[发明专利]基于无人机的目标跟踪方法及装置

说明书

本发明提供了一种应用于无人机的目标跟踪方法及装置，所述方法包括，利用无人机携带的摄像头采集跟踪目标的图像；初始化目标跟踪模型，实时预测跟踪目标在图像中的位置和尺度；根据跟踪目标在图像中的位置和尺度，调整摄像头云台的旋转和俯仰偏转角度，使跟踪目标保持在图像的中央；建立图像中的跟踪目标与现实环境中的跟踪目标的对应关系，以测量摄像头与跟踪目标之间的距离；通过飞控系统控制无人机自主跟踪地面的跟踪目标，以使摄像头与跟踪目标保持在预设的距离范围内。本发明的有益效果在于：能够实现对跟踪目标的精准定位追踪。

技术领域

本发明涉及目标跟踪方法及装置，尤其是指一种基于无人机的目标跟踪方法及装置。

背景技术

跟踪和检测在无人机技术应用的许多方面起着重要作用。许多导航和跟踪问题需要精确的位置估计作为控制姿态调整信号。作为目标定位使用最广泛的工具，基于GPS的方法需要目标配备GPS的设备接收定位信号。尽管有要求配备额外的设备，基于GPS方法的性能在GPS受限制的环境中往往会衰减或无法工作(例如，室内和城市地区)。

近年来，提出了许多新颖的视觉跟踪方法并取得重大进展。然而由于在实际应用场景中存在许多复杂的因素，例如目标变形，瞬时运动，光照变化，严重遮挡等，使得长时间目标跟踪仍然是一个具有挑战性的问题。运动目标的检测跟踪技术方法很多，但一般的运动目标跟踪算法不适用于无人机视频中的运动目标检测跟踪，主要有以下几方面的原因：

1)计算量大，比较耗时，不适合实时的应用。

2)算法的通用性。无人机携带的摄像机拍摄的视频中目标的分辨率比较低，背景比较复杂，给视频处理带来一定困难。当前目标跟踪算法通常基于模板匹配或帧间差分法进行一般目标跟踪，但是一个简单的短期跟踪器不能有效地处理复杂的环境，且在目标跟踪失败的情况下没有任何处理机制，容易发生跟踪漂移。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于无人机的目标跟踪方法及装置，以实现对跟踪目标的精准追踪。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种应用于无人机的目标跟踪方法，包括以下步骤，

利用无人机携带的摄像头采集跟踪目标的图像；

初始化目标跟踪模型，实时预测跟踪目标在图像中的位置和尺度；

根据跟踪目标在图像中的位置和尺度，调整摄像头云台的旋转和俯仰偏转角度，使跟踪目标保持在图像的中央；

建立图像中的跟踪目标与现实环境中的跟踪目标的对应关系，以测量摄像头与跟踪目标之间的距离；

通过飞控系统控制无人机自主跟踪地面的跟踪目标，以使摄像头与跟踪目标保持在预设的距离范围内。

进一步的，所述初始化目标跟踪模型，实时预测跟踪目标在图像中的位置和尺度包括，

从第一帧图像中，确定跟踪目标的所在的目标区域，对目标区域进行特征提取，提取的特征为形状和颜色特征；

将提取的目标区域的特征进行训练，得到目标区域的相关滤波器；

对第一帧图像后的每帧图像，裁剪每帧图像中由前一帧图像预测的候选目标区域，然后进行特征提取，将特征经cosine窗函数处理后，做快速傅里叶变换，然后与目标区域的相关滤波器相乘，将结果做逆快速傅里叶变换之后，最大响应点所在的区域即为跟踪目标所在目标区域的新位置；

通过响应图的振荡程度判断跟踪结果的置信度，若置信度高于阈值，则用新位置的目标区域训练更新得到新的相关滤波器，用于之后的位置预测；

当前帧的跟踪置信度高于阈值时，在跟踪器预测的目标位置基础上通过调整跟踪框的比例来找到响应值最大的尺度，以实现尺度自适应。