一种光电侦察平台及其目标追踪方法与流程

本申请涉及光电成像技术领域，特别涉及一种光电侦察平台及其目标追踪方法。

背景技术：

目前，通常使用光电成像手段为战区和各级指挥官收集并提供电子情报，并对战场进行实地侦察、为战斗机提供准确的目标信息、低空进行袭击重要的军事目标(如桥梁、运输车、坦克、船只等)，这些对战局的胜败都起到了关键作用。

光电侦察平台在交通监控、环境监测、资源调查、治安巡逻、视频转播、地理测绘、地质勘探、空间科学试验等方面也有着广泛的应用。

现有技术中，一般光电侦察平台提供可见光或红外视频，通过地面站操控方式，可以实现远距离视频实时传输等功能。

光电侦察平台主要搭载在各种运动或固定载体上用于对陆地、海面、空中各种目标的搜索、观察、追踪，满足航拍、飞行导航、目标侦察等各种应用需求。

然而，现有的光电侦察平台体积大、重量大，多采用步进电机和齿轮传动结构，视轴的稳定度不足，难以满足高精度稳定视场的要求，并且当前光电侦察平台不具备复杂背景条件下目标检测追踪的能力。

技术实现要素：

本申请的目的在于提供一种光电侦察平台及其目标追踪方法，能够减小光电侦察平台的体积，减轻光电侦察平台的重量，并且能够准确地对目标对象进行高精度稳定追踪。

为实现上述目的，本申请一方面提供了一种光电侦察平台，包括转台机构和平台电控机构，所述转台机构包括平台载荷、方位电机、方位编码器、俯仰电机、俯仰编码器以及角速率陀螺仪，所述平台载荷包括可见光摄像机和/或红外热像仪，所述平台电控机构包括电源控制模块、图像存储模块、目标追踪模块以及伺服控制模块，其中：所述图像存储模块用于存储所述平台载荷获取的图像；所述目标追踪模块用于基于所述平台载荷获取的图像，对图像中的目标进行追踪，并在追踪过程中生成方位控制信号和俯仰控制信号；同时输出方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量中的至少一种信息；所述伺服控制模块用于根据所述方位控制信号，控制所述方位电机，以调节所述平台载荷的方位角；根据所述俯仰控制信号，控制所述俯仰电机，以调节所述平台载荷的俯仰角；所述方位编码器用于获取所述平台载荷的当前方位角，并将所述当前方位角反馈至所述伺服控制模块；所述俯仰编码器用于获取所述平台载荷的当前俯仰角，并将所述当前俯仰角反馈至所述伺服控制模块；所述角速率陀螺仪用于获取所述平台载荷转动时的角度率，并将所述角速率反馈至所述伺服控制模块。

进一步地，所述目标追踪模块包括：特征矢量确定单元，用于确定所述平台载荷拍摄的图像中目标区域的特征矢量；第一似然度值确定单元，用于根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值；第二似然度值确定单元，用于根据预设追踪分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第二似然度值；目标对象追踪单元，用于根据所述第一似然度值和所述第二似然度值，确定各个特征矢量的第三似然度值，并根据各个特征矢量的第三似然度值，对所述图像中的目标对象进行追踪。

进一步地，所述第一似然度值确定单元包括：级别数量确定单元，用于根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的各个特征矢量进行分析，以确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的级别数量；似然度值确定单元，用于根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的第一似然度值。

进一步地，所述第一似然度值确定单元包括：级别数量确定单元，用于根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的预设特征矢量进行分析，以确定所述预设特征矢量对应的级别数量；似然度值确定单元，用于根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述特征矢量的第一似然度值；相邻似然度值确定单元，用于根据预先配置的区域似然度分布和所述第一似然度值，确定与所述特征矢量相邻的其余特征矢量的第一似然度值。

进一步地，所述目标对象追踪单元包括：加权求和单元，用于对于每个特征矢量，根据预先配置的权重值，对各个特征矢量的第一似然度值和第二似然度值进行加权求和，得出各个特征矢量的第三似然度值。

进一步地，所述目标对象追踪单元包括：大小位置确定单元，用于根据所述目标区域中各个特征矢量的第三似然度值，确定目标对象在所述图像中的大小和位置。

为实现上述目的，本申请实施方式还提供一种目标追踪方法，所述方法包括：存储所述平台载荷获取的图像；基于所述平台载荷获取的图像，对图像中的目标进行追踪，并在追踪过程中生成方位控制信号和俯仰控制信号；同时输出方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量中的至少一种信息；根据所述方位控制信号，控制所述方位电机，以调节所述平台载荷的方位角；根据所述俯仰控制信号，控制所述俯仰电机，以调节所述平台载荷的俯仰角；获取所述平台载荷的当前方位角，并将所述当前方位角反馈至所述伺服控制模块；获取所述平台载荷的当前俯仰角，并将所述当前俯仰角反馈至所述伺服控制模块；获取所述平台载荷转动时的角度率，并将所述角速率反馈至所述伺服控制模块。

