一種光電偵察平臺及其目標追蹤方法與流程

本申請涉及光電成像技術領域，特別涉及一種光電偵察平臺及其目標追蹤方法。

背景技術：

目前，通常使用光電成像手段為戰區和各級指揮官收集并提供電子情報，并對戰場進行實地偵察、為戰斗機提供準確的目標信息、低空進行襲擊重要的軍事目標(如橋梁、運輸車、坦克、船只等)，這些對戰局的勝敗都起到了關鍵作用。

光電偵察平臺在交通監控、環境監測、資源調查、治安巡邏、視頻轉播、地理測繪、地質勘探、空間科學試驗等方面也有著廣泛的應用。

現有技術中，一般光電偵察平臺提供可見光或紅外視頻，通過地面站操控方式，可以實現遠距離視頻實時傳輸等功能。

光電偵察平臺主要搭載在各種運動或固定載體上用于對陸地、海面、空中各種目標的搜索、觀察、追蹤，滿足航拍、飛行導航、目標偵察等各種應用需求。

然而，現有的光電偵察平臺體積大、重量大，多采用步進電機和齒輪傳動結構，視軸的穩定度不足，難以滿足高精度穩定視場的要求，并且當前光電偵察平臺不具備復雜背景條件下目標檢測追蹤的能力。

技術實現要素：

本申請的目的在于提供一種光電偵察平臺及其目標追蹤方法，能夠減小光電偵察平臺的體積，減輕光電偵察平臺的重量，并且能夠準確地對目標對象進行高精度穩定追蹤。

為實現上述目的，本申請一方面提供了一種光電偵察平臺，包括轉臺機構和平臺電控機構，所述轉臺機構包括平臺載荷、方位電機、方位編碼器、俯仰電機、俯仰編碼器以及角速率陀螺儀，所述平臺載荷包括可見光攝像機和/或紅外熱像儀，所述平臺電控機構包括電源控制模塊、圖像存儲模塊、目標追蹤模塊以及伺服控制模塊，其中：所述圖像存儲模塊用于存儲所述平臺載荷獲取的圖像；所述目標追蹤模塊用于基于所述平臺載荷獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤，并在追蹤過程中生成方位控制信號和俯仰控制信號；同時輸出方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量中的至少一種信息；所述伺服控制模塊用于根據所述方位控制信號，控制所述方位電機，以調節所述平臺載荷的方位角；根據所述俯仰控制信號，控制所述俯仰電機，以調節所述平臺載荷的俯仰角；所述方位編碼器用于獲取所述平臺載荷的當前方位角，并將所述當前方位角反饋至所述伺服控制模塊；所述俯仰編碼器用于獲取所述平臺載荷的當前俯仰角，并將所述當前俯仰角反饋至所述伺服控制模塊；所述角速率陀螺儀用于獲取所述平臺載荷轉動時的角度率，并將所述角速率反饋至所述伺服控制模塊。

進一步地，所述目標追蹤模塊包括：特征矢量確定單元，用于確定所述平臺載荷拍攝的圖像中目標區域的特征矢量；第一似然度值確定單元，用于根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值；第二似然度值確定單元，用于根據預設追蹤分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第二似然度值；目標對象追蹤單元，用于根據所述第一似然度值和所述第二似然度值，確定各個特征矢量的第三似然度值，并根據各個特征矢量的第三似然度值，對所述圖像中的目標對象進行追蹤。

進一步地，所述第一似然度值確定單元包括：級別數量確定單元，用于根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的各個特征矢量進行分析，以確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的級別數量；似然度值確定單元，用于根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的第一似然度值。

進一步地，所述第一似然度值確定單元包括：級別數量確定單元，用于根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的預設特征矢量進行分析，以確定所述預設特征矢量對應的級別數量；似然度值確定單元，用于根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述特征矢量的第一似然度值；相鄰似然度值確定單元，用于根據預先配置的區域似然度分布和所述第一似然度值，確定與所述特征矢量相鄰的其余特征矢量的第一似然度值。

