專利名稱：一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法，屬于數(shù)據(jù)處理技術(shù)領(lǐng)域。應(yīng)用于靶場(chǎng)多管武器連續(xù)射擊試驗(yàn)時(shí)，多目標(biāo)軌跡識(shí)別情況。
背景技術(shù)：
測(cè)量多管武器連續(xù)射擊時(shí)飛行目標(biāo)的軌跡，是靶場(chǎng)武器系統(tǒng)測(cè)試的一項(xiàng)重要內(nèi)容。光測(cè)圖像處理的一個(gè)突出難題是很難分辨圖像上出現(xiàn)的多目標(biāo)軌跡，例如多管武器的齊射、子母彈的拋撒等試驗(yàn)中，每個(gè)測(cè)站的圖像都可能包含數(shù)十甚至上百個(gè)小目標(biāo)，而且目標(biāo)形狀相似，大小相近，目標(biāo)間還可能存在遮擋。由于該光測(cè)圖像中的待測(cè)目標(biāo)具有小、多、弱的特點(diǎn)，僅利用形狀特征就很難識(shí)別其軌跡。
對(duì)目標(biāo)軌跡光學(xué)交會(huì)測(cè)量來(lái)說(shuō)，多目標(biāo)軌跡識(shí)別包括單站測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)間序列的正確對(duì)應(yīng)及站間測(cè)量數(shù)據(jù)的正確匹配兩方面。整個(gè)識(shí)別過(guò)程可通過(guò)兩條途徑完成其一，先建立同一測(cè)站不同采樣時(shí)刻測(cè)量數(shù)據(jù)的正確對(duì)應(yīng)關(guān)系，形成單站測(cè)量點(diǎn)軌跡，然后完成站間測(cè)量點(diǎn)的正確對(duì)應(yīng)，這一過(guò)程稱為先識(shí)別、后交會(huì)；其二，先確定每一采樣時(shí)刻站間測(cè)量點(diǎn)的正確匹配關(guān)系，進(jìn)行交會(huì)運(yùn)算，然后在三維空間確定不同采樣時(shí)刻測(cè)量點(diǎn)的正確對(duì)應(yīng)關(guān)系。這一過(guò)程稱為先交會(huì)、后識(shí)別。對(duì)于多目標(biāo)軌跡單站識(shí)別目前的方法有如下幾種邢強(qiáng)林(用寬視場(chǎng)實(shí)時(shí)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)測(cè)量時(shí)軌跡識(shí)別的一種方法，《飛行器測(cè)控技術(shù)》1994年第一期，51-60頁(yè))采用多項(xiàng)式擬合預(yù)測(cè)+多幀延遲判決軌跡的識(shí)別法。該法利用多項(xiàng)式擬合預(yù)測(cè)結(jié)果建立跟蹤門，再根據(jù)跟蹤門內(nèi)是否有測(cè)量點(diǎn)決定軌跡的取舍、分裂；為了有效控制軌跡分裂數(shù)，對(duì)分裂軌跡的多幀預(yù)測(cè)偏差量之和再設(shè)定一門限，進(jìn)行X2檢驗(yàn)；多幀后對(duì)經(jīng)過(guò)X2檢驗(yàn)的軌跡進(jìn)行判決。張小虎(靶場(chǎng)光測(cè)多站圖像多目標(biāo)判讀技術(shù)，光學(xué)技術(shù)，2006年8月，第32卷增刊，398-403頁(yè))提出在單站序列圖像目標(biāo)的判讀過(guò)程中，按“卡爾曼運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)預(yù)測(cè)-跟蹤匹配-濾波”環(huán)節(jié)進(jìn)行。首先對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行卡爾曼運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，確定當(dāng)前圖像上的跟蹤窗口，在此窗口內(nèi)利用目標(biāo)灰度和形狀等特征對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤匹配，形成目標(biāo)軌跡，再根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)參數(shù)確定該目標(biāo)是否屬于該軌跡。上述方法，采用預(yù)測(cè)方法確定目標(biāo)濾波窗口，但預(yù)測(cè)模型難以適應(yīng)實(shí)測(cè)圖像的復(fù)雜性，從而此法對(duì)多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別的適應(yīng)性不盡理想，通常需要操作員人工干預(yù)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決已有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法。其步驟如下由光測(cè)設(shè)備拍攝的目標(biāo)軌跡的幀圖像，傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)里有多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法的程序及相應(yīng)的公式，進(jìn)行多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別；所述的自動(dòng)識(shí)別方法程序流程，如圖I所示；
