点和数据估计在安全管理，提高整体服务水平等方面起重要作用。常见的人员跟踪检测技术主要利用图像或者红外的单一识别方式进行，而图像在隐私方面有一定影响，使用范围有限。而红外方面，面临着分辨率高的设备成本高，且容易受干扰等问题较为严重。随着科技的进步，毫米波雷达传感器的利用可以对人员计数的这些缺陷进行补足，具有广阔的应用前景。
现有人员检测计数应用中，主要有摄像头识别，传统人工清点，还有采用自动清点的机械设备，采用RFID的门禁系统等。这些方法受到成本，准确率，实施难等方面的限制，使得人员检测计数的应用在经济性和准确性上很难取得平衡。现有的航迹外推基本是当目标丢失时，维持航迹上一时刻的速度保持运动，而在目标突然静止时，往往会将目标外推到一个错误的位置造成目标位置判断错误，当目标再次运动时又在原地重新生成一个目标，导致目标总数目也出现错误。
发明内容
本发明的目的就在于针对目前毫米波雷达对静止目标难以检测到动态点云的情况下，导致对运动中突然静止航迹的跟踪位置发生错误的问题，提出了一种结合多假设和回退的外推方法，对一确定待测空间区域进行目标轨迹测量和跟踪，显著降低了目标在这种情况下的跟踪错误率，提高了目标跟踪的可靠性。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于目标跟踪的航迹外推方法，包括以下步骤：
步骤1，对待测量空间范围通过毫米波雷达发射电磁波信号，通过毫米波雷达接收待测空间范围内反射回来的信号，对接收信号进行处理，得到当前帧的点云信息；
步骤2，将已生成的航迹与当前帧的点云进行关联，若已有航迹当前帧没有关联到合适的量测点云，则保持外推的状态；
步骤3，当航迹连续若干帧没有关联到合适的量测点云时，对进入外推的航迹进行多假设跟踪，根据航迹外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置同时进行多假设跟踪；
步骤4，若在航迹外推若干帧后两个假设仍然都没有关联到合适的量测点云，则将航迹根据外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置。
进一步方案为，步骤1中使用毫米波雷达对待测空间范围发射电磁波信号，对反射回来的电磁波回波信号进行分析。为了完成对收到信号中的运动目标的轨迹测量和跟踪，还应用了傅里叶变换，信号处理，得到了对点云目标的径向速度、位置、方位角、俯仰角的测量。
进一步方案为，步骤2中，综合已聚类的点云，根据目标航迹与聚类后量测点云的距离、量测点云的信噪比(snr)、点云与目标航迹的速度来对航迹和量测点云进行关联。若航迹附近没有满足条件的量测，则这帧航迹保持外推状态，即采用当前帧的预测状态作为航迹当帧的最终状态。
进一步方案为，步骤3中，若航迹连续3帧内都保持外推状态，则对当前航迹新增一个假设进行关联，新增假设坐标取决于航迹前30帧内的关联情况。假如航迹30帧内最近一次关联到过点数阈值N以上个量测点时量测的位置(X0,Y0),则将位置(X0,Y0),作为新增假设的位置(XH2,YH2)；若航迹3s内没有关联到满足上述条件的量测，则将航迹进入外推前最后一次关联到的量测位置(X1,Y1),作为新增假设的位置，在往后帧中，两个假设同时进行关联，再外推过程中，假设关联到量测点云后，从两个假设中选择关联得分更高的假设作为唯一外推位置，结束外推多假设的过程。
进一步方案为，步骤4中，若在航迹外推15帧后两个假设仍然都没有关联到合适的量测点云，同样根据上述条件，将目标航迹回退到位置(X0,Y0)或者位置(X1,Y1),作为目标航迹当前位置(XH1,YH1)。
本发明的有益效果在于：
本发明的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，通过在现有外推基础上结合多假设在航迹丢失关联的位置增加一个假设目标的方法，并且当目标外推一定时间仍然没有匹配到点云后，目标回退到丢失关联前的位置，明显降低了目标由于突然静止导致目标跟踪错误的可能性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实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为本发明中外推过程的流程示意图。
图2为毫米波雷达信号进行信号处理后得到的点云示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
在任一实施例中，如图1-2所示，本发明的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，包括：
1.对待测量空间范围通过毫米波雷达发射电磁波信号，通过毫米波雷达接收待测空间范围内反射回来的信号，对接收信号进行处理，得到当前帧雷达探测到的点云信息。
2.将已生成的航迹与当前帧的点云进行关联，若已有航迹当前帧没有关联到合适的量测点云，则保持外推的状态。
3.当航迹连续3帧没有关联到合适的量测点云时，对进入外推的航迹进行多假设跟踪，根据航迹外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置同时进行多假设跟踪。
4.若在航迹外推到15帧后两个假设仍然都没有关联到合适的量测点云，则将航迹根据外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置。
以下对这4部分分别进行说明：
