无人机目标跟踪方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种无人机目标跟踪方法，属于数据处理技术领域。
【背景技术】
[0002] 利用无人机可以获得地面的重要信息，如图像，包括静止图片和视频，从中获得及 时准确的战场信息和精确的定位信息，以捕捉战略打击目标，完成打击效果评估等任务。
[0003] 空中对地观察过程中，地面或水面的运动目标(如火车、汽车、舰艇等)包含着重要 军事价值，是侦察重点，常常需要在飞行过程中对其持续关注。由于运动目标与无人机同样 处于运动状态，时常会因目标运动超出无人机图像视野而难于持续捕获。因而空中对地观 测跟踪运动目标的关键是如何能够尽快准确检测出运动目标，以调整摄像头云台及飞行参 数，实现持续跟踪，以待对目标做出进一步分析与反应。
【发明内容】
[0004] 为克服现有技术中存在的技术问题，本发明的发明目的是提供一种无人机目标跟 踪方法，其能够持续地跟踪目标。
[0005] 为实现所述发明目的，本发明提供一种无人机目标跟踪方法，一种无人机目标跟 踪方法，其特征在于，包括：
[0006] S01:利用无人机载摄像机连续拍摄至少二幅地面图像，并在每幅图像中标注无人 机的地面坐标、航向角及获取地面图像时的时刻；
[0007] S02:将每幅地面图像进行坐标以使它们处于同一图像坐标系中；
[0008] S03:对二幅地面图像进行滤波，而后从滤波后的地面图像中取出包括目标图像的 前景图像，从前景图像中提取特征点，提取前一幅前景图像中的每一区域特征点并与被跟 踪目标的模板的特征点进行匹配，利用匹配成功的区域更新被跟踪目标的模板，利用更新 后的被跟踪目标的模板的特征点与当前幅前景图像中的每一区域的特征点进行匹配；
[0009] S04:根据匹配成功的两幅前景图像中的区域的特征点的位置关系确定被跟踪目 标的速度和运行方向；
[0010] S05:根据被跟踪目标的速度和运行方向调整无人机的航速和航向，从而跟踪目 标。
[0011] 优选地，利用仿射变换将每幅图像变换到同一图像坐标系中。
[0012] 与现有技术相比，利用本发明提供的方法计算速度快，跟踪目标的速度快。
【附图说明】
[0013] 图1是本发明提供的无人飞机外形结构示意图；
[0014] 图2是无人机载控制系统的组成框图；
[0015] 图3是地面服务站的组成框图；
[0016] 图4本发明提供跟踪目标跟踪流程图；
[0017]图5是目标2D轨迹示意图；
[0018]图6是坐标关系统不意图。
【具体实施方式】
[0019] 本发明提供的无人机目标跟踪系统包括无人机载控制系统及地面服务器，无人机 载控制系统用于获取地面图像、飞行参数并将所述地面图像、飞行参数等发送给地面服务 器，还接收地面服务器的指令，并根据在指令进行飞行。地面服务器用于接受无人机载控制 系统的传送来的信息，对接收的信息进行处理，并根据处理结果给无机载控制系统发送控 制指令以跟踪地面目标。
[0020] 下面结合附图详细说明本发明。
[0021] 图1是本发明提供的无人飞机外形结构示意图。如图1所示，本发明无人飞机包括 机架132,机架32中设置有主涵道143,所述主涵道143内设置有支架134,支架134上设置有 主桨叶133。所述机架132两侧分别设置有固定翼135和固定翼136,飞行时，两侧的固定翼产 生气动升力，降低主体涵道内的燃油发动机的耗油率。机架132两侧的固定翼中分别设置有 小涵道143和小涵道142,小涵道内分别设置有小桨叶（图中未示）。机架的前面和后面设置 有前缘138和后翼137,前缘138和后翼137中分别设置有小涵道141和小涵道144,前缘和后 翼137的小涵道内分别设置有小桨叶（图中未示）。后翼上设置尾翼129和尾翼140,尾翼129 和尾翼140呈V型，用以增加飞行稳定性。主桨叶由燃油发动机提供动力。小桨叶电动机提供 动力，电动机由电池提供能源。电池为可充电电池。在涵道桨叶面设置反扭力导流片，用以 平衡涵道桨叶或风扇转动时产生的转动力矩。同时在涵道桨叶或风扇下面设置推力导流 片，产生前行推力。
[0022] 机架、前缘、后翼和尾翼采用铝合金骨架，外铺碳纤维复合材料，在保证强度的同 时减轻机身重量。支架为碳纤维杆用于支撑燃油发动机，作为涵道无人机的主动力，发动机 的油箱安置在主体涵道的外围周边。四个小涵道内的电机采复合材料螺旋桨。