設(shè)由光測(cè)設(shè)備拍攝了目標(biāo)軌跡的m幀圖像，m為大于2的自然數(shù)；設(shè)i為按拍攝時(shí)間先后順序得到的圖像的幀數(shù)，是大于等于1，小于等于m的自然數(shù)；qi第i幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)，為自然數(shù)；ji為第i巾貞圖像上的第ji個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，為小于等于qi的自然數(shù)；所述的m和Qi無(wú)關(guān)；設(shè)第i_l幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)A[i_l，U ;第1幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)A[i，Ji];第i+Ι幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)A[i+l，ji+1];并設(shè)目標(biāo)飛行平均速度為 ，拍攝頻率為f、拍攝地址到目標(biāo)軌跡平面的垂直距離為h、圖像拍攝比例系數(shù)為k、圖像畫幅寬度為w ;所述的拍攝地址為光測(cè)設(shè)備拍攝地點(diǎn)； 考察第i幀圖像(I)圖像疊加以第i-ι幀圖像作為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系ο-xy，分別使i、i+1幀圖像與第i-Ι幀圖像疊加，將i、i+l幀圖像上的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)移至該坐標(biāo)系內(nèi)，這樣就把一個(gè)時(shí)間序列的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為平面的幾何點(diǎn)；(2)目標(biāo)點(diǎn)連線在坐標(biāo)系o-xy，按照?qǐng)D像拍攝時(shí)間先后順序，依次把第i-Ι幀圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i-1，JV1]與第i幀圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i，Ji]相連，記相連后的線段長(zhǎng)度為d' [ (i_l) ji-i_i jj ;依次把第i巾貞圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i, jj與第i+1中貞圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i+i，ji+j相連，記相連后的線段長(zhǎng)度為d' [ι\-α+ι)υ，生成Qi-I XqiX qi+i條軌跡連線；(3)定向?yàn)V波在坐標(biāo)系o-xy平面中，根據(jù)相鄰線段長(zhǎng)度關(guān)系，上述的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)的連線分為兩類一類為任意相鄰的三幀圖像里的三個(gè)目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)所連成的線段長(zhǎng)度d' [(I-Dji^1-Iji]和d' [iji-(i+l)ji+1]基本相等；另一類為為任意相鄰的三幀圖像里的三個(gè)目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)所連成的線段長(zhǎng)度d' [a-1) JVriji]和d' [iji-(i+Dji+1]明顯不相等；如圖2為光測(cè)設(shè)備拍攝i幀圖像的定向?yàn)V波圖。由于目標(biāo)飛行軌跡進(jìn)入拍攝視場(chǎng)的時(shí)間較短，在目標(biāo)軌跡平面內(nèi)的高度變化較小，目標(biāo)軌跡在垂直于目標(biāo)軌跡平面的平面內(nèi)的投影決定了目標(biāo)在拍攝圖像中的運(yùn)動(dòng)情況；把目標(biāo)軌跡投影在與目標(biāo)軌跡平面垂直的平面內(nèi)，目標(biāo)軌跡近似勻速運(yùn)動(dòng)，拍攝第i幀圖像時(shí)，拍攝位置可表示為s'n = htan子(I)所述的拍攝位置為光測(cè)設(shè)備光學(xué)系統(tǒng)光軸與目標(biāo)軌跡投影的交點(diǎn)；拍攝第i幀圖像時(shí)，某目標(biāo)飛行的位置為Sn =y(2)設(shè)該飛行目標(biāo)在第i幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)記為A[i，，此刻對(duì)應(yīng)的拍攝圖像脫靶量為Asn = sn -s'n = ki(^-htany)(3)其中，k為圖像放大倍數(shù)，其為圖像尺寸與實(shí)物尺寸之比；設(shè)該飛行目標(biāo)在第i+Ι幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)標(biāo)記為A[i+1，ji+1]，拍攝第i+1幀圖像時(shí)，圖像脫靶量為
(4)目標(biāo)點(diǎn)A[i+1，ji+1]和A[i，Ji]之間的線段理想長(zhǎng)度
由于拍攝距離較遠(yuǎn)，拍攝的視場(chǎng)角較小，故在小角度范圍內(nèi)(![iji-a + l) ji+1]近似為 (6)考慮到( )把式(7)代入式(6)，
(8)

由于f遠(yuǎn)小于1，則式⑶可近似為

(9)對(duì)于每次軌跡拍攝，目標(biāo)飛行平均速度γ，拍攝頻率f和圖像拍攝比例系數(shù)k是固定不變的，因此，從式(9)可知，3幀疊加后的圖像，相鄰圖像的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)間距離不變，即(Γ [(i_l) ji—fiji] d' Liji-(i+1) ji+1] (10)根據(jù)誤差傳遞規(guī)律，由式⑶求實(shí)際距離d' [iji-(i + l) ji+1]軌跡識(shí)別誤差為

由式(11)可知，不同幀的軌跡識(shí)別誤差ε是拍攝幀數(shù)i的函數(shù)；飛行平均速度 、拍攝頻率f，拍攝地址到目標(biāo)軌跡平面的垂直距離h和圖像放大倍數(shù)k是拍攝的基本參數(shù)，拍攝前已經(jīng)確定，是已知的。因此，由式(11)可知，只要確定拍攝幀數(shù)i就可知軌跡識(shí)別誤
