一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，屬于無人機偵察技術領域。
【背景技術】
[0002]無人機載光電穩(wěn)定平臺為光電載荷提供機械穩(wěn)定功能的同時，必須實現(xiàn)小視場角下對地面觀測區(qū)域的長時間精確觀瞄。為了快速發(fā)現(xiàn)可疑運動目標，觀測人員還需要辨識圖像中的運動目標。
[0003]為達到對預設觀瞄區(qū)域的高分辨率觀瞄，目前是在大視場下手動將平臺光軸鎖定到觀瞄區(qū)域，然后將攝像設備調整到小視場，手動加矩改變光軸角度，進行觀瞄。現(xiàn)有的加矩指令一般均由電腦等控制界面通過通訊單元給出，操作性不好。在小視場下，平臺的抖動效果得到放大，操作人員需要不斷地調節(jié)攝像穩(wěn)定平臺的角度，保持光軸處于比較小的觀瞄區(qū)域，極大地增加了操作人員的操作難度，并且不利于圖像的穩(wěn)定。需要采取措施提高加矩的準確度。目前的解決辦法一般都是手動調節(jié)或者利用控制單元對光電穩(wěn)定平臺增加掃瞄功能，但是掃瞄只是相對平臺自身坐標系，并不能判斷平臺當前姿態(tài)所攝取圖像是否超越觀測區(qū)域，小視場角下的掃瞄功能并不適用。
[0004]無人機載光電穩(wěn)定平臺的主要用途就是對地面觀測區(qū)域的精確觀察，并能夠快速發(fā)現(xiàn)識別可疑運動目標，而人眼在視頻抖動的情況下，難以對圖像中的運動目標作出快速反應，而且由抖動帶來的視覺疲勞大大降低了偵察效率。

【發(fā)明內容】

[0005]本發(fā)明解決的技術問題是:克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，通過光電載荷在大小視場下的圖像配準關系進行自動掃瞄的路徑規(guī)劃和自動掃瞄控制，完成對預設觀測區(qū)域圖像的自動遍歷掃瞄；在自動掃瞄時，對相鄰圖像序列進行圖像匹配，通過匹配關系做運動補償，并做幀間差分運算，檢測出動目標，實現(xiàn)了圖像中運動目標的實時自動識別，提高了偵察準確性和效率。
[0006]本發(fā)明的技術解決方案是:
[0007]一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，其特征在于包括:夕卜部通訊單元、圖像信號處理單元、平臺控制單元、平臺穩(wěn)定框架、光電載荷。
[0008]外部通訊單元將接收到的外部發(fā)送的自動掃瞄指令轉發(fā)至圖像信號處理單元。
[0009]圖像信號處理單元根據(jù)外部通訊單元的自動掃瞄指令，向平臺控制單元發(fā)送平臺轉動指令，用于控制平臺穩(wěn)定框架的轉動；同時圖像信號處理單元向光電載荷發(fā)送圖像采集指令，光電載荷根據(jù)圖像采集指令在光電載荷的最大視場下采集圖像頂G_BASE，并發(fā)送至圖像信號處理單元進行緩存；圖像信號處理單元緩存完畢后，確定圖像MG_BASE中的自動掃瞄路徑，并向平臺控制單元發(fā)送平臺穩(wěn)定框架轉動指令，平臺控制單元根據(jù)平臺穩(wěn)定框架轉動指令控制平臺穩(wěn)定框架轉動到自動掃瞄的起始位置后，開始沿自動掃描路徑轉動，同時圖像信號處理單元向光電載荷發(fā)送視場調整指令，光電載荷將視場調整為光電載荷的最小視場，隨著平臺穩(wěn)定框架的轉動進行實時采集圖像IMG_N ;光電載荷將實時采集到的圖像MG_N發(fā)送至圖像信號處理單元；圖像信號處理單元將實時接收到圖像頂G_N與圖像MG_BASE進行匹配，計算當前圖像MG_N的中心偏離圖像MG_BASE中掃瞄路徑采樣點處的像素偏移量，并將該偏移量發(fā)送給平臺控制單元，平臺控制單元控制平臺穩(wěn)定框架進行轉動，對該偏移量進行補償，從而實現(xiàn)小視場下的自動擺掃觀瞄。
