本实用新型属于光电跟踪技术领域，具体涉及一种基于DSP和多传感器融合的海面目标检测跟踪系统。
背景技术：
我国具有辽阔的海岸线，且海域十分广阔，因此，海面目标的检测跟踪具有重要的现实意义和应用价值。在军用方面，可以维护海洋权益、加强海域监管、减少海事纠纷等；在民用方面，海面目标的检测跟踪技术可以高效实现港口和海湾的海上交通监制、事故船只求援报警，并对非法捕鱼、污染物倾倒、非法走私偷渡起到强有力的监管作用。
传统目标检测跟踪系统采用电视摄像机作为信号传感器，而通常情况下，可见光电视不能在夜间工作，且不能“看到”烟雾遮蔽的目标。本实用新型的目标检测跟踪系统采用红外热像仪成像装置，克服了以上缺点，大大扩展了目标检测跟踪系统的作用时域。
本实用新型的目标检测跟踪系统采用CCD和红外成像传感器进行目标跟踪，并用激光测量目标距离，同时向火控系统发送精确的跟踪目标信息，它可有效地提高系统的全天时/全天候工作能力，用于搜索、观察和跟踪海面目标，可广泛应用于国家海防。
此外，早期的图像跟踪器一般采用简单的跟踪算法，只有单一工作模式，只能对一定条件下的目标进行跟踪，不同的应用环境，跟踪的效果会有很大差别。
技术实现要素：
有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种基于DSP和多传感器融合的海面目标检测跟踪系统,可有效地提高系统的全天时/全天候工作能力，用于搜索、观察和跟踪海面目标，可广泛应用于国家海防。
一种海面目标检测跟踪系统，包括观测单元以及控制单元，其中：
所述观测单元包括红外热像仪、CCD相机、激光测距机、控制板、第二电源模块以及显示器；
所述红外热像仪和CCD相机分别用于获取被跟踪目标所在场景的红外视频和电视视频；
所述激光测距机用于测量目标距离；
所述第二电源模块通过控制板向红外热像仪、CCD相机、激光测距机提供所需的电压；
所述显示器用于显示叠加了目标跟踪结果的视频；
所述控制单元包括录像板、主控板、跟踪器以及第一电源模块；
所述第一电源模块通过主控板向录像板和跟踪器提供所需的电压；
所述录像板记录红外热像仪和CCD相机分别获取的红外视频和电视视频并输入给所述跟踪器；
所述跟踪器选择其中一路视频，并进行目标跟踪，得到跟踪结果，并将跟踪结果叠加到选择的视频上，输出给显示器。
进一步的，还包括操控单元，用于控制跟踪器选择其中一路视频。
较佳的，所述跟踪器采用DSP结合CPLD的形式实现。
进一步的，所述跟踪器包括解码器、DSP以及编码器；所述解码器将录像板输出的两路模拟形式的视频数据转换为数字形式，并输出至DSP；所述DSP完成目标跟踪后，输出一路视频；所述编码器将DSP输出的视频转换为模拟信号后输出给显示器。
较佳的，DSP芯片选用TI公司的TMS320DM642。
较佳的，CPLD选用ALTERA公司的EPM7064AETI44-7N。
较佳的，所述第一电源模块通过直流滤波器对跟踪器进行供电。
较佳的，所述红外热像仪、CCD相机以及激光测距机采用单独的航插板与外部连接。
本实用新型具有如下有益效果：
本实用新型通过采用CCD和红外成像传感器进行目标的检测和跟踪；用激光测量目标距离，同时向火控系统发送精确的跟踪目标信息；以DSP+CPLD为核心的硬件平台，为图像处理和跟踪的相关、二值相融合双模式跟踪算法提供了支持，系统简单可靠，可有效地提高系统的全天时/全天候工作能力，用于搜索、观察和跟踪海面目标，可广泛应用于国家海防。
附图说明
图1为本实用新型的海面目标检测跟踪系统框图；
图2为本实用新型的观测单元结构示意图；
图3为本实用新型的控制单元结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本实用新型进行详细描述。
硬件系统框图如图1所示，海面目标检测跟踪系统由三部分组成，分别为观测单元、控制单元和操控单元。
操控单元主要由操控按键和按键电路板组成。按键电路板通过IO口对操控按键的电平进行采集，从而获取按键的状态，并通过RS422串口发送给控制单元。
观测单元由红外热像仪、CCD相机、激光测距机、控制电路板2以及电源模块2、显示器等组成。观测单元的电气设计思路是根据信号的流向，分模块控制各个部件，并综合考虑系统的简洁性和可维修性。整个观测单元的内部接线关系如图2所示。
由图2可知，根据信号流向，由外部供给24V电源给观测单元，观测单元的电源模块2负责将24V转化为红外热像仪、CCD相机以及激光测距机所需的电压。红外热像仪、CCD相机以及激光测距机由单独的航插与分控板相连，当需要对某个部件进行调试或者更换时，只需要连接或断开相应部件的航插，即可完成。同时，这样也能保证各模块之前不会相互干扰，提高系统的可靠性。