差ε ;相鄰圖像目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)間實(shí)際距離d' [iji-(i+l)ji+1]應(yīng)滿足d[ij「(i+l)ji+1] (I- ε )≤ d' [ij「(i+l) ji+1≤ d[i j「(i+l) ji+1] (1+ε ) (12)對(duì)于第i巾貞圖像中的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i, jj，如果由A[i_l, jVj-Ati, jJ-Ati+l,ji+1]之間連線構(gòu)成的軌跡符合定向?yàn)V波的條件，即滿足式(10)和(12)，則繼續(xù)判讀第i+1幀圖像中的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i+1，ji+1]，直至某幀圖像中的任意目標(biāo)點(diǎn)不符合定向?yàn)V波的條件，則轉(zhuǎn)入數(shù)量濾波判斷；稱該判讀過(guò)程為定向?yàn)V波；
(4)數(shù)量濾波對(duì)于第i巾貞圖像中的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i, jj,由A[i_l，jVj-Ati,ji]_A[i+l，ji+1]之間連線構(gòu)成的軌跡如果不符合定向?yàn)V波的條件，則考察該軌跡上目標(biāo)數(shù)量，如果其數(shù)量大于等于目標(biāo)設(shè)定值n，即數(shù)量濾波條件，則確定為真軌跡；否則為假軌跡，由A[i-1，JiJ-Ati, jJ-A[i+l，ji+1]之間連線構(gòu)成的軌跡不再考察，其連線從圖像中刪除；目標(biāo)設(shè)定值η為η =wf/2kv(13)其中w為圖像畫幅寬度；第i幀圖像識(shí)別結(jié)束后，對(duì)第i+Ι幀圖像重復(fù)圖像疊加、目標(biāo)點(diǎn)連線、定向?yàn)V波和數(shù)量濾波的過(guò)程，直至i < m，軌跡識(shí)別結(jié)束。發(fā)明效果由于本發(fā)明之方法與現(xiàn)有方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于總結(jié)操作員的判讀經(jīng)驗(yàn)，使之用于多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別，即把拍攝圖像疊加，采用定向?yàn)V波和數(shù)量濾波相結(jié)合的方式，識(shí)別軌跡真?zhèn)?，避免了其它方法的預(yù)測(cè)模型的使用，從而對(duì)判讀圖像具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，無(wú)需判讀過(guò)程的人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別。


圖I是本發(fā)明的多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別流程圖。圖2是本發(fā)明的一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法的光測(cè)設(shè)備拍攝i幀圖像的定向?yàn)V波圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例I的第I幀圖像。圖4是本發(fā)明實(shí)施例I的第2幀圖像。圖5是本發(fā)明實(shí)施例I的第3幀圖像。圖6是本發(fā)明實(shí)施例I的第4幀圖像疊加圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例I的第5幀圖像。圖8是本發(fā)明實(shí)施例I的第I、2、3幀圖像疊加圖。圖9是本發(fā)明實(shí)施例I的第1、2、3幀圖像目標(biāo)點(diǎn)連線圖。圖10是本發(fā)明實(shí)施例I的第2、3、4幀圖像疊加圖。圖11是本發(fā)明實(shí)施例I的第2、3、4幀圖像目標(biāo)點(diǎn)連線圖。圖12是本發(fā)明實(shí)施例I的第3、4、5幀圖像疊加圖。圖13是本發(fā)明實(shí)施例I的第3、4、5幀圖像目標(biāo)點(diǎn)連線圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I 一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法。由光測(cè)設(shè)備拍攝的目標(biāo)軌跡的幀圖像，傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)里有多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法的程序及相應(yīng)的公式，進(jìn)行多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別；所述的自動(dòng)識(shí)別方法程序流程，如圖I所示；設(shè)由光測(cè)設(shè)備拍攝了 5幀圖像，設(shè)第I幀圖像上有I個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，記為A[l，l]，如圖2所示；第2幀圖像上有2個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，分別記為A[2，I]和A[2，2]，如圖3所示；第3幀圖像上有3個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，分別記為六[3，1]4[3，2]和A[3，3]，如圖4所示；第4幀圖像上有I個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，記為A[4,1],如圖5所示；第5巾貞圖像上有I個(gè)目標(biāo)點(diǎn),記為A[5,1],如圖6所示；