進一步地，所述目標對象追蹤單元包括：加權求和單元，用于對于每個特征矢量，根據預先配置的權重值，對各個特征矢量的第一似然度值和第二似然度值進行加權求和，得出各個特征矢量的第三似然度值。

進一步地，所述目標對象追蹤單元包括：大小位置確定單元，用于根據所述目標區域中各個特征矢量的第三似然度值，確定目標對象在所述圖像中的大小和位置。

為實現上述目的，本申請實施方式還提供一種目標追蹤方法，所述方法包括：存儲所述平臺載荷獲取的圖像；基于所述平臺載荷獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤，并在追蹤過程中生成方位控制信號和俯仰控制信號；同時輸出方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量中的至少一種信息；根據所述方位控制信號，控制所述方位電機，以調節所述平臺載荷的方位角；根據所述俯仰控制信號，控制所述俯仰電機，以調節所述平臺載荷的俯仰角；獲取所述平臺載荷的當前方位角，并將所述當前方位角反饋至所述伺服控制模塊；獲取所述平臺載荷的當前俯仰角，并將所述當前俯仰角反饋至所述伺服控制模塊；獲取所述平臺載荷轉動時的角度率，并將所述角速率反饋至所述伺服控制模塊。

進一步地，基于所述平臺載荷獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤包括：確定所述平臺載荷拍攝的圖像中目標區域的特征矢量；根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值；根據預設追蹤分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第二似然度值；根據所述第一似然度值和所述第二似然度值，確定各個特征矢量的第三似然度值，并根據各個特征矢量的第三似然度值，對所述圖像中的目標對象進行追蹤。

進一步地，根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值包括：根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的各個特征矢量進行分析，以確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的級別數量；根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的第一似然度值。

進一步地，根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值包括：根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的預設特征矢量進行分析，以確定所述預設特征矢量對應的級別數量；根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述特征矢量的第一似然度值；根據預先配置的區域似然度分布和所述第一似然度值，確定與所述特征矢量相鄰的其余特征矢量的第一似然度值。

本申請提供的光電偵察平臺及其目標追蹤方法具備以下有益效果：

1)通過方位編碼器和俯仰編碼器位置回路的反饋，伺服控制模塊能夠高精度穩定平臺視軸，從而獲取清晰穩定的視頻圖像，達到實現激光測距和激光指示的目的；

2)通過可見光攝像機和/或紅外熱像儀，能夠滿足晝夜地面成像偵察的需要；

3)光電偵察平臺同時輸出平臺的方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量等信息，用于實現對地面目標的定位。

附圖說明

圖1為本申請實施方式中光電偵察平臺的結構示意圖；

圖2為本申請實施方式中目標追蹤方法的流程圖。

具體實施方式

為了使本技術領域的人員更好地理解本申請中的技術方案，下面將結合本申請實施方式中的附圖，對本申請實施方式中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施方式僅僅是本申請一部分實施方式，而不是全部的實施方式。基于本申請中的實施方式，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施方式，都應當屬于本申請保護的范圍。

請參閱圖1，本申請實施方式提供一種光電偵察平臺，包括轉臺機構和平臺電控機構，其中，所述轉臺機構包括平臺載荷1、方位電機2、方位編碼器3、俯仰電機4、俯仰編碼器5以及角速率陀螺儀6，所述平臺載荷1包括可見光攝像機和/或紅外熱像儀，所述平臺電控機構包括電源控制模塊7、圖像存儲模塊8、目標追蹤模塊9以及伺服控制模塊10。

在本實施方式中，所述圖像存儲模塊8用于存儲所述平臺載荷1獲取的圖像。

所述目標追蹤模塊9用于基于所述平臺載荷1獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤，并在追蹤過程中生成方位控制信號和俯仰控制信號；同時輸出方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量中的至少一種信息。