进一步地，基于所述平台载荷获取的图像，对图像中的目标进行追踪包括：确定所述平台载荷拍摄的图像中目标区域的特征矢量；根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值；根据预设追踪分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第二似然度值；根据所述第一似然度值和所述第二似然度值，确定各个特征矢量的第三似然度值，并根据各个特征矢量的第三似然度值，对所述图像中的目标对象进行追踪。

进一步地，根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值包括：根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的各个特征矢量进行分析，以确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的级别数量；根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的第一似然度值。

进一步地，根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值包括：根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的预设特征矢量进行分析，以确定所述预设特征矢量对应的级别数量；根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述特征矢量的第一似然度值；根据预先配置的区域似然度分布和所述第一似然度值，确定与所述特征矢量相邻的其余特征矢量的第一似然度值。

本申请提供的光电侦察平台及其目标追踪方法具备以下有益效果：

1)通过方位编码器和俯仰编码器位置回路的反馈，伺服控制模块能够高精度稳定平台视轴，从而获取清晰稳定的视频图像，达到实现激光测距和激光指示的目的；

2)通过可见光摄像机和/或红外热像仪，能够满足昼夜地面成像侦察的需要；

3)光电侦察平台同时输出平台的方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量等信息，用于实现对地面目标的定位。

附图说明

图1为本申请实施方式中光电侦察平台的结构示意图；

图2为本申请实施方式中目标追踪方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施方式中的附图，对本申请实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本申请中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都应当属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施方式提供一种光电侦察平台，包括转台机构和平台电控机构，其中，所述转台机构包括平台载荷1、方位电机2、方位编码器3、俯仰电机4、俯仰编码器5以及角速率陀螺仪6，所述平台载荷1包括可见光摄像机和/或红外热像仪，所述平台电控机构包括电源控制模块7、图像存储模块8、目标追踪模块9以及伺服控制模块10。

在本实施方式中，所述图像存储模块8用于存储所述平台载荷1获取的图像。

所述目标追踪模块9用于基于所述平台载荷1获取的图像，对图像中的目标进行追踪，并在追踪过程中生成方位控制信号和俯仰控制信号；同时输出方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量中的至少一种信息。

所述伺服控制模块10用于根据所述方位控制信号，控制所述方位电机2，以调节所述平台载荷1的方位角；根据所述俯仰控制信号，控制所述俯仰电机4，以调节所述平台载荷1的俯仰角。

所述方位编码器3用于获取所述平台载荷1的当前方位角，并将所述当前方位角反馈至所述伺服控制模块10。

所述俯仰编码器5用于获取所述平台载荷1的当前俯仰角，并将所述当前俯仰角反馈至所述伺服控制模块10。

所述角速率陀螺仪6用于获取所述平台载荷1转动时的角度率，并将所述角速率反馈至所述伺服控制模块10。

在本实施方式中，所述目标追踪模块9可以包括：

特征矢量确定单元，用于确定所述平台载荷拍摄的图像中目标区域的特征矢量；

第一似然度值确定单元，用于根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值；

第二似然度值确定单元，用于根据预设追踪分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第二似然度值；

目标对象追踪单元，用于根据所述第一似然度值和所述第二似然度值，确定各个特征矢量的第三似然度值，并根据各个特征矢量的第三似然度值，对所述图像中的目标对象进行追踪。具体地，所述第一似然度值确定单元可以包括：

级别数量确定单元，用于根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的各个特征矢量进行分析，以确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的级别数量；

似然度值确定单元，用于根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的第一似然度值。

此外，在另一个实施方式中，所述第一似然度值确定单元还可以包括：

级别数量确定单元，用于根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的预设特征矢量进行分析，以确定所述预设特征矢量对应的级别数量；

似然度值确定单元，用于根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述特征矢量的第一似然度值；

相邻似然度值确定单元，用于根据预先配置的区域似然度分布和所述第一似然度值，确定与所述特征矢量相邻的其余特征矢量的第一似然度值。

在本实施方式中，所述目标对象追踪单元可以包括：

加权求和单元，用于对于每个特征矢量，根据预先配置的权重值，对各个特征矢量的第一似然度值和第二似然度值进行加权求和，得出各个特征矢量的第三似然度值。

在本实施方式中，所述目标对象追踪单元还可以包括：

大小位置确定单元，用于根据所述目标区域中各个特征矢量的第三似然度值，确定目标对象在所述图像中的大小和位置。

在一个实际应用场景中，在进行图像目标追踪时，首先通过检测分类器和追踪分类器分析出目标区域中的每个特征矢量的似然度值，然后根据检测分类器和追踪分类器给出的似然度值计算融合后的似然度值，最后根据计算出的融合后的似然度值，通过Mean-Shift算法或者EM(最大期望算法)或者爬山算法来计算目标物体的大小和位置。

