無人機(jī)目標(biāo)跟蹤方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種無人機(jī)目標(biāo)跟蹤方法，屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用無人機(jī)可以獲得地面的重要信息，如圖像，包括靜止圖片和視頻，從中獲得及 時(shí)準(zhǔn)確的戰(zhàn)場(chǎng)信息和精確的定位信息，以捕捉戰(zhàn)略打擊目標(biāo)，完成打擊效果評(píng)估等任務(wù)。
[0003] 空中對(duì)地觀察過程中，地面或水面的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(如火車、汽車、艦艇等)包含著重要 軍事價(jià)值，是偵察重點(diǎn)，常常需要在飛行過程中對(duì)其持續(xù)關(guān)注。由于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與無人機(jī)同樣 處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，時(shí)常會(huì)因目標(biāo)運(yùn)動(dòng)超出無人機(jī)圖像視野而難于持續(xù)捕獲。因而空中對(duì)地觀 測(cè)跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的關(guān)鍵是如何能夠盡快準(zhǔn)確檢測(cè)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，以調(diào)整攝像頭云臺(tái)及飛行參 數(shù)，實(shí)現(xiàn)持續(xù)跟蹤，以待對(duì)目標(biāo)做出進(jìn)一步分析與反應(yīng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種無人機(jī)目標(biāo)跟 蹤方法，其能夠持續(xù)地跟蹤目標(biāo)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)所述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種無人機(jī)目標(biāo)跟蹤方法，一種無人機(jī)目標(biāo)跟 蹤方法，其特征在于，包括：
[0006] S01:利用無人機(jī)載攝像機(jī)連續(xù)拍攝至少二幅地面圖像，并在每幅圖像中標(biāo)注無人 機(jī)的地面坐標(biāo)、航向角及獲取地面圖像時(shí)的時(shí)刻；
[0007] S02:將每幅地面圖像進(jìn)行坐標(biāo)以使它們處于同一圖像坐標(biāo)系中；
[0008] S03:對(duì)二幅地面圖像進(jìn)行濾波，而后從濾波后的地面圖像中取出包括目標(biāo)圖像的 前景圖像，從前景圖像中提取特征點(diǎn)，提取前一幅前景圖像中的每一區(qū)域特征點(diǎn)并與被跟 蹤目標(biāo)的模板的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配，利用匹配成功的區(qū)域更新被跟蹤目標(biāo)的模板，利用更新 后的被跟蹤目標(biāo)的模板的特征點(diǎn)與當(dāng)前幅前景圖像中的每一區(qū)域的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配；
[0009] S04:根據(jù)匹配成功的兩幅前景圖像中的區(qū)域的特征點(diǎn)的位置關(guān)系確定被跟蹤目 標(biāo)的速度和運(yùn)行方向；
[0010] S05:根據(jù)被跟蹤目標(biāo)的速度和運(yùn)行方向調(diào)整無人機(jī)的航速和航向，從而跟蹤目 標(biāo)。
[0011] 優(yōu)選地，利用仿射變換將每幅圖像變換到同一圖像坐標(biāo)系中。
[0012] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，利用本發(fā)明提供的方法計(jì)算速度快，跟蹤目標(biāo)的速度快。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明提供的無人飛機(jī)外形結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖2是無人機(jī)載控制系統(tǒng)的組成框圖；
[0015] 圖3是地面服務(wù)站的組成框圖；
[0016] 圖4本發(fā)明提供跟蹤目標(biāo)跟蹤流程圖；
[0017]圖5是目標(biāo)2D軌跡示意圖；
[0018]圖6是坐標(biāo)關(guān)系統(tǒng)不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 本發(fā)明提供的無人機(jī)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)包括無人機(jī)載控制系統(tǒng)及地面服務(wù)器，無人機(jī) 載控制系統(tǒng)用于獲取地面圖像、飛行參數(shù)并將所述地面圖像、飛行參數(shù)等發(fā)送給地面服務(wù) 器，還接收地面服務(wù)器的指令，并根據(jù)在指令進(jìn)行飛行。地面服務(wù)器用于接受無人機(jī)載控制 系統(tǒng)的傳送來的信息，對(duì)接收的信息進(jìn)行處理，并根據(jù)處理結(jié)果給無機(jī)載控制系統(tǒng)發(fā)送控 制指令以跟蹤地面目標(biāo)。