[0010]所述圖像信號處理單元提取光電載荷實時采集到的當前幀IMG_N和前一幀圖像IMG_N-間的局部特征向量，并將兩幀圖像中提取的局部特征向量對進行匹配；所述圖像信號處理單元，根據(jù)匹配的結果，對相鄰圖像間做運動補償，并對補償前后的圖像做差分運算；所述圖像信號處理單元，對差分運算后的圖像做運動區(qū)域檢測，并利用檢測出的結果對動目標做出標識；所述圖像信號處理單元，通過外部通訊單元將檢測出的動目標信息，發(fā)送至用戶端供其判讀。
[0011]所述平臺穩(wěn)定框架自動掃瞄路徑如下:
[0012](I)根據(jù)光電載荷的最大和最小視場的倍數(shù)關系，將圖像IMG_BASE分為若干區(qū)域，確定圖像IMG_BASE中的自動掃瞄路徑，所述的自動掃描路徑能夠遍歷掃描所有IMG_BASE分為的若干區(qū)域；
[0013](2)自動掃瞄的起始位置為圖像IMG_BASE的自動掃瞄路徑中的任意位置；
[0014](3)光電載荷從掃瞄的起始位置開始，沿預定的軌跡掃瞄可以遍歷圖像IMG_BASE中的所有區(qū)域，并能實時的完成循環(huán)往復掃瞄。
[0015]所述平臺穩(wěn)定框架自動目標檢測的特征如下:
[0016](I)平臺穩(wěn)定框架根據(jù)擺掃路徑做自動掃瞄的同時，做動目標的自動實時檢測；
[0017](2)動目標自動檢測的結果可以是多個動目標。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比的優(yōu)點在于:
[0019](I)本發(fā)明對地面?zhèn)刹靺^(qū)域的精確自動觀瞄，在小視場下，操作人員不需要手動調節(jié)攝像穩(wěn)定平臺的角度以保持光電載荷的光軸處于比較小的觀瞄區(qū)域，極大地降低了操作人員的操作難度，并且有利于圖像的穩(wěn)定性和準確性；
[0020](2)本發(fā)明通過大小視場的圖像匹配關系，能夠按照光電載荷在大視場圖像中規(guī)劃的掃瞄路徑進行小視場下的自動擺掃，保證了精確掃瞄和圖像采集的準確性；
[0021](3)本發(fā)明中光電載荷在小視場下沿預設的掃瞄路徑自動擺掃，能完成長時間的實時循環(huán)往復掃瞄，對預偵察區(qū)域具有遍歷性；
[0022](4)本發(fā)明中自動擺掃時通過對采集圖像的幀間匹配，可以快速準確的檢測出動目標在圖像中的位置，并通過外部通訊單元向用戶端發(fā)送警報，以便人工確認，解決了人力的長時間疲勞觀測，提高了偵察效率；
[0023](5)本發(fā)明能根據(jù)用戶需求，拓展應用于地面?zhèn)刹?、?zhàn)場監(jiān)控、防暴反恐等領域。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明原理框圖；
[0025]圖2為本發(fā)明自動擺掃示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明動目標檢測的圖像幀差運算示意圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發(fā)明的工作原理和工作過程作進一步解釋。
[0028]如圖1所示，一種基于圖像匹配的無人機載光電穩(wěn)定平臺自動偵察系統(tǒng)，包括外部通訊單元1、圖像信號處理單元2、平臺控制單元3、平臺穩(wěn)定框架4、光電載荷5。
[0029]外部通訊單元1，主要做系統(tǒng)與用戶端的雙向數(shù)據(jù)通訊，通訊內容包括指令和圖像信息；外部通訊單元I將接收到的外部發(fā)送的自動掃瞄指令轉發(fā)至圖像信號處理單元2。
