CN116147663A

CN116147663A - 一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法及装置、电子设备

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Publication number: CN116147663A
Application number: CN202310152945.4A
Authority: CN
Inventors: 马希超; 魏志强; 辛林杰; 袁美桂; 阮建明; 王洪庆; 唐文
Original assignee: Television Electroacoustic Research Institute Third Research Institute Of China Electronics Technology Corp
Current assignee: Television Electroacoustic Research Institute Third Research Institute Of China Electronics Technology Corp
Priority date: 2023-02-23
Filing date: 2023-02-23
Publication date: 2023-05-23

Abstract

本发明提出了一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法及装置、电子设备，方法包括：响应于接收的开始自动漂移补偿指令，以一定时间间隔采集两个相邻的图像；利用预先配置的基于频域互相关的图像偏移量检测算法，确定第二图像相对于第一图像的像素偏移量；利用像素偏移量，确定对应的漂移角速度；将漂移角速度的负值反馈至伺服稳定控制系统，用于实现对当前陀螺漂移量的补偿；重复上述步骤，直至像素偏移量小于预先配置的偏移量阈值时，将当前的时间间隔延长，直至当前时间间隔大于预设的时间间隔阈值时，停止自动补偿。本发明可自动补偿光电吊舱的瞄准线漂移，实现瞄准线稳定，减少了人工操作量，可实现从粗调到精调的切换，提高漂移补偿的速度和精度。

Description

一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法及装置、电子设备

技术领域

本发明涉及光电吊舱技术领域，尤其涉及一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法及装置、电子设备。

背景技术

光电吊舱是直升机、无人机和其他飞行器的重要载荷之一，在侦察监视、探测识别等方面发挥重要作用。视轴稳定是光电吊舱的关键功能之一。当光电吊舱工作在惯性模式时，其视轴瞄准线的空间角度保持稳定，不受载机或基座姿态变化的影响，可长时间瞄准感兴趣的目标区域进行观察。此功能主要依靠伺服稳定控制系统与陀螺系统相配合实现。

但是，温度变化、噪声干扰等因素会影响陀螺系统的精度，导致陀螺输出的信号量发生漂移。受此影响，光电吊舱的瞄准线会发生微小偏移，随着时间的推移，瞄准线会逐渐偏离初始瞄准的目标区域，使目标区域逐渐偏离视场中心，甚至移出视场，导致目标丢失。瞄准线漂移不仅降低了光电吊舱的使用性能，影响稳定瞄准的效果，也会在锁定跟踪、目标定位等功能中引入误差，甚至会对后续的激光指示、火控引导等功能产生不利影响。

并且，抑制瞄准线漂移的主要方法之一是提高陀螺系统的精度和稳定性，同时降低伺服稳定控制系统的调校误差。但前者需要付出高昂的成本，后者则难以准确、定量地测量，导致无法彻底解决瞄准线漂移问题。

除此之外，通常用于抑制瞄准线漂移的方法是手动调整校正环路上的进给系统，通过人工输入一定的补偿量，使伺服稳定控制系统向着漂移的反方向运动，从而抵消陀螺漂移。但这种手动调节方法存在几方面的缺点。第一，手动调节的操作繁琐，费时费力，要求操控者具有一定的经验；第二，手动调节依靠人眼判断调节效果，由于不同人的经验不同，判断会有差异，导致调节效果不一致，且精度不高；第三，对陀螺反馈系统进行频繁的人工调整也容易破坏系统的稳定裕度，可能导致电路失控。

综上，现有的光电吊舱瞄准线稳定技术具有以下缺点：

(1)手动补偿仍然是最常用的方法，但操作过程繁琐，操作难度较大，补偿效果因人而异，难以达到较高的精度；

(2)通过读取伺服框架角速度或陀螺输出角速度数据进行自动漂移补偿的方法，对数据本身的信噪比和准确度有较高的要求，除非采用高成本、高性能的硬件设备，否则补偿精度会在较大程度上受到误差和噪声的影响；

(3)利用自动跟踪进行补偿的方法对于不具备自动跟踪功能，或自动跟踪性能不高的设备无法适用；

(4)利用图像特征点匹配进行补偿的方法计算量大，且对背景环境、目标特征和成像效果有较高的要求，容易受到外部干扰。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法及装置、电子设备。