[0020] 下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。
[0021] 圖1是本發(fā)明提供的無人飛機(jī)外形結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明無人飛機(jī)包括 機(jī)架132,機(jī)架32中設(shè)置有主涵道143,所述主涵道143內(nèi)設(shè)置有支架134,支架134上設(shè)置有 主槳葉133。所述機(jī)架132兩側(cè)分別設(shè)置有固定翼135和固定翼136,飛行時(shí)，兩側(cè)的固定翼產(chǎn) 生氣動(dòng)升力，降低主體涵道內(nèi)的燃油發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油率。機(jī)架132兩側(cè)的固定翼中分別設(shè)置有 小涵道143和小涵道142,小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉（圖中未示）。機(jī)架的前面和后面設(shè)置 有前緣138和后翼137,前緣138和后翼137中分別設(shè)置有小涵道141和小涵道144,前緣和后 翼137的小涵道內(nèi)分別設(shè)置有小槳葉（圖中未示）。后翼上設(shè)置尾翼129和尾翼140,尾翼129 和尾翼140呈V型，用以增加飛行穩(wěn)定性。主槳葉由燃油發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。小槳葉電動(dòng)機(jī)提供 動(dòng)力，電動(dòng)機(jī)由電池提供能源。電池為可充電電池。在涵道槳葉面設(shè)置反扭力導(dǎo)流片，用以 平衡涵道槳葉或風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩。同時(shí)在涵道槳葉或風(fēng)扇下面設(shè)置推力導(dǎo)流 片，產(chǎn)生前行推力。
[0022] 機(jī)架、前緣、后翼和尾翼采用鋁合金骨架，外鋪碳纖維復(fù)合材料，在保證強(qiáng)度的同 時(shí)減輕機(jī)身重量。支架為碳纖維桿用于支撐燃油發(fā)動(dòng)機(jī)，作為涵道無人機(jī)的主動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī) 的油箱安置在主體涵道的外圍周邊。四個(gè)小涵道內(nèi)的電機(jī)采復(fù)合材料螺旋槳。
[0023]圖2是無人機(jī)載控制系統(tǒng)的組成框圖，如圖2所示，無人機(jī)載控制系統(tǒng)包括:三軸加 速度傳感器1、A/D轉(zhuǎn)換器2、陀螺儀3、A/D轉(zhuǎn)換器4、磁性傳感器5、A/D轉(zhuǎn)換器件、氣壓高度計(jì) 7、A/D轉(zhuǎn)換器8、攝像機(jī)9、編碼器10、導(dǎo)航授時(shí)系統(tǒng)11、存儲(chǔ)器13、數(shù)據(jù)處理器12、飛行控制器 和存儲(chǔ)器17,其中，加速度傳感器1用于測(cè)量無人機(jī)的三個(gè)相互垂直的軸的加速度，并將加 速度信息轉(zhuǎn)換為電信息;A/D轉(zhuǎn)換器2,將加速度傳感器1提供的電信息進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而后提 供給數(shù)據(jù)處理器。陀螺儀3用于測(cè)量無人機(jī)的滾角、府仰角和偏航角，并將角度信息轉(zhuǎn)換為 電信息，A/D轉(zhuǎn)換器4將陀螺儀3提供的電信息進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換而后提供給數(shù)據(jù)處理器。氣壓高 度計(jì)7用于獲取無人機(jī)的飛行高度，A/D轉(zhuǎn)換器8用于將無人機(jī)的高度信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息 并提供給數(shù)據(jù)處理器。攝像機(jī)9用于連續(xù)地拍攝地面的圖像，并將圖像信息提供給編碼器， 所述視頻編碼器用于將攝像機(jī)提供的圖像信息進(jìn)行編碼，而后提供的數(shù)據(jù)處理器。導(dǎo)航授 時(shí)系統(tǒng)11用于獲取無人機(jī)的位置信息，并將位置信息及時(shí)間信息提供給數(shù)據(jù)處理器。數(shù)據(jù) 處理器將上述部件測(cè)量的信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中，數(shù)據(jù)處理器將所獲取的信息存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器 13中。無人機(jī)載控制系統(tǒng)還包括通信模塊14和天線18,其中，數(shù)據(jù)處理器12將所獲取的信息 打包成數(shù)據(jù)幀而后發(fā)送給通信模塊14,通信模塊14將所述數(shù)據(jù)幀調(diào)制到射頻上，而后通過 天線發(fā)送給地面服務(wù)器，通信模塊和天線也接收地面服務(wù)器發(fā)送的飛行指令數(shù)據(jù)幀以提供 給數(shù)據(jù)處理器。。