并設(shè)目標(biāo)飛行平均速度為γ = 100m/s，拍攝頻率為f = 100Hz、拍攝地址到目標(biāo)軌跡平面的垂直距離為h = 400m和圖像拍攝比例系數(shù)為k = O. 02,圖像畫幅寬度為w =0.08m，則獲得目標(biāo)設(shè)定值
權(quán)利要求
1.一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法，其特征在于，其步驟如下由光測(cè)設(shè)備拍攝的目標(biāo)軌跡的幀圖像，傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)里有多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法的程序及相應(yīng)的公式，進(jìn)行多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別； 由光測(cè)設(shè)備拍攝了目標(biāo)軌跡的m幀圖像，m為大于2的自然數(shù)；i為按拍攝時(shí)間先后順序得到的圖像的幀數(shù)，是大于等于1，小于等于m的自然數(shù)；qi第i幀圖像上的目標(biāo)點(diǎn)數(shù)，為自然數(shù)；Ji為第i幀圖像上的第Ji個(gè)目標(biāo)點(diǎn)，為小于等于Qi的自然數(shù)；所述的m和qi無(wú)關(guān)；第i~l中貞圖像上白勺目標(biāo)點(diǎn)A[i-1, jトJ ;第i中貞圖像上白勺目標(biāo)點(diǎn)A[i, jj ;第i+1中貞圖像上白勺目標(biāo)點(diǎn)A[i+1，ji+1];并設(shè)目標(biāo)飛行平均速度為V，拍攝頻率為f、拍攝地址到目標(biāo)軌跡平面的垂直距離為h、圖像拍攝比例系數(shù)為k、圖像畫幅寬度為w ;所述的拍攝地址為光測(cè)設(shè)備拍攝地點(diǎn)； 考察第i幀圖像 (1)圖像疊加以第i_l幀圖像作為基準(zhǔn)，建立坐標(biāo)系o-xy，分別使i、i+1幀圖像與第i-1幀圖像疊加，將i、i+l幀圖像上的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)移至該坐標(biāo)系內(nèi)，這樣就把ー個(gè)時(shí)間序列的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)轉(zhuǎn)換為平面的幾何點(diǎn)； (2)目標(biāo)點(diǎn)連線在坐標(biāo)系o-xy，按照?qǐng)D像拍攝時(shí)間先后順序，依次把第i_l幀圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i-1，JiJ與第i幀圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i，Ji]相連，記相連后的線段長(zhǎng)度為d' [ (i_l);依次把第i中貞圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i, jj與第i+1中貞圖像里的任意目標(biāo)點(diǎn)A[i+i，ji+j相連，記相連后的線段長(zhǎng)度為d' [iji-a+iuj，生成Qi-I XqiX qi+1條軌跡連線； (3)定向?yàn)V波在坐標(biāo)系o-xy平面中，根據(jù)相鄰線段長(zhǎng)度關(guān)系，上述的目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)的連線分為兩類ー類為任意相鄰的三幀圖像里的三個(gè)目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)所連成的線段長(zhǎng)度d' [(i-1) JVriji]和d' [iji-(i+l)ji+1]基本相等；另一類為為任意相鄰的三幀圖像里的三個(gè)目標(biāo)軌跡的目標(biāo)點(diǎn)所連成的線段長(zhǎng)度d' [(i-1) JVriji]和(T [iji-(i+1) ji+1]明顯不相等； 把目標(biāo)軌跡投影在與目標(biāo)軌跡平面垂直的平面內(nèi)，目標(biāo)軌跡近似勻速運(yùn)動(dòng)，拍攝第i中貞圖像時(shí)，拍攝位直可表不為
全文摘要
本發(fā)明提供了一種多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別方法。其包括(1)圖像疊加，(2)目標(biāo)連線，(3)定向?yàn)V波和(4)數(shù)量濾波。由于本發(fā)明之方法與現(xiàn)有方法相比，其優(yōu)勢(shì)在于總結(jié)操作員的判讀經(jīng)驗(yàn)，使之用于多目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別，即把拍攝圖像疊加，采用定向?yàn)V波和數(shù)量濾波相結(jié)合的方式，識(shí)別軌跡真?zhèn)危苊饬似渌椒ǖ念A(yù)測(cè)模型的使用，從而對(duì)判讀圖像具有更強(qiáng)的適應(yīng)性，無(wú)需判讀過(guò)程的人工干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)軌跡單站自動(dòng)識(shí)別。
文檔編號(hào)G06K9/00GK102663343SQ20121004011
公開日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者王恩國(guó), 蘇成志, 趙忠興 申請(qǐng)人:長(zhǎng)春理工大學(xué)