CN117119288A - 一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统 - Google Patents

一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统 Download PDF

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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N23/00Cameras or camera modules comprising electronic image sensors; Control thereof
    • H04N23/60Control of cameras or camera modules
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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Aiming, Guidance, Guns With A Light Source, Armor, Camouflage, And Targets (AREA)

Abstract

本申请公开了一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统。该方法包括:将攻击目标锁定至图像画面正中心;将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至等效模板匹配弹目距离后,在初始模板进行小范围模板匹配;匹配成功后,计算攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中攻击目标。本发明在导引头未知目标类型的情况下,只需要一张模板可实现对攻击目标捕获和稳定跟踪以及解决了相似目标干扰捕获跟踪的问题。

Description

一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统
技术领域
本发明涉及图像导引头领域,更具体地,涉及一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统。
背景技术
红外/电视成像导引头统称为图像导引头,是利用目标场景红外辐射/可见光反射进行成像,实现自动捕获和跟踪地面固定/移动目标。
目前红外导引头捕获方式目前大致有三种:模板匹配、人在回路和自主识别。三种方式各自有各自的优势,但是劣势也显而易见。
传统的模板匹配捕获方式采用机载光电吊舱直接拍摄装订模板,捕获时刻将实施图像与模板进行比对,比对成功后完成对目标的捕获跟踪,由于拍摄的模板代表某一时刻的场景,当前时刻匹配成功后,随着弹目距离越来越近,目标细节越来越清晰,并且随着弹道的变化,目标三维特性显现,这些变化导致目标与装订模板的目标点相差甚远,很难实现准确跟踪。采用多模板捕获跟踪方式可以纠偏,但是采集多幅模板过程复杂,给操作人员造成负担。
人在回路捕获模式是在飞行过程中,通过链路将红外图像实时传回地面工作站,操作人员控制摇杆或鼠标移动光标,点击目标,然后点击位置信息传回导引头完成对目标的捕获,此种方法命中精度完全依赖于操作人员,不同人的反应能力的差异和心理素质的差异会影响命中情况。
自主识别捕获模式是通过将多种典型目标对导引头进行深度学习与训练,在飞行过程中可直接捕获目标,不依赖于飞机的机载设备,可实现发射后不管。但是对于小目标来说,这种方式使得导引头作用距离限制在2km以内,如果捕获跟踪出现问题,后续人工修正的时间有限;在复杂背景下,识别概率较低且不稳定,而且需要大量采集目标图片作为训练素材,工作量巨大。在多个相似目标下,需要人为判断攻击目标,无法实现捕获后自主转跟踪。
因此,有必要开发一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解,而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明提出了一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法及系统,其能够有效解决现有技术中图像导引头的跟踪精度差、使用稳定性差、作用距离近和自主性差的问题。
第一方面,本公开实施例提供了一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,包括:
确定攻击目标后,将所述攻击目标锁定至图像画面正中心;
将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至所述等效模板匹配弹目距离后,在所述初始模板进行小范围模板匹配;
匹配成功后,计算所述攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中所述攻击目标。
优选地,所述拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、所述攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、所述攻击目标的位置坐标、所述攻击目标位于模板的坐标。
优选地,所述等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
优选地,所述攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
优选地,所述自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
第二方面,本公开实施例还提供了一种图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,包括:
存储器,存储有计算机可执行指令;
处理器,所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令,执行以下步骤:
确定攻击目标后,将所述攻击目标锁定至图像画面正中心;
将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至所述等效模板匹配弹目距离后,在所述初始模板进行小范围模板匹配;
匹配成功后,计算所述攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中所述攻击目标。
优选地,所述拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、所述攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、所述攻击目标的位置坐标、所述攻击目标位于模板的坐标。
优选地,所述等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
优选地,所述攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
优选地,所述自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
其有益效果在于:
1、只需要装订一幅模板,无需装订目标类型,并且适应多种非合作目标(不限于车辆、建筑、舰船等)的攻击,操作简单便捷;
2、在多个相似目标下,实现捕获后自主转跟踪;
3、无需依赖人在回路,实现发射后不管,直接解决人在回路中数据链长延时问题;
4、无需通过深度学习训练目标模型,大大减少采图和标图的工作量。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点,这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的,或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述,这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显,其中,在本发明示例性实施例中,相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法的步骤的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的无人机各系统之间工作关系图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的装订模板的示意图。
