本實用新型涉及一種海面目標(biāo)自動檢測裝置，其屬于艦船航海的應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前，艦艇上實施目標(biāo)方位測量的方法是通過方位儀和方位分羅經(jīng)組合使用來實現(xiàn)的。方位儀是艦艇上電羅經(jīng)配備的必要組件，與安裝在艦橋外部左右兩側(cè)以及視野開闊的方位分羅經(jīng)組合使用，用來觀測目標(biāo)方位。使用時將方位儀底部的短軸插入分羅經(jīng)玻璃蓋的軸孔中之后，方位儀即可自由地繞羅經(jīng)度盤的中心轉(zhuǎn)動。當(dāng)目鏡物鏡構(gòu)成的瞄向線對準(zhǔn)目標(biāo)時，方位讀數(shù)即可在目鏡中讀出，舷角讀數(shù)由目鏡下方的指標(biāo)從舷角刻度圈讀取。

目前艦艇上普遍配備的是HGF―239型光學(xué)方位儀，如附圖1所示。該光學(xué)方位儀固定安裝于艦艏固萬向支架上，包括：目鏡焦距調(diào)節(jié)器，用以調(diào)節(jié)目標(biāo)的清晰度；方位刻度放大鏡調(diào)節(jié)器，用以使讀數(shù)清晰；濾光鏡調(diào)節(jié)（轉(zhuǎn)換）器，用以選用顏色合適的濾光鏡，使光線強烈的目標(biāo)輪廓清楚又不刺眼睛；反射鏡，用以觀測高仰角的目標(biāo)；水平泡，測方位時借以保持方位儀水平；概略瞄向器，用以先概略瞄向目標(biāo)再用望遠(yuǎn)鏡準(zhǔn)確觀測。使用時，使用人員站在甲板上通過肉眼觀測目鏡，調(diào)整光學(xué)方位儀對準(zhǔn)觀測目標(biāo)，通過方位刻度放大鏡讀取刻度盤上的方位讀數(shù)確定目標(biāo)方位。

還有一種使用中的數(shù)字方位儀(HSF-001),該方位儀瞄準(zhǔn)目標(biāo)時的觀測結(jié)果不是讀取刻度盤讀數(shù)，而是直接讀取顯示屏方位數(shù)字量，在瞄準(zhǔn)目標(biāo)的瞬間還可鎖定目標(biāo)方位顯示值。目標(biāo)舷角的生成：定圈與艦艇艏艉線固連，零位方向與艦艇艏艉線平行，動圈與望遠(yuǎn)鏡固連，這樣望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向目標(biāo)時，將帶動舷角發(fā)生器轉(zhuǎn)動，形成舷角α并顯示。HSF-001數(shù)字方位儀與HGF-239光學(xué)方位儀的主要區(qū)別在于，還包括了舷角發(fā)生器、計算模塊及顯示屏，測量目標(biāo)方位時，在望遠(yuǎn)鏡物鏡轉(zhuǎn)動時帶動舷角發(fā)生器，產(chǎn)生精度為0.05°的數(shù)字舷角信號給計算模塊，計算模塊將輸入的航向信號與舷角信號相加得到目標(biāo)方位信號，方位角以數(shù)字量在顯示屏顯示，以供觀測者隨時讀出目標(biāo)方位角。