[0023]图2是无人机载控制系统的组成框图，如图2所示，无人机载控制系统包括:三轴加 速度传感器1、A/D转换器2、陀螺仪3、A/D转换器4、磁性传感器5、A/D转换器件、气压高度计 7、A/D转换器8、摄像机9、编码器10、导航授时系统11、存储器13、数据处理器12、飞行控制器 和存储器17,其中，加速度传感器1用于测量无人机的三个相互垂直的轴的加速度，并将加 速度信息转换为电信息;A/D转换器2,将加速度传感器1提供的电信息进行A/D转换而后提 供给数据处理器。陀螺仪3用于测量无人机的滚角、府仰角和偏航角，并将角度信息转换为 电信息，A/D转换器4将陀螺仪3提供的电信息进行A/D转换而后提供给数据处理器。气压高 度计7用于获取无人机的飞行高度，A/D转换器8用于将无人机的高度信息转换为数字信息 并提供给数据处理器。摄像机9用于连续地拍摄地面的图像，并将图像信息提供给编码器， 所述视频编码器用于将摄像机提供的图像信息进行编码，而后提供的数据处理器。导航授 时系统11用于获取无人机的位置信息，并将位置信息及时间信息提供给数据处理器。数据 处理器将上述部件测量的信息存储到存储器中，数据处理器将所获取的信息存储到存储器 13中。无人机载控制系统还包括通信模块14和天线18,其中，数据处理器12将所获取的信息 打包成数据帧而后发送给通信模块14,通信模块14将所述数据帧调制到射频上，而后通过 天线发送给地面服务器，通信模块和天线也接收地面服务器发送的飞行指令数据帧以提供 给数据处理器。。
[0024] 无人机目标跟踪系统还包括飞行控制器15和存储器17,数据处理器解包飞行指令 数据帧取出飞行指令而后传送给飞行控制器15,飞行控制器将飞行指令暂时存储到存储器 17，并根据飞行指令驱动无人机伺服机构19进行飞行以跟踪地面目标。
[0025] 磁传感器5用于测量无人机的磁航向，A/D转换器6将磁航向信息转换为数字信息 而后提供给数据处理器，数据处理器12根据数字磁航向校正陀螺仪，同时利用陀螺仪的稳 定性减小磁性传感器的飞行。飞行控制器根据数据处理器提供的信息对无人机进行飞行控 制。
[0026] 本发明中，摄像机通过万向节固定于无人机平台上，使摄像机的摄影轴无人机的 机体坐标系的0bZb重合，使摄像机的像平面的 0pXp轴与无人机的机体坐标系的0bXb平行，摄 像机的像平面的0Py P轴与无人机的机体坐标系的Obyb平行，可以通过测量无人机的姿态角 而推算出摄影轴的姿态角。
[0027]图3是地面服务器的组成框图，如图3所示，本发明提供的地面服务器包括处理器 20、输入/输出接口、网络适配器23、通信模块23、收发天线24和存储器25,其中，收发天线24 用于将空间电磁波信号转换为电信号，并提供给通信模块23,通信模块23将无人机载控制 系统发送来的信号提供给处理器20,处理器20对无人机载控制系统发送来的数据帧进行解 包并通过输入/输出接口 21在显示器上进行显示，处理器根据用户指令对所获取得图像进 行处理，判断地面目标的位置，根据地面目标的位置制作无人机飞行指令，而后将无人机飞 行指令打包成飞行指令帧，通过通信模块14和天线18发送给无人机载飞行控制系统。地面 报务器器将所接收的无人同载控制系统发送来的图像通过打印机进行打印，还可存储到存 储器25中，还通过网络适配器发送给其它用户或者服务器。输入输出接口 21还可连接键盘 和鼠标，键盘用于输入指令或者执行某些操作，鼠标用于执行某些操作。
[0028]图4本发明提供无人机目标跟踪流程图。如图4所示，本发明提供的无人机目标跟 踪方法，包括：
[0029] S01:利用无人机载摄像机连续拍摄地面图像，并在每幅图像中标注无人机的地面
[0030] 坐标、航向角、姿态角及获取地面图像时的时刻等；
[0031] S02:搜索最近所拍摄的多幅地面图像，并将每幅地面图像变换到同一坐标系中，
[0032] 本发明的一个或多个实施例利用基于仿射变换将每幅所拍摄的地面图像变换到 同
[0033] 上一坐标系中，例如采用下面所述的线性变换：
[0035]其中（x，y)是(u，v)的新变换坐标，&〇，&1，&2，13()，13 1，132，是变换参数集，它们可以由 无人机的航向角及姿态角计算得出，也可以通过最小二乘法计算出来。
[0036] S03,对多幅地面图像进行滤波，而后从滤波后的地面图像中取出前景图像，对前 景图像进行特征提取，而后进行特征匹配；
[0037] S04:根据空间共线方程，计算出目标的平均速度和方向；
[0038] S05:根据被跟踪目标的速度和运行方向调整无人机的航速和航向，从而跟踪目 标。
[0039] 步骤S03中，为了测量地面目标的运行速度，必须在的拍摄的图像中通过提取地面 目标不变的特征量来进行匹配，以便计算地面移动目标的位移。由于特征的可靠提取直接 影响匹配结果的可靠性，因此选择合适的特征量和特征提取算法十分关键。通常可选择图