本发明采用的技术方案是，一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法，包括：

步骤S1，响应于接收的开始自动漂移补偿指令，以一定时间间隔采集至少两个图像，其中，第一图像I₁以及第二图像I₂在所述时间间隔上为相邻的两个图像；

步骤S2，利用预先配置的基于频域互相关的图像偏移量检测算法，确定所述第二图像I₂相对于所述第一图像I₁的像素偏移量；

步骤S3，利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度；

步骤S4，将所述漂移角速度的负值反馈至伺服稳定控制系统，所述伺服稳定控制系统用于利用所述漂移角速度，实现对当前陀螺漂移量的补偿；

步骤S5，重复步骤S1至S4，直至所述像素偏移量小于预先配置的偏移量阈值时，将当前的所述时间间隔延长；

步骤S6，重复步骤S1至S5，直至当前时间间隔大于预设的时间间隔阈值时，停止自动补偿。

在一个实施方式中，所述步骤1之前，还包括准备处理，所述准备处理包括：

将光电吊舱启动后，切换至惯性模式并静态放置，将所述光电吊舱的相机调至长焦状态，将镜头对准一固定场景，并发送所述开始自动漂移补偿指令。

在一个实施方式中，所述步骤S2包括：

利用所述第一图像I₁以及所述第二图像I₂，分别确定对应的第一频谱S₁以及第二频谱S₂；

基于所述第一频谱S1以及所述第二频谱S2，确定所述第一图像I₁以及所述第二图像I₂的互功率谱H；

将所述互功率谱H转换到空间域，得到两幅图像的互相关函数h，其中，所述互相关函数h为二维脉冲尖峰型分布；

提取所述互相关函数h的峰值的幅度p，并确定对应峰值点与原点之间的横向、纵向距离；

当所述幅度p大于预先配置的幅度阈值时，将所述横向、纵向距离确定为所述像素偏移量，当所述幅度p不大于预先配置的幅度阈值时，所述像素偏移量被确定为0。

本发明的另一方面提供了一种用于光电吊舱瞄准线稳定装置，包括：

采集模块，被配置为响应于接收的开始自动漂移补偿指令，以一定时间间隔采集至少两个图像，其中，第一图像I₁以及第二图像I₂在所述时间间隔上为相邻的两个图像；

偏移量检测模块，被配置为利用预先配置的基于频域互相关的图像偏移量检测算法，确定所述第二图像I₂相对于所述第一图像I₁的像素偏移量；

漂移角速度计算模块，被配置为利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度；

反馈模块，被配置为将所述漂移角速度的负值反馈至伺服稳定控制系统，所述伺服稳定控制系统用于利用所述漂移角速度，实现对当前陀螺漂移量的补偿；

第一迭代模块，被配置为重复步骤S1至S4，直至所述像素偏移量小于预先配置的偏移量阈值时，将当前的所述时间间隔延长；

第二迭代模块，被配置为重复步骤S1至S5，直至当前时间间隔大于预设的时间间隔阈值时，停止自动补偿。

在一个实施方式中，所述用于光电吊舱瞄准线稳定装置被进一步配置为：将光电吊舱启动后，切换至惯性模式并静态放置，将所述光电吊舱的相机调至长焦状态，将镜头对准一固定场景，并发送所述开始自动漂移补偿指令。

在一个实施方式中，所述偏移量检测模块被进一步配置为：

基于所述第一频谱S₁以及所述第二频谱S₂，确定所述第一图像I₁以及所述第二图像I₂的互功率谱H；

本发明的另一方面还提供了一种电子设备，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一项所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法的步骤。

本发明的另一方面还提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一项所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法的步骤。

采用上述技术方案，本发明至少具有下列优点：

本发明提供的用于光电吊舱瞄准线稳定方法，可自动补偿光电吊舱的瞄准线漂移，实现瞄准线稳定，极大减少了人工操作量，可自动实现从粗调到精调的切换，提高了漂移补偿的速度和精度。采用基于频域互相关的图像偏移量检测算法计算陀螺漂移速度，算法效率高、准确度高，可达到像素级精度，不受陀螺数据噪声的影响。算法依据图像整体进行计算，不受图像中个别区域、个别目标变化的影响，因此稳定性强；对背景环境和成像效果的要求低，无需特意瞄准特定的目标即可实施，适用场景广泛；在惯性模式下实施，不依赖自动跟踪或其他工作模式。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于光电吊舱瞄准线稳定方法流程图；