傳統(tǒng)的方位儀在實際使用中具有以下三個局限性：一是需要人工在甲板上進(jìn)行操作，對使用者的觀測水平要求較高，在艦艇搖擺的情況下對正被測目標(biāo)難度較大，特別是在大雨、寒冷等惡劣條件下，人員難以在艙外對目標(biāo)方位進(jìn)行有效測量；二是對測量準(zhǔn)確性無法確定，由于目標(biāo)方位是在光學(xué)方位儀和目標(biāo)重合的瞬間讀取的數(shù)值，正確與否無法考證；三是不能滿足海軍裝備現(xiàn)代化的要求，“全封閉艦艇”、“隱形艦艇”是我海軍艦艇的發(fā)展方向，這就意味著要盡量減少艙面裝備及艙面的人員活動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對傳統(tǒng)光學(xué)方位儀存在的在艦艇搖擺的情況下操作困難，難以穩(wěn)定方位儀、難以對正被測目標(biāo)、難以進(jìn)行有效測量等問題，本實用新型提供了一種海面目標(biāo)自動檢測裝置，把舷外360度視景信息傳送到艙內(nèi)“信息處理機(jī)”，并采取數(shù)字圖像處理技術(shù)，從而實現(xiàn)艙外的全景監(jiān)視的技術(shù)方案。不僅能夠?qū)崿F(xiàn)被觀測方位目標(biāo)的實時解算，而且能夠彌補航行時雷達(dá)的近距離盲區(qū)，使駕駛?cè)藛T清晰查看近距離小目標(biāo)，為電子化測量艦艇運動要素提供物質(zhì)基礎(chǔ)，并且解決了現(xiàn)代全封閉艦艇的目標(biāo)方位測定問題，具有自主化、智能化的特點。

該方案包括：視頻采集單元、設(shè)備控制單元、信息解算單元；其中視頻采集單元由高清攝像機(jī)、云臺、視頻采集卡組成，高清攝像機(jī)架設(shè)在高精度云臺上，實現(xiàn)高清攝像機(jī)的360度旋轉(zhuǎn)，視頻采集卡一端與高清攝像機(jī)相連另一端與信息解算單元相連，實時地將高清攝像機(jī)采集的視頻圖像進(jìn)行解碼，將觀測目標(biāo)信號送給信息解算單元；設(shè)備控制單元由云臺控制模塊和轉(zhuǎn)角解算模塊組成，與云臺和信息解算單元相連接，一方面接收信息解算單元來的旋轉(zhuǎn)指令，控制云臺的旋轉(zhuǎn)，另一方面則將云臺旋轉(zhuǎn)的角度實現(xiàn)數(shù)字化，并傳輸給信息解算單元；信息解算單元包括航向解算模塊、視頻顯示模塊、嵌入式系統(tǒng)、鍵盤輸入模塊、數(shù)字顯示模塊和電源模塊，與視頻采集卡、設(shè)備控制單元相連接，同時還與艦船電羅經(jīng)相連，根據(jù)從所述視頻采集單元接收的觀測目標(biāo)信號和從所述設(shè)備控制單元接收的云臺轉(zhuǎn)角信號，結(jié)合從艦船電羅經(jīng)接收的航向信號，解算出被觀測目標(biāo)的方位信號，并送給顯示器顯示。

所述的海面目標(biāo)自動檢測裝置的使用方法：高清攝像機(jī)實現(xiàn)對艦艇舷外觀測目標(biāo)的搜索，一旦鎖定觀測目標(biāo)，則云臺轉(zhuǎn)過的角度就是目標(biāo)的舷角；將舷角數(shù)字化之后送給電子方位儀的方位解算中心；艦船上的電羅經(jīng)實時給出當(dāng)前的航向信息，其中一路航向信息經(jīng)過數(shù)字化之后送給電子方位儀的方位解算中心；電子解算中心根據(jù)目標(biāo)舷角信息和當(dāng)前航向信息，依據(jù)則真航向、真方位和舷角之間的關(guān)系就能夠?qū)崟r的計算出觀測目標(biāo)的實時方位信息。

采用上述技術(shù)方案的指導(dǎo)思想是：充分利用光電成像技術(shù)和步進(jìn)電機(jī)角位移測量技術(shù)，將海上目標(biāo)影響信息顯示在駕駛室屏幕上，實現(xiàn)目標(biāo)方位的實時解算，并通過攝像頭的焦距變化，清晰顯示能見度范圍以內(nèi)的小目標(biāo)影響，為駕駛員提供準(zhǔn)確可查的目標(biāo)信息。