控制单元由录像板、主控板、跟踪器以及电源模块等组成。控制单元涉及的视频模块较多，且跟踪器的抗干扰能力相对要差一些，因此，本实用新型针对该问题，用直流滤波器对跟踪器的供电电源进行滤波，同时在结构上，对跟踪器进行单独密封屏蔽，减少外界对其干扰，保证其输出视频的质量。控制单元的内部接线关系如图3所示。
观测单元采集的红外热像仪采集的红外视频信号和CCD相机采集的电视视频信号，首先通过录像板记录采集的视频信息，之后红外视频信号和电视视频信号作为跟踪器的输入信号，跟踪器根据外部环境选择其中一路进行目标跟踪，得到跟踪结果，并将跟踪结果叠加到选择的视频上，输出至显示器；其中，跟踪器选择哪一路视频信号由操控单元通过按键进行控制。激光测距机用于测量目标距离，同时向火控系统发送精确的跟踪目标信息。
观测单元和控制单元的通信即控制板2和控制板1之间的通信，通过RS422 串口实现。控制板和主控板的功能是向对应连接的器件传递上位机发送的指令，例如开关机指令，相机及红外热像仪的镜头变焦参数等，由此控制相应器件的工作状态。
本实用新型的跟踪器以DSP+CPLD为核心，DSP芯片选用TI公司的 TMS320DM642，CPLD选用ALTERA公司的EPM7064AETI44-7N，由于DSP智能处理数字视频信号，而跟踪器的输入是两路模拟视频信号，因此，本实用新型选择集成电路TVP5150作为解码器，将两路模拟视频信号转换为两路数字信号，输出给DSP处理；选择集成电路SAA7129作为编码器，将DSP处理后的视频信号转换为模拟信号，最后输出到显示器。CPLD作为可编程逻辑电路，负责扩展串口信号、控制视频信号的输出及系统的复位，提高了跟踪器结构的灵活性，使跟踪器易于维护和扩展。
跟踪器采用相关、二值相融合双模式跟踪算法。
在实际的跟踪环境下，存在着各种复杂的情况，背景和目标的状况往往是难以预料的。如背景和目标间的对比度很低的时候，白天和黑夜的不同光照特点、飞机飞行过程中迎光和背光引起的灰度变化以及外界不可预料的各种干扰等，都会影响图像的质量。除了外界的因素，跟踪器本身也存在内部原因可能对图像造成影响，其中包括：CCD和红外成像传感器的内部噪声以及跟踪器内部元器件造成的图像噪声等。为了解决这个问题，提高跟踪准确性和可靠性，需要在相关跟踪算法前对搜索模板的图像灰度数据进行预处理，以降低或消除这些噪声和干扰的影响。只需要对大小为P×Q的搜索模板预处理，就能满足需要，这对计算时间的减少也很重要。
本实用新型的图像预处理采用中值滤波，中值滤波器在滤除噪声的同时能很好地保护图像边缘,使图像较好地复原,而成为空域平滑的重要手段。这里采用大小为5点的十字窗口进行中值滤波，即每个点与其上下左右一共5个点 (D1,D2,D3,D4,D5)，将它们按大小有序排列，位于中间位置的那个数值称为这5 个数的中值记作：
其中：Di,j为原图像点(i,j)处的灰度值，Mi,j为中值滤波后的值。
相关匹配算法通过计算模板图像和待匹配图像的互相关值来确定匹配的程度,是一种经典的匹配算法,具有很高的准确性和适应性,并且对图像灰度值的线性变换具有“免疫性”,因此在目标跟踪中得到了广泛应用。
实时视频图像经编码器的数字化处理后，将图像数据存入存贮单元,其图像数据代表相应点处的灰度值。一般图像数据的灰度值按8bit的二进制码量化, 则图像像素的灰度级为28＝256级,每个像素的灰度值Di,j用0～255之间的数值表示。
相关匹配算法是根据己知目标特征(如形状，大小，面积等)，产生参考图像，并在实时图像中搜寻相应特征的算法，当相关函数取得合适并且在某点产生了极值时，就可以判定为找到相关点。
这里列出相关函数表达式：
式中:R(x,y)为相关函数，表示在(x,y)坐标处的相关值；(i,j)为参考图和子图中像素点的坐标，其取值范围为:1≤i≤M,1≤j≤N；i,j为整数；T(i,j) 为参考图中(i,j)坐标处的灰度值；Sx,y(i,j)为子图中(i,j)坐标处的灰度值；
本实用新型采用相关、二值相融合双模式跟踪算法，对二值化图像可以采用更简单的计算公式，假定T(i,j)和Sx,y(i,j)为参考图和子图的二值化图像，则相关函数为:
当子图与参考图的对应点都为1或者0时：Sx,y(i,j)+T(i,j)＝0；当子图与参考图的对应点不同时：Sx,y(i,j)+T(i,j)＝1。当R(x,y)取得极小值时，认为(x,y)为相关点，由于(3)式将的绝对差值改变为异或运算，提高了处理速度，同时又便于硬件实现。
综上所述，以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。