【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于红外图像目标跟踪，尤其涉及基于红外图像的小目标自动跟踪系统。
技术介绍
1、在光学目标跟踪探测领域，可见光红和红外探测是最为通用的两大主流探测技术，其中，基于可见光图像探测技术发展已较为成熟，但存在夜间探测能力弱、易受雨、雾、霾等恶劣天气干扰的影响，而基于红外探测是一种通过感知被测物热辐射的成像探测技术，具备抗干扰能力强、能够全天候工作的特点，成为光学目标跟踪探测的一种重要技术补充。
2、近年来，随着无人机技术的不断发展，各种类型的无人机数量繁多，无人机的应用领域也得到了极大的扩展，如航拍、农业播撒、工业勘测等，此外，无人机的不规范飞行，会对于机场、城市中心区域等重要场所带来严重危害，因此亟需能够对该类飞行目标进行识别和自动跟踪。由于次类目标常体积较小且行动灵活，传统的可见光成像探测方式，在跟踪探测此类小型目标时，存在探测距离短、夜间探测能力弱和容易受雾霾、降雨等恶劣天气影响等弊端，无法做到全天候、全气象条件下工作，而利用红外探测则可有限克服上述弊端，因此，开展基于红外图像的小目标自动跟踪技术研究，显得尤为重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提出了基于红外图像的小目标自动跟踪系统。
2、为了实现上述目的，本专利技术提出了一种基于红外图像的小目标自动跟踪系统，基于安装在二维云台上的红外图像采集装置实现，所述红外图像采集装置包括红外相机和可见光相机，其特征在于，所述系统包括：
3、网络通信模块，用于将红外相机
4、数据转换模块，用于将视频数据转换为图形格式数据并发送至数据分析模块；
5、数据分析模块，用于实时对图形格式数据进行目标识别，并根据识别的目标位置计算目标角度信息和云台角度信息；和
6、显示模块，用于显示识别的图像及目标角度信息，还用于显示云台角度信息。
7、优选的，所述红外相机和可见光相机保持光轴平行，能够实时同步采集目标视频图像。
8、优选的，所述红外图像采集装置还包括两个角度编码器，分别对应控制俯仰和水平旋转的步进电机，实现检测与反馈。
9、优选的，所述网络通信模块通过usb通信对云台操作，通过串口通信对两个角度编码器进行操作，通过tcp通信实现对红外相机和可见光相机的视频数据传输。
10、优选的，所述数据转换模块根据指定的主相机，将红外相机或可见光相机采集的视频数据采用opencv转换为图形格式数据。
11、优选的，所述数据分析模块包括目标识别子模块、航迹处理子模块和角度计算子模块，其中，
12、所述数据分析模块包括目标识别子模块、航迹处理子模块和角度计算子模块，其中，
13、所述目标识别子模块，用于基于预先输入的目标模板采用模糊匹配算法，实现目标识别，并计算目标在图像中像素位置；
14、所述航迹处理子模块，用于根据目标时序图像，预估目标在下一帧图像中可能出现的位置，以减小在图像中搜素目标区域，降低目标识别计算量；
15、所述角度计算子模块，用于根据主相机的图像及云台转动角度计算目标的空间三维坐标及空间角度信息，还用于根据目标图像与相机中心点的位置，判断是否需要调整云台的俯仰角和/或旋转角，并将云台角度信息发送至网络通信模块。
16、优选的，所述目标识别子模块根据设定的主相机，读取对应的文件，
17、当设定的主相机为红外相机时，读取设定的红外距离模板文件、红外图像模板文件，以及红外识别最低温度；其中，所述红外距离模板文件包括像素点个数和目标记录两个字段，用于在图像识别成功后，计算目标在红外图像中的位置坐标，并通过目标成像的大小及预先建立的距离与图像大小映射关系，插值计算出目标距离l；所述红外识别最低温度为红外识别的启动阈值，当红外图像中最高温度大于启动阈值时，启动对红外图像的识别和跟踪；
18、当设定的主相机为可见光相机时，读取设定的可见光距离模板文件和可见光图像模板文件；其中，所述可见光距离模板文件包括像素点个数和目标记录两个字段，用于在图像识别成功后，目标在可见光图像中的位置坐标，并通过目标成像的大小及预先建立的距离与图像大小映射关系，插值计算目标距离l；所述可见光图像模板文件为目标的参照图，用于和采集的图像进行模糊匹配，识别目标。
19、优选的，所述航迹处理子模块的处理过程包括：
20、从自由起始航迹点获取暂时航迹，再从暂时航迹获取可靠航迹，通过对目标的位置、速度和协方差信息进行粗略估计，为持续观测提供初始值；
21、采用最近航迹关联算法，将最新航迹与历史已形成的航迹进行关联匹配，得到关联成功的航迹；
22、通过将目标位置预估值、滤波器参数、航迹与采用航迹关联算法得到的关联结果，运用卡尔曼滤波器得到目标的下一帧位置预测值；
23、接收目标点位置坐标和目标的下一帧位置预测值，若未跟踪到目标则连续三次执行，如果均未识别到目标则对现有航迹进行清理，并重新搜索。
24、优选的，所述角度计算模块的处理过程包括：
25、根据相机成像结果宽w，高h，确定相机图像中心点p2，p2的横坐标和纵坐标分别为w/2和h/2，相机水平视野角度ph，垂直视野角度pv；