具体实施方式
下面将更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然以下描述了本发明的优选实施方式,然而应该理解,可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。
为便于理解本发明实施例的方案及其效果,以下给出两个具体应用示例。本领域技术人员应理解,该示例仅为了便于理解本发明,其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
实施例1
图1示出了根据本发明的一个实施例的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法的步骤的流程图。
如图1所示,该图像导引头捕获跟踪固定目标的方法包括:
步骤101,确定攻击目标后,将攻击目标锁定至图像画面正中心;
步骤102,将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
步骤103,根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
步骤104,弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至等效模板匹配弹目距离后,在初始模板进行小范围模板匹配;
步骤105,匹配成功后,计算攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
步骤106,转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中攻击目标。
在一个示例中,拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、攻击目标的位置坐标、攻击目标位于模板的坐标。
在一个示例中,等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
在一个示例中,攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
在一个示例中,自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
图2示出了根据本发明的一个实施例的无人机各系统之间工作关系图。
具体地,发射平台选取无人机,攻击目标为车辆,制导方式采用红外图像制导。无人机包括火控系统和光电载荷,导弹包括飞控系统和导引头,其导引头具有红外成像功能。导弹发射前,光电载荷拍摄模板传输给导引头;火控系统将模板对应的拍摄参数通过弹载飞控系统传递至红外成像导引头,如图2所示。
光电载荷红外通道技术参数为:
探测器像素数:640×512像素;
波长:3~5μm;
焦距:30~500mm;
像元尺寸:15μm;
最小分辨率温差:0.3K;
散热方式:制冷。
红外成像导引头主要技术参数为:
探测器像素数:640×512像素;
焦距:95mm;
瞬时视场:4.4°(偏航)×3.52°(俯仰);
像元尺寸:12μm;
散热方式:非制冷。
防区外,导弹发射前,无人机操作人员利用光电载荷搜索攻击目标,发现车辆1和车辆2,且两辆车外形基本一致,采用500mm长焦观察目标,确定车辆1为攻击目标。
图3示出了根据本发明的一个实施例的装订模板的示意图。
采用500mm焦距,距离目标10km处,将攻击目标(车辆1)锁定至画面中心,拍摄模板,如图3黑色边框所示;并将拍摄参数下传至导引头,拍摄参数包括:载荷类型(红外中波)、模板尺寸(640×512),焦距(500mm)、像元尺寸(15μm)、拍摄距离(10km)、目标所占像素数量(16×8)、拍摄位置坐标、目标位置坐标,目标位于模板坐标(320,256)。
具体地,目标所占像素数量,通过操作人员框选打击目标,光电载荷自动给出选框长和宽的像素。
导引头接收到模板后,计算得出对应所述该导弹模板匹配位置的弹目距离为2.5km。截取装订模板中心部分区域作为实际匹配的模板,即为图3蓝色框。
具体地,考虑到导弹飞行过程中,惯组器件的零位漂移,导引头在弹目距离2.5km捕获时刻通过惯组计算的理论框架角很难精确对准目标,实时图像相较于整幅模板总会有缺失,所以不采用整幅图(图3黑色框)作为模板。若采用车辆1作为模板(图3红色框),车辆2会干扰匹配结果。所以选择中间区域(图3蓝色框)作为实际匹配模板。
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算出攻击目标的实际尺寸为4.6米×2.3米左右。弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至弹目距离2.5km后,利用截取模板在初始模板进行小范围模板匹配。匹配成功后,导引头计算出目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门(图3红色框),实现跟踪模板中心的目标(车辆1),此时车辆2不在模板中心,成功将其干扰排除。
转入跟踪后,导引头开启自学习模式,目标实际尺寸在当前画面所占像素数量再结合飞控机实时提供的导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习,推测下一帧目标大小,选取合适的跟踪波门,实现稳定而准确的跟踪,最终命中目标。
实施例2
发射平台选取直升机,攻击目标为山洞,制导方式采用红外图像制导。山洞属于非合作目标,攻击山洞在反恐作战中有着广泛的应用。
防区外,导弹发射前,直升机操作人员利用光电载荷搜索攻击目标,发现山洞洞口,采用长焦观察目标,确定山洞为攻击目标。
采用长焦距,距离目标8km处,将攻击目标(洞口)锁定至画面中心,拍摄模板;并将拍摄参数下传至导引头。导引头接收到模板后,计算得出对应所述该导弹模板匹配位置的弹目距离。截取装订模板中心部分区域作为实际匹配的模板(洞口及周边)。根据载荷拍摄目标所占像素个数计算出攻击目标的实际尺寸。
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至等效匹配距离后,利用截取模板在初始模板进行小范围模板匹配。匹配成功后,导引头计算出目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,实现跟踪模板中心的目标(洞口)。
转入跟踪后,导引头开启自学习模式,目标实际尺寸在当前画面所占像素数量再结合飞控机实时提供的导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习,推测下一帧目标大小,选取合适的跟踪波门,实现稳定而准确的跟踪,最终命中目标。
实施例3
一种图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,包括:
存储器,存储有计算机可执行指令;
处理器,处理器运行存储器中的计算机可执行指令,执行以下步骤:
确定攻击目标后,将攻击目标锁定至图像画面正中心;
将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至等效模板匹配弹目距离后,在初始模板进行小范围模板匹配;
匹配成功后,计算攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中攻击目标。
在一个示例中,拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、攻击目标的位置坐标、攻击目标位于模板的坐标。
在一个示例中,等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
在一个示例中,攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
在一个示例中,自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
本领域技术人员应理解,上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果,并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例,上述说明是示例性的,并非穷尽性的,并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下,对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。