图2为根据本发明实施例的另一个用于光电吊舱瞄准线稳定方法流程图；

图3为根据本发明实施例的基于频域互相关的图像偏移量检测算法流程图；

图4为根据本发明实施例的用于光电吊舱瞄准线稳定装置组成结构示意图；

图5为根据本发明实施例的电子设备结构示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对本发明进行详细说明如后。

在附图中，为了便于说明，已稍微夸大了物体的厚度、尺寸和形状。附图仅为示例而并非严格按比例绘制。

还应理解的是，用语“包括”、“包括有”、“具有”、“包含”和/或“包含有”，当在本说明书中使用时表示存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组合。此外，当诸如“...中的至少一个”的表述出现在所列特征的列表之后时，修饰整个所列特征，而不是修饰列表中的单独元件。此外，当描述本申请的实施方式时，使用“可以”表示“本申请的一个或多个实施方式”。并且，用语“示例性的”旨在指代示例或举例说明。

如在本文中使用的，用语“基本上”、“大约”以及类似的用语用作表近似的用语，而不用作表程度的用语，并且旨在说明将由本领域普通技术人员认识到的、测量值或计算值中的固有偏差。

除非另外限定，否则本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)均具有与本申请所属领域普通技术人员的通常理解相同的含义。还应理解的是，用语(例如在常用词典中定义的用语)应被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义一致的含义，并且将不被以理想化或过度正式意义解释，除非本文中明确如此限定。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

本发明中说明书中对方法流程的描述及本发明说明书附图中流程图的步骤并非必须按步骤标号严格执行，方法步骤是可以改变执行顺序的。而且，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

本发明第一实施例，一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法，如图1所示，包括以下具体步骤：

步骤S3，利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度；

可参考图1或图2，下面将分布对本实施例所提供的方法进行详细说明。

可以理解的是，在执行本实施例所提供的方法之前，需要进行一些准备工作。具体地，可以先将光电吊舱上电启动，待启动后，切换至惯性模式并静态放置，将光电吊舱的相机调至长焦状态，将镜头对准一固定场景，使图像画面基本不变，向本实施例的执行主体设备发送开始自动漂移补偿指令。

步骤S1，响应于接收的开始自动漂移补偿指令，以一定时间间隔采集至少两个图像，其中，第一图像I₁以及第二图像I₂在所述时间间隔上为相邻的两个图像。

本实施例中，可以是以固定时间间隔T采集图像，示例性地，T初始取值可以是0.25，记相邻两次采集的图像分别为I₁和I₂，即第一图像I₁以及第二图像I₂。

需要说明的是，可以在本步骤中采取任意数量(至少两个)的图像，并任取其中相邻的任何两张图像分别作为第一图像I₁以及第二图像I₂。

步骤S2，利用预先配置的基于频域互相关的图像偏移量检测算法，确定所述第二图像I₂相对于所述第一图像I₁的像素偏移量。

也就是说，本实施例是利用基于频域互相关的图像偏移量检测算法，计算第二图像I₂相对于第一图像I₁的像素偏移量，其中，像素偏移量进一步包括方位方向以及俯仰方向，将方位方向记为Δx，俯仰方向记为Δy。

可参考图3，预先配置的基于频域互相关的图像偏移量检测算法具体可以包括以下步骤：

步骤201，对于输入的两幅图像I₁和I₂，分别计算二者的频谱S₁和S₂：

S₁＝FFT{I₁}

S₂＝FFT{I₂}

其中FFT表示快速傅里叶变换。

步骤202，计算两幅图像的互功率谱H：

其中*表示共轭。

步骤203，将互功率谱H转换到空间域，得到两幅图像的互相关函数h：

其中FFT^-1表示快速傅里叶逆变换，|H|表示H的幅值。

步骤204，首先需要说明的是，互相关函数h是一个二维脉冲尖峰型分布，提取峰值的幅度p，并计算峰值点与原点之间的横向、纵向距离(Δx，Δy)。若p＞幅度阈值σ，则认为两图匹配程度较高，计算结果有效，则Δx和Δy即为两幅图像之间的偏移量；若p≤σ，则认为两图匹配程度过低，计算结果无效，输出0偏移量。