具体的，在通过检测分类器进行似然度检测时，可采用逐级判别的方式，每一级通过不同的准则判定特征矢量(例如，像素)是否属于目标，根据特征矢量通过的级数给出似然度值，其中，通过的级数越多，则说明似然度越大，通过的级数越少，则说明似然度越小。例如，通过所有级数的特征矢量，则有最大的似然度，通过零级的特征矢量，则有最小的似然度。

在实际应用时，上述的逐级判别的方式可以是根据预先赋予级别的多个检测分类器，对目标区域中的每个特征矢量进行分析，并根据分析的结果，判定目标区域中的每个特征矢量通过的级别数量；并根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定目标区域中的每个特征矢量的第一似然度值。

当然，为了提高检测时的效率，减少计算量，上述的逐级判别的方式还可以进行进一步的改进，例如，在进行物体检测时，可以先确定目标区域中的预设特征矢量的似然度值，然后根据预先配置的目标追踪的搜索尺度，以所述预设特征矢量为中心进行区域划分，并根据预先配置的似然度分布，来判别除所述预设特征矢量以外的其他特征矢量的似然度值。例如，可根据中心到边缘的似然度递减的关系，以检测出的所述预设特征矢量的似然度值为核心，来逐级递减地判定其他特征矢量的似然度值。

具体的，在通过追踪分类器进行似然度检测时，可以通过训练分类器的方法得到，例如，将检测到的物体作为正样本，在正样本周围随机取负样本，通过训练得到分类器，使用训练得到的分类器对目标区域内的特征矢量进行分类，即可得到此范围内的特征矢量是否为目标物体的概率值，此值可以作为物体追踪的似然度值。

具体的，在检测分类器和追踪分类器均分析出目标区域中的特征矢量的似然度值后，可通过加权求和的方式进行似然度值的融合计算。

请参阅图2，本申请实施方式还提供一种目标追踪方法，所述方法包括以下步骤。

S1：存储所述平台载荷获取的图像；

S2：基于所述平台载荷获取的图像，对图像中的目标进行追踪，并在追踪过程中生成方位控制信号和俯仰控制信号；同时输出方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量中的至少一种信息；

S3：根据所述方位控制信号，控制所述方位电机，以调节所述平台载荷的方位角；根据所述俯仰控制信号，控制所述俯仰电机，以调节所述平台载荷的俯仰角；

S4：获取所述平台载荷的当前方位角，并将所述当前方位角反馈至所述伺服控制模块；

S5：获取所述平台载荷的当前俯仰角，并将所述当前俯仰角反馈至所述伺服控制模块；

S6：获取所述平台载荷转动时的角度率，并将所述角速率反馈至所述伺服控制模块。

在本实施方式中，基于所述平台载荷获取的图像，对图像中的目标进行追踪包括：

确定所述平台载荷拍摄的图像中目标区域的特征矢量；

根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值；

根据预设追踪分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第二似然度值；

根据所述第一似然度值和所述第二似然度值，确定各个特征矢量的第三似然度值，并根据各个特征矢量的第三似然度值，对所述图像中的目标对象进行追踪。

在本实施方式中，根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值包括：

根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的各个特征矢量进行分析，以确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的级别数量；

根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述目标区域中的各个特征矢量对应的第一似然度值。

在本实施方式中，根据预设检测分类器，对各个特征矢量进行分析，以确定各个特征矢量的第一似然度值包括：

根据被预先赋予级别的至少一个检测分类器，对所述目标区域中的预设特征矢量进行分析，以确定所述预设特征矢量对应的级别数量；

根据预先配置的与级别数量相关联的似然度值，确定所述特征矢量的第一似然度值；

根据预先配置的区域似然度分布和所述第一似然度值，确定与所述特征矢量相邻的其余特征矢量的第一似然度值。

本申请实施方式提供的光电侦察平台及其目标追踪方法具备以下有益效果：

1)通过方位编码器和俯仰编码器，能够稳定视轴，从而获取清晰稳定的视频图像，达到激光测距和激光指示的目的；

2)通过可见光摄像机和/或红外热像仪，能够满足昼夜地面成像侦察的需要；

3)光电侦察平台同时输出平台的方位角、俯仰角、镜头焦距值、目标脱靶量等信息，用于实现对地面目标的定位。

上面对本申请的各种实施方式的描述以描述的目的提供给本领域技术人员。其不旨在是穷举的、或者不旨在将本发明限制于单个公开的实施方式。如上所述，本申请的各种替代和变化对于上述技术所属领域技术人员而言将是显而易见的。因此，虽然已经具体讨论了一些另选的实施方式，但是其它实施方式将是显而易见的，或者本领域技术人员相对容易得出。本申请旨在包括在此已经讨论过的本发明的所有替代、修改、和变化，以及落在上述申请的精神和范围内的其它实施方式。