[0024] 無人機(jī)目標(biāo)跟蹤系統(tǒng)還包括飛行控制器15和存儲(chǔ)器17,數(shù)據(jù)處理器解包飛行指令 數(shù)據(jù)幀取出飛行指令而后傳送給飛行控制器15,飛行控制器將飛行指令暫時(shí)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器 17，并根據(jù)飛行指令驅(qū)動(dòng)無人機(jī)伺服機(jī)構(gòu)19進(jìn)行飛行以跟蹤地面目標(biāo)。
[0025] 磁傳感器5用于測(cè)量無人機(jī)的磁航向，A/D轉(zhuǎn)換器6將磁航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息 而后提供給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器12根據(jù)數(shù)字磁航向校正陀螺儀，同時(shí)利用陀螺儀的穩(wěn) 定性減小磁性傳感器的飛行。飛行控制器根據(jù)數(shù)據(jù)處理器提供的信息對(duì)無人機(jī)進(jìn)行飛行控 制。
[0026] 本發(fā)明中，攝像機(jī)通過萬向節(jié)固定于無人機(jī)平臺(tái)上，使攝像機(jī)的攝影軸無人機(jī)的 機(jī)體坐標(biāo)系的0bZb重合，使攝像機(jī)的像平面的 0pXp軸與無人機(jī)的機(jī)體坐標(biāo)系的0bXb平行，攝 像機(jī)的像平面的0Py P軸與無人機(jī)的機(jī)體坐標(biāo)系的Obyb平行，可以通過測(cè)量無人機(jī)的姿態(tài)角 而推算出攝影軸的姿態(tài)角。
[0027]圖3是地面服務(wù)器的組成框圖，如圖3所示，本發(fā)明提供的地面服務(wù)器包括處理器 20、輸入/輸出接口、網(wǎng)絡(luò)適配器23、通信模塊23、收發(fā)天線24和存儲(chǔ)器25,其中，收發(fā)天線24 用于將空間電磁波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，并提供給通信模塊23,通信模塊23將無人機(jī)載控制 系統(tǒng)發(fā)送來的信號(hào)提供給處理器20,處理器20對(duì)無人機(jī)載控制系統(tǒng)發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀進(jìn)行解 包并通過輸入/輸出接口 21在顯示器上進(jìn)行顯示，處理器根據(jù)用戶指令對(duì)所獲取得圖像進(jìn) 行處理，判斷地面目標(biāo)的位置，根據(jù)地面目標(biāo)的位置制作無人機(jī)飛行指令，而后將無人機(jī)飛 行指令打包成飛行指令幀，通過通信模塊14和天線18發(fā)送給無人機(jī)載飛行控制系統(tǒng)。地面 報(bào)務(wù)器器將所接收的無人同載控制系統(tǒng)發(fā)送來的圖像通過打印機(jī)進(jìn)行打印，還可存儲(chǔ)到存 儲(chǔ)器25中，還通過網(wǎng)絡(luò)適配器發(fā)送給其它用戶或者服務(wù)器。輸入輸出接口 21還可連接鍵盤 和鼠標(biāo)，鍵盤用于輸入指令或者執(zhí)行某些操作，鼠標(biāo)用于執(zhí)行某些操作。
[0028]圖4本發(fā)明提供無人機(jī)目標(biāo)跟蹤流程圖。如圖4所示，本發(fā)明提供的無人機(jī)目標(biāo)跟 蹤方法，包括：
[0029] S01:利用無人機(jī)載攝像機(jī)連續(xù)拍攝地面圖像，并在每幅圖像中標(biāo)注無人機(jī)的地面
[0030] 坐標(biāo)、航向角、姿態(tài)角及獲取地面圖像時(shí)的時(shí)刻等；
[0031] S02:搜索最近所拍攝的多幅地面圖像，并將每幅地面圖像變換到同一坐標(biāo)系中，
[0032] 本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例利用基于仿射變換將每幅所拍攝的地面圖像變換到 同
[0033] 上一坐標(biāo)系中，例如采用下面所述的線性變換：
[0035]其中（x，y)是(u，v)的新變換坐標(biāo)，&〇，&1，&2，13()，13 1，132，是變換參數(shù)集，它們可以由 無人機(jī)的航向角及姿態(tài)角計(jì)算得出，也可以通過最小二乘法計(jì)算出來。
[0036] S03,對(duì)多幅地面圖像進(jìn)行濾波，而后從濾波后的地面圖像中取出前景圖像，對(duì)前 景圖像進(jìn)行特征提取，而后進(jìn)行特征匹配；
[0037] S04:根據(jù)空間共線方程，計(jì)算出目標(biāo)的平均速度和方向；
[0038] S05:根據(jù)被跟蹤目標(biāo)的速度和運(yùn)行方向調(diào)整無人機(jī)的航速和航向，從而跟蹤目 標(biāo)。
[0039] 步驟S03中，為了測(cè)量地面目標(biāo)的運(yùn)行速度，必須在的拍攝的圖像中通過提取地面 目標(biāo)不變的特征量來進(jìn)行匹配，以便計(jì)算地面移動(dòng)目標(biāo)的位移。由于特征的可靠提取直接 影響匹配結(jié)果的可靠性，因此選擇合適的特征量和特征提取算法十分關(guān)鍵。通常可選擇圖