本實(shí)用新型屬于反無人機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種實(shí)現(xiàn)高速跟蹤的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著新式無人機(jī)井噴式的涌現(xiàn)，與無人機(jī)相關(guān)的意外事故也不斷進(jìn)人人們的視野，使用無人機(jī)發(fā)生的意外事故也不再少見。失控的無人機(jī)摔落在了行人或物體上；業(yè)余無人機(jī)操作員操作無人機(jī)飛入禁飛區(qū)，無人機(jī)干擾民航飛行、干擾救火行動。于是，反無人機(jī)系統(tǒng)也在無人機(jī)產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展的過程中應(yīng)運(yùn)而生。

反無人機(jī)技術(shù)體系中首要也是主要的技術(shù)就是探測跟蹤，傳統(tǒng)的探測跟蹤技術(shù)大多是獲取目標(biāo)圖像，通過對目標(biāo)圖像分析后得出目標(biāo)位置后進(jìn)行跟蹤。在反無人機(jī)這一特殊領(lǐng)域，傳統(tǒng)的探測跟蹤技術(shù)由于其跟蹤的滯后性，和無法預(yù)先判定目標(biāo)下一時(shí)刻位置的技術(shù)局限性以無法滿足反無人機(jī)技術(shù)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本實(shí)用新型提供了一種實(shí)現(xiàn)高速跟蹤的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，其包含的圖像識別處理模塊包括存儲有全球各種無人機(jī)圖片資料的參考庫，數(shù)字視頻流直接進(jìn)入圖像識別處理模塊，完成視頻采集，緩沖預(yù)處理，特征提取和特征匹配；將獲得的圖像特征與參考庫中的無人機(jī)圖片進(jìn)行匹配，從而判斷出有威脅的飛行器，當(dāng)判斷為有威脅的飛行器后可驅(qū)動攝像機(jī)進(jìn)行高速跟蹤，并具有預(yù)先判斷飛行器運(yùn)動軌跡的能力。

本實(shí)用新型為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，采用如下技術(shù)方案：

一種實(shí)現(xiàn)高速跟蹤的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，包括具有光學(xué)鏡頭的攝像機(jī)、圖像識別處理模塊、主控制器和控制攝像機(jī)運(yùn)動的伺服系統(tǒng)；所述攝像機(jī)的信號輸出端連接所述圖像識別處理模塊的信號輸入端，所述圖像識別處理模塊的信號輸出端連接所述主控制器的信號輸入端，所述主控制器的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)的信號輸入端。

所述圖像識別處理模塊包括存儲有全球各種無人機(jī)圖片資料的參考庫，數(shù)字視頻流直接進(jìn)入圖像識別處理模塊，完成視頻采集，緩沖預(yù)處理，特征提取和特征匹配；將獲得的圖像特征與參考庫中的無人機(jī)圖片進(jìn)行匹配，從而判斷出有威脅的飛行器。

優(yōu)選地，所述攝像機(jī)為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)。

熱成像攝像機(jī)具備夜視功能，晚上也能清楚的掃描空中的飛行器；該光學(xué)跟蹤系統(tǒng)還可搭配液晶屏，在液晶屏上可以通過人工確認(rèn)有效目標(biāo)，防止誤判。

優(yōu)選地，所述攝像機(jī)為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)。

較高的圖像分辨率和有效像素可以使得無人機(jī)這種小型機(jī)的拍攝圖像清晰，使后續(xù)圖像處理提高效率。

優(yōu)選地，所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成。

本實(shí)用新型的所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成，可以清楚的看到數(shù)公里以外的目標(biāo)，瞄準(zhǔn)鏡方便快速對準(zhǔn)目標(biāo)。

優(yōu)選地，所述圖像識別處理模塊內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)。

DSP圖像識別系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、精度高；2、可靠性強(qiáng)；3、集成度高；4、接口方便；5、靈活性好；6、保密性好；7、時(shí)分復(fù)用。

優(yōu)選地，所述主控制器包括高速幀緩存器、圖像對比器和Kalman濾波器，所述圖像對比器的第一信號輸入端連接所述圖像識別處理模塊的信號輸出端，所述高速幀緩存器的信號輸出端連接所述圖像對比器的第二信號輸入端，所述高速幀緩存器的信號輸入端連接所述圖像對比器的第一信號輸出端，所述圖像對比器的第二信號輸出端連接所述Kalman濾波器的信號輸入端，所述Kalman濾波器的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)的信號輸入端。

Kalman濾波器是一套基本公式，用于預(yù)測修正的評估，在最小化協(xié)方差估計(jì)誤差方面表現(xiàn)出眾。它不要求保存過去的測量數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)和前一刻保存的數(shù)據(jù)估值，根據(jù)遞推公式，可計(jì)算出新的參考值，這樣就大大減少了濾波器的存儲和計(jì)算量。

優(yōu)選地，所述伺服系統(tǒng)包括驅(qū)動攝像機(jī)在水平方向上運(yùn)動的水平驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動攝像機(jī)在垂直方向上運(yùn)動的垂直驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動板、LPF低通濾波器和D/A轉(zhuǎn)換信號放大器，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器的信號輸入端連接所述Kalman濾波器的信號輸出端，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器的信號輸出端連接所述LPF低通濾波器的信號輸入端，所述LPF低通濾波器的信號輸出端連接所述電機(jī)驅(qū)動板的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板的第一信號輸出端連接所述水平驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板的第二信號輸出端連接所述垂直驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端。

通過Kalman濾波器計(jì)算出水平偏移量和垂直偏移量，并通過D/A轉(zhuǎn)換信號放大器對信號轉(zhuǎn)換后，由電機(jī)驅(qū)動板發(fā)出信號控制水平驅(qū)動電機(jī)和垂直驅(qū)動電機(jī)的工作，從而完成高速跟蹤。