26、以相机镜头光心s为坐标原点，建立相机坐标系sx’y’z’，x’轴平行于图像宽度方向，y’轴平行于图像高度方向，z’轴垂直于图像平面指向远离图像方向，根据目标点p的图像坐标(x1，y1)，像元尺寸l及相机焦距f，计算出目标相对相机光轴的方位角度，取相机坐标系原点位于镜头光心s，将相机图像以中心点p2为坐标原点，建立平面坐标系，将图像划分为四个象限；
27、当目标在图像中位于第i个象限时，i＝1，2，3，4，计算目标相对相机坐标系sx’y’z’的方位角φ和俯仰角θ分别为：
28、
29、
30、结合目标距离l，计算出目标点p在相机坐标系sx’y’z’中的三维坐标(x′，y′，z′)为：
31、
32、根据相机坐标系与云台坐标系之间的转换关系，及云台的水平旋转角α和俯仰角计算得出目标点在云台坐标系oxyz下的三维坐标为(x，y，z)：
33、
34、根据目标在云台坐标系oxyz中的三维坐标，将oxy平面分为4个象限，当云台旋转轴位于第i个象限时，计算出目标的空间方位角ω和俯仰角κ为：
35、
36、
37、根据识别目标点在图像中的当前位置p(x1，y1)，得到相机中心点和识别目标点的水平夹角为相机中心点和识别目标的俯仰夹角为
38、当αobj超过预设范围，云台旋转角触发数＝2000×αobj，发送至网络通信模块；
39、当βobj超过预设范围，云台俯仰角本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于红外图像的小目标自动跟踪系统，基于安装在二维云台上的红外图像采集装置实现，所述红外图像采集装置包括红外相机和可见光相机，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述红外相机和可见光相机保持光轴平行，能够实时同步采集目标视频图像。
3.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述红外图像采集装置还包括两个角度编码器，分别对应控制俯仰和水平旋转的步进电机，实现检测与反馈。
4.根据权利要求2所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述网络通信模块通过USB通信对云台操作，通过串口通信对两个角度编码器进行操作，通过TCP通信实现对红外相机和可见光相机的视频数据传输。
5.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述数据转换模块根据指定的主相机，将红外相机或可见光相机采集的视频数据采用OpenCV转换为图形格式数据。
6.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述数据分
7.根据权利要求6所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述目标识别子模块根据设定的主相机，读取对应的文件，
8.根据权利要求6所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述航迹处理子模块的处理过程包括：
9.根据权利要求6所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述角度计算子模块的处理过程包括：
10.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述系统还包括存储模块，用于对红外相机和可见光相机采集的视频数据存储为AVI文件；
...【技术特征摘要】
1.一种基于红外图像的小目标自动跟踪系统，基于安装在二维云台上的红外图像采集装置实现，所述红外图像采集装置包括红外相机和可见光相机，其特征在于，所述系统包括：
2.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述红外相机和可见光相机保持光轴平行，能够实时同步采集目标视频图像。
3.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述红外图像采集装置还包括两个角度编码器，分别对应控制俯仰和水平旋转的步进电机，实现检测与反馈。
4.根据权利要求2所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述网络通信模块通过usb通信对云台操作，通过串口通信对两个角度编码器进行操作，通过tcp通信实现对红外相机和可见光相机的视频数据传输。
5.根据权利要求1所述的基于红外图像的小目标自动跟踪系统，其特征在于，所述数...
【专利技术属性】
技术研发人员：余皓，张征宇，吴继飞，陈植，夏洪亚，黄叙辉，彭昊，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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