[0030]圖像信號處理單元2，主要做光電載荷的圖像信號采集和算法處理，包括圖像匹配運算、掃描路徑規(guī)劃:根據(jù)外部通訊單元I的自動掃瞄指令，圖像信號處理單元2，向平臺控制單元3發(fā)送平臺轉動指令，用于控制平臺穩(wěn)定框架4的轉動(本發(fā)明中，平臺控制單元主要利用圖像信號處理單元給出的圖像偏離當前軌跡路徑的偏移量，來對平臺穩(wěn)定框架做轉動控制。平臺控制單元也可以利用在用戶端輸入的手動加矩指令對穩(wěn)定框架進行轉動控制)；同時圖像信號處理單元2向光電載荷5發(fā)送圖像采集指令，光電載荷5根據(jù)圖像采集指令在光電載荷5的最大視場下采集圖像MG_BASE，并發(fā)送至圖像信號處理單元2進行緩存；圖像信號處理單元2緩存完畢后，確定圖像MG_BASE中的自動掃瞄路徑，并向平臺控制單元3發(fā)送平臺穩(wěn)定框架轉動指令，平臺控制單元3根據(jù)平臺穩(wěn)定框架轉動指令控制平臺穩(wěn)定框架轉動到自動掃瞄的起始位置后，開始沿自動掃描路徑轉動，同時圖像信號處理單元2向光電載荷5發(fā)送視場調整指令，光電載荷5將視場調整為光電載荷的最小視場，隨著平臺穩(wěn)定框架的轉動進行實時采集圖像IMG_N ;光電載荷5將實時采集到的圖像IMG_N發(fā)送至圖像信號處理單元2 ;圖像信號處理單元2將實時接收到圖像MG_N與圖像MG_BASE進行匹配，計算當前圖像MG_N的中心偏離圖像MG_BASE中掃瞄路徑采樣點處的像素偏移量，并將該偏移量發(fā)送給平臺控制單元3，平臺控制單元3控制平臺穩(wěn)定框架4進行轉動，對該偏移量進行補償，從而實現(xiàn)小視場下的自動擺掃觀瞄。
[0031]平臺穩(wěn)定框架為基于陀螺穩(wěn)定控制的二軸或多軸框架。光電載荷固定安裝在平臺穩(wěn)定框架上，隨著框架的轉動而轉動，調節(jié)光電載荷攝像設備的視場角度的大小使得其分別在大視場和小視場兩種模式下工作，光電載荷的圖像采集過程是按照自身的工作特點實時進行，如每秒25HZ的頻率采集圖像傳送至圖像信號處理單元。
[0032]如圖3所示，本發(fā)明中圖像信號處理單元2還能完成動目標檢測運算:圖像信號處理單元2，提取光電載荷實時采集到的當前幀MG_N和前一幀圖像MG_N-1間的局部特征向量，并將兩幀圖像中提取的局部特征向量對進行匹配；所述圖像信號處理單元2，根據(jù)匹配的結果，對相鄰圖像間做運動補償，并對補償前后的圖像做差分運算；所述圖像信號處理單元2，對差分運算后的圖像做運動區(qū)域檢測，并利用檢測出的結果對動目標做出標識；所述圖像信號處理單元2，通過外部通訊單元I將檢測出的動目標信息，發(fā)送至用戶端供其判讀。
[0033]自動掃瞄路徑的確定方式如下:
[0034](I)根據(jù)光電載荷的最大和最小視場的倍數(shù)關系，將圖像IMG_BASE分為若干區(qū)域，確定圖像IMG_BASE中的自動掃瞄路徑，所述的自動掃描路徑能夠遍歷掃描所有IMG_BASE分為的若干區(qū)域；
[0035](2)自動掃瞄的起始位置為圖像IMG_BASE的自動掃瞄路徑中的任意位置；
[0036](3)光電載荷從掃瞄的起始位置開始，沿預定的軌跡掃瞄可以遍歷圖像MG_BASE中的所有區(qū)域，并能實時的完成循環(huán)往復掃瞄。
[0037]平臺穩(wěn)定框架(4)自動目標檢測的特征如下:
[0038](I)平臺穩(wěn)定框架(4)根據(jù)擺掃路徑做自動掃瞄的同時，做動目標的自動實時檢測；
[0039](2)動目標自動檢測的結果可以是多個動目標。
[0040]下面以一個具體實施例對本發(fā)明做進一步解釋和說明:
[0041]無人機載光電穩(wěn)定平臺為光電載荷提供機械穩(wěn)定功能的同時，必須實現(xiàn)小視場角下對地面觀測區(qū)域的長時間精確觀瞄。在本發(fā)明的