所述伺服控制模塊10用于根據所述方位控制信號，控制所述方位電機2，以調節所述平臺載荷1的方位角；根據所述俯仰控制信號，控制所述俯仰電機4，以調節所述平臺載荷1的俯仰角。

所述方位編碼器3用于獲取所述平臺載荷1的當前方位角，并將所述當前方位角反饋至所述伺服控制模塊10。

所述俯仰編碼器5用于獲取所述平臺載荷1的當前俯仰角，并將所述當前俯仰角反饋至所述伺服控制模塊10。

所述角速率陀螺儀6用于獲取所述平臺載荷1轉動時的角度率，并將所述角速率反饋至所述伺服控制模塊10。

在本實施方式中，所述目標追蹤模塊9可以包括：

特征矢量確定單元，用于確定所述平臺載荷拍攝的圖像中目標區域的特征矢量；

第一似然度值確定單元，用于根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值；

第二似然度值確定單元，用于根據預設追蹤分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第二似然度值；

目標對象追蹤單元，用于根據所述第一似然度值和所述第二似然度值，確定各個特征矢量的第三似然度值，并根據各個特征矢量的第三似然度值，對所述圖像中的目標對象進行追蹤。具體地，所述第一似然度值確定單元可以包括：

級別數量確定單元，用于根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的各個特征矢量進行分析，以確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的級別數量；

似然度值確定單元，用于根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的第一似然度值。

此外，在另一個實施方式中，所述第一似然度值確定單元還可以包括：

級別數量確定單元，用于根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的預設特征矢量進行分析，以確定所述預設特征矢量對應的級別數量；

似然度值確定單元，用于根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述特征矢量的第一似然度值；

相鄰似然度值確定單元，用于根據預先配置的區域似然度分布和所述第一似然度值，確定與所述特征矢量相鄰的其余特征矢量的第一似然度值。

在本實施方式中，所述目標對象追蹤單元可以包括：

加權求和單元，用于對于每個特征矢量，根據預先配置的權重值，對各個特征矢量的第一似然度值和第二似然度值進行加權求和，得出各個特征矢量的第三似然度值。

在本實施方式中，所述目標對象追蹤單元還可以包括：

大小位置確定單元，用于根據所述目標區域中各個特征矢量的第三似然度值，確定目標對象在所述圖像中的大小和位置。

在一個實際應用場景中，在進行圖像目標追蹤時，首先通過檢測分類器和追蹤分類器分析出目標區域中的每個特征矢量的似然度值，然后根據檢測分類器和追蹤分類器給出的似然度值計算融合后的似然度值，最后根據計算出的融合后的似然度值，通過Mean-Shift算法或者EM(最大期望算法)或者爬山算法來計算目標物體的大小和位置。

具體的，在通過檢測分類器進行似然度檢測時，可采用逐級判別的方式，每一級通過不同的準則判定特征矢量(例如，像素)是否屬于目標，根據特征矢量通過的級數給出似然度值，其中，通過的級數越多，則說明似然度越大，通過的級數越少，則說明似然度越小。例如，通過所有級數的特征矢量，則有最大的似然度，通過零級的特征矢量，則有最小的似然度。

在實際應用時，上述的逐級判別的方式可以是根據預先賦予級別的多個檢測分類器，對目標區域中的每個特征矢量進行分析，并根據分析的結果，判定目標區域中的每個特征矢量通過的級別數量；并根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定目標區域中的每個特征矢量的第一似然度值。

當然，為了提高檢測時的效率，減少計算量，上述的逐級判別的方式還可以進行進一步的改進，例如，在進行物體檢測時，可以先確定目標區域中的預設特征矢量的似然度值，然后根據預先配置的目標追蹤的搜索尺度，以所述預設特征矢量為中心進行區域劃分，并根據預先配置的似然度分布，來判別除所述預設特征矢量以外的其他特征矢量的似然度值。例如，可根據中心到邊緣的似然度遞減的關系，以檢測出的所述預設特征矢量的似然度值為核心，來逐級遞減地判定其他特征矢量的似然度值。