Claims (10)

1.一种图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,其特征在于,包括:
确定攻击目标后,将所述攻击目标锁定至图像画面正中心;
将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至所述等效模板匹配弹目距离后,在所述初始模板进行小范围模板匹配;
匹配成功后,计算所述攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中所述攻击目标。
2.根据权利要求1所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,其中,所述拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、所述攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、所述攻击目标的位置坐标、所述攻击目标位于模板的坐标。
3.根据权利要求1所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,其中,所述等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
4.根据权利要求1所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,其中,所述攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
5.根据权利要求1所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的方法,其中,所述自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
6.一种图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,其特征在于,该系统包括:
存储器,存储有计算机可执行指令;
处理器,所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令,执行以下步骤:
确定攻击目标后,将所述攻击目标锁定至图像画面正中心;
将初始模板对应的拍摄参数传输至导引头,计算等效模板匹配弹目距离;
根据载荷拍摄目标所占像素个数计算目标的实际尺寸;
弹载飞控机实时发送弹目距离至导引头,导弹发射后,导弹飞至所述等效模板匹配弹目距离后,在所述初始模板进行小范围模板匹配;
匹配成功后,计算所述攻击目标所占当前画面的像素数量作为跟踪波门,确定跟踪模板中心的目标;
转入跟踪后,导引头基于自学习参数开启自学习模式进行跟踪,直至命中所述攻击目标。
7.根据权利要求6所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,其中,所述拍摄参数包括载荷类型、模板尺寸、焦距、像元尺寸、拍摄距离、所述攻击目标所占像素数量、拍摄位置坐标、所述攻击目标的位置坐标、所述攻击目标位于模板的坐标。
8.根据权利要求6所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,其中,所述等效模板匹配弹目距离为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,N为载荷探测器像素数,a为载荷像元尺寸,α2为导引头瞬时视场角,L1为载荷拍摄距离,L2为等效模板匹配弹目距离。
9.根据权利要求6所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,其中,所述攻击目标的实际尺寸为:
其中,f1为载荷拍摄焦距,a为载荷像元尺寸,L1为载荷拍摄距离,x为载荷拍摄目标偏航向所占像素数量,y为载荷拍摄目标俯仰向所占像素数量,l为目标水平实际尺寸,w为纵向实际尺寸。
10.根据权利要求6所述的图像导引头捕获跟踪固定目标的系统,其中,所述自学习参数包括目标实际尺寸在当前画面所占像素数量、导弹速度、导弹姿态、导弹位置以及前几帧目标图像的学习。
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