步骤S3，利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度。

具体地，可以利用下式换算漂移角速度(方位方向记为v_x，俯仰方向记为v_y)：

其中，W和H分别为图像宽度和高度(像素数)，α和β分别为相机当前的方位视场角和俯仰视场角。

步骤S4，将所述漂移角速度的负值反馈至伺服稳定控制系统，所述伺服稳定控制系统用于利用所述漂移角速度，实现对当前陀螺漂移量的补偿。

具体地，是将漂移角速度v_x和v_y的负值反馈至伺服稳定控制系统，实现对当前陀螺漂移量的补偿。

示例性地，若Δx≥1像素，或Δy≥1像素，则继续采集图像、计算偏移量并进行补偿；若Δx<1像素，且Δy<1像素，则将图像采集的时间间隔T延长，例如可延长一倍。

即，若T≤时间间隔阈值T_max，则重复图像采集、计算偏移量、漂移补偿的循环；若T>T_max，则停止自动漂移补偿。

示例性地，时间间隔阈值T_max可设置为4秒，也可设为其他值。

需要说明的是，本实施例所提供的方法主要适用于两轴多框架光电吊舱，既可在嵌入式图像处理器中实现，也可在上位机显控平台软件中实现。本方法可以在可见光图像采集模式下工作，也可在红外图像采集模式下工作。

相较于现有技术，本发明至少具备以下优点：

(1)本实施例所提供的方法是一种基于图像帧间分析的光电吊舱瞄准线稳定方法，可自动补偿瞄准线漂移，人工操作少，补偿速度快、精度高。

(2)本实施例所提供的方法采用基于频域互相关的图像偏移量检测算法，无需特意瞄准特定的目标，计算效率高、稳定性强，对背景环境和成像效果的要求低。

(3)本实施例所提供的方法可自动调节图像采集和漂移速度计算的周期，实现从粗调到精调的自动切换。

(4)本实施例所提供的方法既可在嵌入式图像处理器中实现，也可在上位机显控平台软件中实现，配置灵活。

本发明第二实施例，与第一实施例对应，本实施例介绍一种用于光电吊舱瞄准线稳定装置，如图4所示，包括以下组成部分：

在一个实施方式中，所述偏移量检测模块被进一步配置为：

在一个实施方式中，所述时间间隔的初始值为0.25s，所述时间间隔阈值为4s。

本发明第三实施例，一种电子设备，如图5所示，可以作为实体装置来理解，包括处理器以及存储有所述处理器可执行指令的存储器，当所述指令被处理器执行时，执行如下操作：

步骤S3，利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度；

本发明第四实施例，本实施例的用于光电吊舱瞄准线稳定方法的流程与第一、二或三实施例相同，区别在于，在工程实现上，本实施例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，本发明的所述方法可以以计算机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设备执行本发明实施例所述的方法。

通过具体实施方式的说明，应当可对本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效得以更加深入且具体的了解，然而所附图示仅是提供参考与说明之用，并非用来对本发明加以限制。

Claims

1.一种用于光电吊舱瞄准线稳定方法，其特征在于，包括：

步骤S3，利用所述像素偏移量，确定对应的漂移角速度；

2.根据权利要求1所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法，其特征在于，所述步骤1之前，还包括准备处理，所述准备处理包括：

3.根据权利要求1所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

4.一种用于光电吊舱瞄准线稳定装置，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的用于光电吊舱瞄准线稳定装置，其特征在于，所述用于光电吊舱瞄准线稳定装置被进一步配置为：将光电吊舱启动后，切换至惯性模式并静态放置，将所述光电吊舱的相机调至长焦状态，将镜头对准一固定场景，并发送所述开始自动漂移补偿指令。

6.根据权利要求4所述的用于光电吊舱瞄准线稳定装置，其特征在于，所述偏移量检测模块被进一步配置为：

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法的步骤。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的用于光电吊舱瞄准线稳定方法的步骤。