(1)对待测空间范围发射电磁波信号，所述毫米波雷达用60GHz毫米波宽带雷达，对雷达发射和接收参数进行调节，待测空间范围可从10m*10m内到100m*100m内进行调整，可以应用于室内会议室的小范围应用场景，也可以用于户外如景区的应用场景。对所采集到的信号进行快速傅里叶变换(FFT)，对所采集到的信号从时域变换到频域，从频域特征着手分析所采集到的雷达信号，得到包含距离、方位角、俯仰角、多普勒速度和信噪比信息的点云。点云分布如图2中的小点所示，图2中的圆圈则表示目标航迹位置。
(2)图1中101是将生成的点云聚类成为点堆Pn，每个点堆包含位置较近的多个点云。点堆位置为所有点堆包含的所有点云的平均位置，点堆snr为所有包含点云的平均snr。
(3)图1中102-105是将目标航迹与量测点云相关联，若在目标航迹一定距离范围类有量测点堆，则该航迹与点云相关联，反之，目标航迹则在当前帧没有关联；若航迹有关联，则结合kalman滤波，综合航迹当前帧的预测位置和量测，得到航迹当前帧的最终位置，然后等待下一帧的量测；若航迹当前帧没有关联，但在3帧内曾经有过关联情况时，则采用航迹当前帧的预测位置作为航迹当前帧的最终位置，然后等待下一帧的量测。
(4)图1中106是若在图1中104做判断时，航迹目标已经连续3帧丢失关联，依靠预测位置更新航迹，则采用多假设跟踪，航迹当前帧预测位置(XH1,YH1)作为假设位置1，在此基础上，新增一个位置假设作为假设位置2，新增假设坐标取决于航迹前30帧内的关联情况。假如航迹30帧内最近一次关联到过超过点数阈值N以上个量测点堆Ri，则将点堆Ri的位置(X0,Y0),作为新增假设的位置P2(XH2,YH2)；若航迹3s内没有关联到满足上述条件的量测，则将航迹进入外推前最后一次关联到的量测位置(X1,Y1),作为新增假设的位置P1(XH1,YH1)。
(5)图1中107是在106之后一帧，目标航迹的两个假设同时对当前帧的量测进行关联，若航迹两个假设中的一个关联到了量测，则取消多假设，采用该量测位置作为目标当前帧的最终位置；若两个假设在当前帧都关联到了量测值，则根据航迹与所关联量测的距离、所关联量测点数、所关联量测信噪比来决定哪个量测的得分值更高，采用得分更高的量测作为航迹的关联量测更新航迹位置作为航迹目前当前帧的最终位置，取消多假设。
(6)图1中109、111是步骤(5)中，若目标航迹两个假设在当帧都没有关联到量测且航迹连续丢失量测帧数不足15帧时，继续按预测速度外推，外推位置作为假设1位置；保持位置(XH2,YH2)作为假设2的位置；然后保持两个假设进入下一帧等待下一帧的点云。
(7)图1中110是在步骤(6)中，若目标航迹已经连续15帧丢失量测，没有关联到量测，取消多假设，结束外推，回退到外推前位置P2(XH2,YH2)，P2的选择方式与步骤(4)中相同，作为航迹当前帧的唯一最终位置。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (6)

1.一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对待测量空间范围通过毫米波雷达发射电磁波信号，通过毫米波雷达接收待测空间范围内反射回来的信号，对接收信号进行处理，得到当前帧的点云信息；
步骤2，将已生成的航迹与当前帧的点云进行关联，若已有航迹当前帧没有关联到合适的量测点云，则保持外推的状态；
步骤3，当航迹连续若干帧没有关联到合适的量测点云时，对进入外推的航迹进行多假设跟踪，根据航迹外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置同时进行多假设跟踪；
步骤4，若在航迹外推若干帧后两个假设仍然都没有关联到合适的量测点云，则将航迹根据外推前关联情况选择一个航迹外推前的位置。
2.如权利要求1所述的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，所述步骤1中使用毫米波雷达对待测空间范围发射电磁波信号，对反射回来的电磁波回波信号进行分析，得到了对点云目标的径向速度、位置、方位角、俯仰角的测量。
3.如权利要求1所述的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，所述步骤2中综合已聚类的点云，根据目标航迹与聚类后量测点云的距离、量测点云的信噪比、点云与目标航迹的速度来对航迹和量测点云进行关联。
4.如权利要求3所述的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，所述步骤2中若航迹附近没有满足条件的量测，则这帧航迹保持外推状态，即采用当前帧的预测状态作为航迹当帧的最终状态。
5.如权利要求1所述的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，所述步骤3中若航迹连续3帧内都保持外推状态，则对当前航迹新增一个假设进行关联，新增假设坐标取决于航迹前30帧内的关联情况；假如航迹30帧内最近一次关联到过点数阈值N以上个量测点时量测的位置(X0,Y0),则将位置(X0,Y0),作为新增假设的位置(XH2,YH2)；若航迹3s内没有关联到满足上述条件的量测，则将航迹进入外推前最后一次关联到的量测位置(X1,Y1),作为新增假设的位置，在往后帧中，两个假设同时进行关联，再外推过程中，假设关联到量测点云后，从两个假设中选择关联得分更高的假设作为唯一外推位置，结束外推多假设的过程。
6.如权利要求1所述的一种用于目标跟踪的航迹外推方法，其特征在于，所述步骤4中若在航迹外推15帧后两个假设仍然都没有关联到合适的量测点云，将目标航迹回退到位置(X0,Y0)或者位置(X1,Y1),作为目标航迹当前位置(XH1,YH1)。
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