[发明专利]目标跟踪方法

说明书

本发明公开了一种目标跟踪方法。该方法包括以下步骤：获取目标的高精度三维空间坐标；利用高精度定位定姿系统实时获取载荷的高精度三维空间坐标及姿态；根据载荷的移动速度以及高精度定位定姿系统中的GNSS天线与相机之间的几何位置关系，计算相机投影中心三维空间坐标；根据相机投影中心三维空间坐标及目标三维空间坐标计算目标的目标方位角及目标姿态角；根据目标方位角及目标姿态角计算相机的预测姿态；调整相机的姿态到预测姿态；在曝光位置对目标进行拍照。其提前调整好相机的预测姿态，保证相机在曝光过程中保持姿态稳定，拍摄图像清晰。且相机的方位角与姿态角与目标相对应，保证目标在相机所拍摄图像的中间位置。

技术领域

本发明涉及导航定位及目标跟踪技术领域，尤其涉及一种目标跟踪方法。

背景技术

目标跟踪是一项融合图像处理、模式识别、人工智能、自动控制、传感器及导航定位等多种不同领域先进成果综合性应用技术，是军事、民用领域一项广泛应用的技术。

现阶段对目标物的跟踪主要是基于视觉的目标识别与跟踪和基于GNSS(GlobalNavigation Satellite System，全球卫星导航系统)的跟踪两种手段。

通常基于视觉的目标跟踪是指对图像序列中的运动目标或是特征单一的物体进行检测、识别和跟踪，通过获取目标的位置、速度等参数或是目标的形状和颜色等特征，然后对其进一步处理，实现对运动目标物的准确跟踪。哈尔滨工业大学的姜运宇等人采用视觉传感器(相机)采集运动物体目标的图像信息，对地面目标跟踪问题进行了研究。南京航空航天大学的朱玮等人首先利用图像匹配的方法对目标进行识别，然后结合Camshift和粒子滤波这两种跟踪算法各自存在的优缺点，提出了一种结合两者优点的跟踪算法。跟踪过程中，首先确定跟踪窗口的初始位置和大小，然后对目标物体的颜色特征，边缘特征和SIFT特征进行融合，以Camshift来优化粒子的传播，从而完成了目标在相似颜色干扰和被遮挡的情况下都能对某一类物体进行很好的跟踪。而浙江大学的张志飞等人则利用视觉定位与地面已知移动目标自动识别跟踪系统进行了全面的设计，研究和开发。与以往不同的是，他的研究增强了目标识别算法在恶劣气象条件下的自适应性，如出现雾霾，阴天等天气。中国科学院的金炫等人就复杂场景下的目标跟踪监测提出了一种基于生物视觉的思路来进行跟踪。利用颜色显著图，方向显著图，灰度显著图建立了静态显著图，利用运动信息和视频帧间的连续性建立了运动显著图，并且通过超频傅立叶变换对显著图进行集成，形成目标在运动过程中的一个分布权重图用以反映目标出现在各个位置的概率，最后通过视觉暂留模型和重新检测模型建立了一个基于生物视觉的跟踪模型。该方法可以有效的对不同目标进行自动检测跟踪。

基于GNSS的跟踪技术方面，东北林业大学的刘治彬等人以GNSS定位技术为基础，结合计算机技术、通信技术、伺服控制技术、单片机技术等，研究设计了一套能够对移动目标实现自动跟踪的控制系统。利用GNSS接收机实时捕获移动载体的位置信息，并将此信息通过数传电台发出，地面站通过数传电台将数据接收，数据从数传电台由串口传送给单片机，在单片机内，接收数据与基站数据进行比较，产生差值，通过复杂的计算与判断，由单片机的串口输出控制信息，经过转换，由RS一485到达伺服机构入口；在云台内，数据再经解码、功放等一系列过程,转换成可驱动步进电机工作的电压信号，使云台进行水平、垂直旋转，驱动跟踪天线实现跟踪。电子科技大学的安然等人提出了一种基于GNSS的飞行目标跟踪系统。该系统在移动载体上安放GNSS接收装置，利用GNSS接收装置实时捕获移动物体的位置信息，通过数传电台的远程数据传送，到达地面接收站并送往单片机；在单片机内，送来的数据与基站数据进行比较，产生差值，根据差值的大小，产生不同的驱动信号，送给云台以调节方位和转速，并带动跟踪天线实施对移动目标的跟踪。而大连海事大学的何虎等人采用GNSS定位，罗盘、滑动变阻器反馈和步进电机控制等数字化引导方式，利用嵌入式系统设计的思想实现了天线自动跟踪系统，具有更强的稳定性和可靠性。

上述方法基本都能对目标物进行不同程度的识别与自动跟踪，但存在可靠性较低、静态目标跟踪效果不佳、难以保证窄视场下目标在所拍摄图片的中心位置等问题。