具體的，在通過追蹤分類器進行似然度檢測時，可以通過訓練分類器的方法得到，例如，將檢測到的物體作為正樣本，在正樣本周圍隨機取負樣本，通過訓練得到分類器，使用訓練得到的分類器對目標區域內的特征矢量進行分類，即可得到此范圍內的特征矢量是否為目標物體的概率值，此值可以作為物體追蹤的似然度值。

具體的，在檢測分類器和追蹤分類器均分析出目標區域中的特征矢量的似然度值后，可通過加權求和的方式進行似然度值的融合計算。

請參閱圖2，本申請實施方式還提供一種目標追蹤方法，所述方法包括以下步驟。

S1：存儲所述平臺載荷獲取的圖像；

S2：基于所述平臺載荷獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤，并在追蹤過程中生成方位控制信號和俯仰控制信號；同時輸出方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量中的至少一種信息；

S3：根據所述方位控制信號，控制所述方位電機，以調節所述平臺載荷的方位角；根據所述俯仰控制信號，控制所述俯仰電機，以調節所述平臺載荷的俯仰角；

S4：獲取所述平臺載荷的當前方位角，并將所述當前方位角反饋至所述伺服控制模塊；

S5：獲取所述平臺載荷的當前俯仰角，并將所述當前俯仰角反饋至所述伺服控制模塊；

S6：獲取所述平臺載荷轉動時的角度率，并將所述角速率反饋至所述伺服控制模塊。

在本實施方式中，基于所述平臺載荷獲取的圖像，對圖像中的目標進行追蹤包括：

確定所述平臺載荷拍攝的圖像中目標區域的特征矢量；

根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值；

根據預設追蹤分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第二似然度值；

根據所述第一似然度值和所述第二似然度值，確定各個特征矢量的第三似然度值，并根據各個特征矢量的第三似然度值，對所述圖像中的目標對象進行追蹤。

在本實施方式中，根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值包括：

根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的各個特征矢量進行分析，以確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的級別數量；

根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述目標區域中的各個特征矢量對應的第一似然度值。

在本實施方式中，根據預設檢測分類器，對各個特征矢量進行分析，以確定各個特征矢量的第一似然度值包括：

根據被預先賦予級別的至少一個檢測分類器，對所述目標區域中的預設特征矢量進行分析，以確定所述預設特征矢量對應的級別數量；

根據預先配置的與級別數量相關聯的似然度值，確定所述特征矢量的第一似然度值；

根據預先配置的區域似然度分布和所述第一似然度值，確定與所述特征矢量相鄰的其余特征矢量的第一似然度值。

本申請實施方式提供的光電偵察平臺及其目標追蹤方法具備以下有益效果：

1)通過方位編碼器和俯仰編碼器，能夠穩定視軸，從而獲取清晰穩定的視頻圖像，達到激光測距和激光指示的目的；

2)通過可見光攝像機和/或紅外熱像儀，能夠滿足晝夜地面成像偵察的需要；

3)光電偵察平臺同時輸出平臺的方位角、俯仰角、鏡頭焦距值、目標脫靶量等信息，用于實現對地面目標的定位。

上面對本申請的各種實施方式的描述以描述的目的提供給本領域技術人員。其不旨在是窮舉的、或者不旨在將本發明限制于單個公開的實施方式。如上所述，本申請的各種替代和變化對于上述技術所屬領域技術人員而言將是顯而易見的。因此，雖然已經具體討論了一些另選的實施方式，但是其它實施方式將是顯而易見的，或者本領域技術人員相對容易得出。本申請旨在包括在此已經討論過的本發明的所有替代、修改、和變化，以及落在上述申請的精神和范圍內的其它實施方式。