一种移动设备的实时跟踪系统及跟踪方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信技术领域，特别是指一种移动设备的实时跟踪系统及跟踪方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，相对于室外定位，地下定位无法用全球定位系统为移动设备（例如，车 辆）的自主行驶定位导航，由于巷道狭窄，信号繁杂等一系列的问题使得地下定位一直都 是一个难题。目前所使用的定位方法主要包括：航迹推算定位技术、无线电定位技术、视觉 定位技术及惯性导航技术等都在精度上或者可靠性上都有一定缺陷。
[0003] 在移动设备跟踪方面，主要方法有基于无线传感器网络、视频图像的处理等方法， 而基于无线传感器网络的方法在传感器的布置上有较高要求，并且需要的传感器数量大， 成本高，而且跟踪易受干扰；基于视频图像的跟踪方法受场景光线的变化、阴影的问题，背 景的复杂化等影响，都会使跟踪丢失或出现跟踪错的情况。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是提供一种移动设备的实时跟踪系统及跟踪方法，以解 决现有技术所存在的实时跟踪成本高、易受干扰、可靠性低的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种移动设备的实时跟踪系统，包括：激 光跟踪基站子系统和安装在移送设备上的跟踪偏差反馈子系统；所述跟踪偏差反馈子系统 包括：接收屏屏幕；所述激光跟踪基站子系统包括：控制器、驱动器、水平电机、俯仰电机和 激光测距仪；
[0006] 所述跟踪偏差反馈子系统，用于采集接收屏屏幕上的图像，并对所述图像进行处 理，确定激光点相对于接收屏屏幕中心的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至所述控制 器；
[0007] 所述控制器，用于根据接收到的偏差信息生成控制指令，驱动所述驱动器控制水 平电机和俯仰电机的运动带动激光测距仪旋转并使所述激光测距仪发出的激光射在接收 屏屏幕的中心。
[0008] 可选地，所述跟踪偏差反馈子系统还包括：摄像头、图像采集电路及箱体；
[0009] 所述箱体，一面用于安装所述接收屏，并在其对面安装所述摄像头；
[0010] 所述摄像头，用于采集整个接收屏屏幕的图像；
[0011] 所述图像采集电路，用于对采集的图像进行处理，判断采集的图像上是否有激光 点，若有激光点，则确定所述激光点在接收屏屏幕上的实际物理坐标，并确定激光点相对于 接收屏屏幕中心的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至控制器，所述偏差信息包括：激光 点相对于接收屏屏幕中心的水平、竖直偏差量及捕获标识，否则，将将生成的包括未捕获标 识的偏差信息发送至控制器。
[0012] 可选地，激光点在接收屏屏幕上的理想像素坐标（X，y)与激光点在接收屏屏幕上 的实际物理坐标（X'，y'）之间的关系为：
【主权项】
1. 一种移动设备的实时跟踪系统，其特征在于，包括：激光跟踪基站子系统和安装在 移送设备上的跟踪偏差反馈子系统；所述跟踪偏差反馈子系统包括；接收屏屏幕；所述激 光跟踪基站子系统包括；控制器、驱动器、水平电机、俯仰电机和激光测距仪； 所述跟踪偏差反馈子系统，用于采集接收屏屏幕上的图像，并对所述图像进行处理，确 定激光点相对于接收屏屏幕中屯、的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至所述控制器； 所述控制器，用于根据接收到的偏差信息生成控制指令，驱动所述驱动器控制水平电 机和俯仰电机的运动带动激光测距仪旋转并使所述激光测距仪发出的激光射在接收屏屏 幕的中屯、。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述跟踪偏差反馈子系统还包括：摄像 头、图像采集电路及箱体； 所述箱体，一面用于安装所述接收屏，并在其对面安装所述摄像头； 所述摄像头，用于采集整个接收屏屏幕的图像； 所述图像采集电路，用于对采集的图像进行处理，判断采集的图像上是否有激光点，若 有激光点，则确定所述激光点在接收屏屏幕上的实际物理坐标，并确定激光点相对于接收 屏屏幕中屯、的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至控制器，所述偏差信息包括：激光点相 对于接收屏屏幕中屯、的水平、竖直偏差量及捕获标识，否则，将将生成的包括未捕获标识的 偏差信息发送至控制器。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，激光点在接收屏屏幕上的理想像素坐标 (x，y)与激光点在接收屏屏幕上的实际物理坐标（X'，y')之间的关系为：
[X，，y' ] =A[x，y]+B 其中，（u，v)为激光点在接收屏屏幕上的实际像素坐标，r为激光点在接收屏屏幕上的 实际像素坐标与坐标原点的距离，a为图像崎变系数，A、B为物理坐标尺寸与像素坐标尺寸 的比例参数。