針對艦艇平臺在海面上不斷搖擺，造成攝像頭拍攝時難以穩(wěn)定瞄準(zhǔn)目標(biāo)的問題，本實用新型還進(jìn)一步對上述方案進(jìn)行了改善，即所述信息解算單元還包括船舶姿態(tài)監(jiān)測模塊和視窗鏡像穩(wěn)定模塊，船舶姿態(tài)監(jiān)測模塊實時檢測船舶的橫搖角和縱搖角發(fā)送給視窗鏡像穩(wěn)定模塊，視窗鏡像穩(wěn)定模塊根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換模型，將橫搖角和縱搖角信號分別轉(zhuǎn)換為兩路電壓信號，并將這兩路電壓信號發(fā)送給云臺的控制單元，使攝像頭進(jìn)行船舶橫搖角和縱搖角的反向轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到攝像頭視窗鏡像的穩(wěn)定。

本實用新型的有益效果是：通過綜合運用數(shù)字圖像處理技術(shù)、數(shù)字視頻處理技術(shù)、航向模擬信號數(shù)字化技術(shù)和步進(jìn)電機(jī)角位移測量技術(shù)研發(fā)的“電子方位儀”，有效解決了傳統(tǒng)光學(xué)方位儀存在的對使用者的觀測水平要求較高、測量準(zhǔn)確性無法確定、不能滿足海軍裝備現(xiàn)代化的要求等固有問題，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)方位的高精度測量，而且能夠有效彌補航行時雷達(dá)的近距離盲區(qū)，實現(xiàn)艙外的全景監(jiān)視較好地提高了裝備使用性能。通過對“電子方位儀”的實際使用，該設(shè)備能夠在不同海況條件下和天氣條件下，都能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確的測量出被觀測目標(biāo)的方位信息，測量范圍在能見度良好的情況下可以達(dá)到5海里以上，目標(biāo)的實時測量精度可以達(dá)到1/6度。

附圖說明

圖1 目前艦艇上普遍配備的HGF―239型光學(xué)方位儀；

圖2 海面目標(biāo)自動檢測裝置的組成示意圖；

圖3 海面目標(biāo)自動檢測裝置各部分連接關(guān)系示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型創(chuàng)新的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。

實施例1：

一種海面目標(biāo)自動檢測裝置，包括視頻采集單元、設(shè)備控制單元、信息解算單元；其中視頻采集單元由高清攝像機(jī)、云臺、視頻采集卡組成，高清攝像機(jī)架設(shè)在高精度云臺上，實現(xiàn)高清攝像機(jī)的360度旋轉(zhuǎn)，視頻采集卡一端與高清攝像機(jī)相連另一端與信息解算單元相連，實時地將高清攝像機(jī)采集的視頻圖像進(jìn)行解碼，將觀測目標(biāo)信號送給信息解算單元；設(shè)備控制單元由云臺控制模塊和轉(zhuǎn)角解算模塊組成，與云臺和信息解算單元相連接，一方面接收信息解算單元來的旋轉(zhuǎn)指令，控制云臺的旋轉(zhuǎn)，另一方面則將云臺旋轉(zhuǎn)的角度實現(xiàn)數(shù)字化，并傳輸給信息解算單元；信息解算單元包括航向解算模塊、視頻顯示模塊、嵌入式系統(tǒng)、鍵盤輸入模塊、數(shù)字顯示模塊和電源模塊，與視頻采集卡、設(shè)備控制單元相連接，同時還與艦船電羅經(jīng)相連，根據(jù)從所述視頻采集單元接收的觀測目標(biāo)信號和從所述設(shè)備控制單元接收的云臺轉(zhuǎn)角信號，結(jié)合從艦船電羅經(jīng)接收的航向信號，解算出被觀測目標(biāo)的方位信號，并送給顯示器顯示，其特征在于，所述信息解算單元還包括船舶姿態(tài)監(jiān)測模塊和視窗鏡像穩(wěn)定模塊，船舶姿態(tài)監(jiān)測模塊實時檢測船舶的橫搖角和縱搖角發(fā)送給視窗鏡像穩(wěn)定模塊，視窗鏡像穩(wěn)定模塊根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換模型，將橫搖角和縱搖角信號分別轉(zhuǎn)換為兩路電壓信號，并將這兩路電壓信號發(fā)送給云臺的控制單元，使攝像頭進(jìn)行船舶橫搖角和縱搖角的反向轉(zhuǎn)動，從而達(dá)到攝像頭視窗鏡像的穩(wěn)定。