4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述激光跟踪基站子系统的工作模式包 括：扫描模式和跟踪模式； 当控制器接收到的偏差信息包括未捕获标识时，所述激光跟踪基站子系统进入扫描模 式，所述控制器通过驱动器控制水平电机和俯仰电机的转角及转速带动激光测距仪进行旋 转并使激光测距仪发出的激光在所述激光跟踪基站子系统覆盖的工作区域内成W型扫描 移动设备； 当控制器接收到的偏差信息包括捕获标识时，所述激光跟踪基站子系统进入跟踪模 式，所述控制器根据激光点相对于接收屏屏幕中屯、的水平、竖直偏差量通过驱动器控制水 平电机和俯仰电机的转角及转速带动激光测距仪进行旋转并使激光测距仪发出的激光射 在接收屏屏幕的中屯、，对移动设备进行实时跟踪。
5. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，在激光丢失跟踪的移动设备的瞬间，通过 跟踪偏差反馈子系统记录该瞬间点的接收屏屏幕上的激光点的实际物理坐标信息，并确定 激光运动出所述接收屏屏幕的运动轨迹，根据所述运动轨迹由控制器控制水平电机和俯仰 电机的转角及转速按照该运动轨迹的反方向进行运动。
6. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述摄像头的像素不低于640*480,采集 频率不低于30巧S; 所述接收屏屏幕尺寸为380*285,所述摄像头的采集分辨率为640*320 ; 所述水平电机和俯仰电机分别为旋转误差在15角秒内的伺服电机。
7. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述控制器采用DSP+ARM的双核嵌入式结 构，并采用浮点型DSP巧片作为主处理器，ARM巧片作为协处理器； 所述协处理器，用于与所述跟踪偏差反馈子系统进行通讯获取跟踪偏差消息，并将所 述偏差信息发送至所述主处理器； 所述主处理器，用于采集水平电机及俯仰电机的旋转角度信息，并结合协处理器发送 的跟踪偏差消息，生成脉冲和频率控制指令驱动所述驱动器带动水平电机及俯仰电机进行 运动。
8. -种移动设备的实时跟踪方法，其特征在于，包括： 通过跟踪偏差反馈子系统采集接收屏屏幕上的图像，并对所述图像进行处理，确定激 光点相对于接收屏屏幕中屯、的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至控制器； 根据接收到的偏差信息，由控制器生成控制指令，驱动驱动器控制水平电机和俯仰电 机的运动带动激光测距仪进行旋转并使激光测距仪发出的激光射在接收屏屏幕的中屯、。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述跟踪偏差反馈子系统包括；接收屏屏 幕、摄像头、图像采集电路及箱体，所述箱体，一面用于安装所述接收屏，并在其对面安装摄 像头； 所述通过跟踪偏差反馈子系统采集接收屏屏幕上的图像，并对所述图像进行处理，确 定激光点相对于接收屏屏幕中屯、的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至控制器包括： 通过所述摄像头采集整个接收屏屏幕的图像； 通过所述图像采集电路对采集的图像进行处理，判断采集的图像上是否有激光点； 若有激光点，则确定所述激光点在接收屏屏幕上的实际物理坐标，并确定激光点相对 于接收屏屏幕中屯、的偏差信息，同时将所述偏差信息发送至控制器，所述偏差信息包括：激 光点相对于接收屏屏幕中屯、的水平、竖直偏差量及捕获标识； 若没有激光点，则将生成的包括未捕获标识的偏差信息发送至控制器。
10. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述确定所述激光点在接收屏屏幕上的 实际物理坐标包括： 利用圆形模板变异的方法对桶形崎变进行修正，确定激光点在接收屏屏幕上的理想像 素坐标（x，y)和激光点在接收屏屏幕上的实际像素坐标（u，v)的关系为：
其中，r为激光点在接收屏屏幕上的实际像素坐标与坐标原点的距离，a为图像崎变系 数； 通过一次拟合运算，确定修正后的理想像素坐标（x，y)与该激光点在接收屏屏幕上的 实际物理坐标（X'，y')的关系为： [X'，y' ] =A[x，y]+B 其中，A、B为物理坐标尺寸与像素坐标尺寸的比例参数。
【专利摘要】本发明提供一种移动设备的实时跟踪系统及跟踪方法，有助于提高移动设备跟踪的可靠性和抗干扰能力。所述系统包括：激光跟踪基站子系统和跟踪偏差反馈子系统；所述跟踪偏差反馈子系统包括：接收屏屏幕；所述激光跟踪基站子系统包括：控制器、驱动器、水平电机、俯仰电机和激光测距仪；所述跟踪偏差反馈子系统，用于对采集的接收屏屏幕上的图像进行处理，确定激光点相对于接收屏屏幕中心的偏差信息；所述控制器，用于根据接收到的偏差信息生成控制指令，驱动所述驱动器控制水平电机和俯仰电机的运动带动激光测距仪旋转并使所述激光测距仪发出的激光射在接收屏屏幕的中心。本发明适用于通信技术领域。
【IPC分类】G05D3-12
【公开号】CN104793637
【申请号】CN201510164172
【发明人】孟宇, 马国轩, 刘立, 仇百良
【申请人】北京科技大学
【公开日】2015年7月22日
【申请日】2015年4月8日