安裝時，云臺中心軸線要與艦船中心線平行，安裝在艦橋上方的甲板上視野開闊的地方。設(shè)備控制單元和信息解算單元安裝在駕駛室內(nèi)部便于安裝的地方。按要求連接電纜后，就可以正常使用。

使用時操作人員通過設(shè)備控制單元的鍵盤輸入模塊調(diào)整攝像機(jī)的焦距和云臺的方位、俯仰角，將被觀測目標(biāo)清晰地顯示在信息處理中心的液晶屏幕上，此時信息解算單元可以實時解算出目標(biāo)方位，同時顯示當(dāng)前的日期、時間、經(jīng)度、緯度、艦船航向、航速等信息。

為了更好的瞄準(zhǔn)目標(biāo)，可以在視頻顯示模塊的液晶顯示屏上設(shè)置一個以其中心為交叉點的“十”字形瞄準(zhǔn)線，用于控制攝像頭瞄準(zhǔn)目標(biāo)。

實施例2：

在實施例1的基礎(chǔ)上，在所述信息解算單元中增加目標(biāo)自動檢測模塊，對接收的視頻信號進(jìn)行自動檢測，自動識別目標(biāo)，并將目標(biāo)進(jìn)行高亮顯示。

自動監(jiān)測模塊實現(xiàn)目標(biāo)自動檢測的方法包括以下步驟：

（1）首先利用海天線檢測算法，實現(xiàn)海天劃分。海天線為連續(xù)的近似直線，準(zhǔn)確地檢測出海天線，可以濾除天空部分，例如云彩等對后續(xù)工作的影響，從而降低后續(xù)算法的難度，另一方面也可以提升系統(tǒng)的處理速度。目前，可以利用Hough變換等成熟算法為基礎(chǔ)，達(dá)到海天線檢測的目的。

（2）利用背景建模技術(shù)，建立海面背景模型。海面背景具有其特殊性，一般情況下，遠(yuǎn)處目標(biāo)的亮度與背景的亮度近似。一方面，海面圖像中像素亮度動態(tài)變化范圍非常大，給背景建模技術(shù)帶來重大挑戰(zhàn)。另一方面，海上環(huán)境情況具有其特殊性，即背景模式的可估計性比較好，目前有混合高斯模型、CODE BOOK、VIBE等用于動態(tài)背景建模的成熟技術(shù)，結(jié)合海面環(huán)境，研究這些模型可以有效地描述動態(tài)變化的海面環(huán)境。

（3）基于背景模型的海上目標(biāo)檢測。利用背景模型，可以有效地檢測出非背景運動信息，但通常情況下，目標(biāo)前景像素比較分散，并包含大量的散點噪聲，為后續(xù)目標(biāo)跟蹤的穩(wěn)定性和速度帶來困難。通常情況下，通過背景模型檢測得到的目標(biāo)前景像素值比較集中，且附近像素點的前景概率值也較高，而噪聲像素通常比較稀疏，因此可以利用隨機(jī)場建模等信息分析技術(shù)有效地增強目標(biāo)信息，抑制背景信息，從而達(dá)到有效檢測出目標(biāo)的目的。

（4）最后進(jìn)行目標(biāo)驗證，完成目標(biāo)鎖定。

實施例3：

由于目標(biāo)檢測裝置有時需要人工搜索，有時需要無人值守情況下工作，為了滿足不同工作狀態(tài)的需要，可以在海面目標(biāo)自動檢測裝置上設(shè)置手動和自動兩個檔位，裝置處于手動檔位時，由控制者根據(jù)需要對攝像頭的方位、俯仰、焦距進(jìn)行手動精確控制，人工進(jìn)行對目標(biāo)的識別；裝置處于自動檔位時，攝像頭自動在艦船航向（-90°~+90°）180°范圍內(nèi)巡回搜索，由目標(biāo)自動檢測模塊進(jìn)行目標(biāo)自動識別，發(fā)現(xiàn)小目標(biāo)時自動鎖定，并通過聲光報警提示使用者。