優(yōu)選地，所述Kalman濾波器包括實(shí)現(xiàn)Kalman算法的FPGA芯片。

FPGA(Field－Programmable Gate Array)，即現(xiàn)場可編程門陣列，它是在PAL、GAL、CPLD等可編程器件的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展的產(chǎn)物。它是作為專用集成電路(ASIC)領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的，既解決了定制電路的不足，又克服了原有可編程器件門電路數(shù)有限的缺點(diǎn)。

FPGA的主要特點(diǎn)如下：

1、采用FPGA設(shè)計(jì)ASIC電路(專用集成電路)，用戶不需要投片生產(chǎn)，就能得到合用的芯片；

2、FPGA可做其它全定制或半定制ASIC電路的中試樣片；

3、FPGA內(nèi)部有豐富的觸發(fā)器和I/O引腳；

4、FPGA是ASIC電路中設(shè)計(jì)周期最短、開發(fā)費(fèi)用最低、風(fēng)險(xiǎn)最小的器件之一；

5、FPGA采用高速CMOS工藝，功耗低，可以與CMOS、TTL電平兼容；

本實(shí)用新型的有益效果在于：

1、采用存儲有全球各種無人機(jī)圖片資料的參考庫的圖像識別處理模塊，數(shù)字視頻流直接進(jìn)入圖像識別處理模塊，完成視頻采集，緩沖預(yù)處理，特征提取和特征匹配，將獲得的圖像特征與參考庫中的無人機(jī)圖片進(jìn)行匹配，從而判斷出有威脅的飛行器，當(dāng)判斷為有威脅的飛行器后，伺服系統(tǒng)即可驅(qū)動攝像機(jī)實(shí)時(shí)高速跟蹤；

2、采用具備夜視功能的熱成像攝像機(jī)，晚上也能清楚的掃描空中的飛行器；該光學(xué)跟蹤系統(tǒng)還可搭配液晶屏，在液晶屏上可以通過人工確認(rèn)有效目標(biāo)，防止誤判；

3、所述攝像機(jī)為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)，較高的圖像分辨率和有效像素可以使得無人機(jī)這種小型機(jī)的拍攝圖像清晰，使后續(xù)圖像處理提高效率；

4、本實(shí)用新型的所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成，可以清楚的看到數(shù)公里以外的目標(biāo)，瞄準(zhǔn)鏡方便快速對準(zhǔn)目標(biāo)；

5、所述圖像識別處理模塊內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)，DSP圖像識別系統(tǒng)具有如下精度高、可靠性強(qiáng)、集成度高、接口方便、靈活性好、保密性好、時(shí)分復(fù)用等優(yōu)點(diǎn)；

6、采用Kalman濾波器，Kalman濾波器是一套基本公式，用于預(yù)測修正的評估，在最小化協(xié)方差估計(jì)誤差方面表現(xiàn)出眾。它不要求保存過去的測量數(shù)據(jù)，新的數(shù)據(jù)和前一刻保存的數(shù)據(jù)估值，根據(jù)遞推公式，可計(jì)算出新的參考值，這樣就大大減少了濾波器的存儲和計(jì)算量；

7、通過Kalman濾波器計(jì)算出水平偏移量和垂直偏移量，并通過D/A轉(zhuǎn)換信號放大器對信號轉(zhuǎn)換后，由電機(jī)驅(qū)動板發(fā)出信號控制水平驅(qū)動電機(jī)和垂直驅(qū)動電機(jī)的工作，從而完成可預(yù)判位置的高精度高速跟蹤；

8、所述Kalman濾波器包括實(shí)現(xiàn)Kalman算法的FPGA芯片，利用FPGA芯片可達(dá)到成本低、定制性高、觸發(fā)器和I/O引腳豐富、設(shè)計(jì)周期短、功耗低、兼容性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)高速跟蹤的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)的系統(tǒng)原理框圖；

圖中標(biāo)記為：100-攝像機(jī)，200-圖像識別處理模塊，300-主控制器，301-高速幀緩存器，302-圖像對比器，303-Kalman濾波器，400-伺服系統(tǒng)，401-D/A轉(zhuǎn)換信號放大器，402-LPF低通濾波器，403-電機(jī)驅(qū)動板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本實(shí)用新型的實(shí)質(zhì)性內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。

實(shí)施例1

如圖1所示，一種實(shí)現(xiàn)高速跟蹤的光學(xué)跟蹤系統(tǒng)，包括具有光學(xué)鏡頭的攝像機(jī)100、圖像識別處理模塊200、主控制器300和控制攝像機(jī)運(yùn)動的伺服系統(tǒng)400；所述攝像機(jī)100的信號輸出端連接所述圖像識別處理模塊200的信號輸入端，所述圖像識別處理模塊200的信號輸出端連接所述主控制器300的信號輸入端，所述主控制器300的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)400的信號輸入端。

實(shí)施例2

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)。

實(shí)施例3

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)。

實(shí)施例4

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)；

所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成。

實(shí)施例5

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)；

所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成；

所述圖像識別處理模塊200內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)。

實(shí)施例6

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)；

所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成；

所述圖像識別處理模塊200內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)；

所述主控制器300包括高速幀緩存器301、圖像對比器302和Kalman濾波器303，所述圖像對比器302的第一信號輸入端連接所述圖像識別處理模塊200的信號輸出端，所述高速幀緩存器301的信號輸出端連接所述圖像對比器302的第二信號輸入端，所述高速幀緩存器301的信號輸入端連接所述圖像對比器302的第一信號輸出端，所述圖像對比器302的第二信號輸出端連接所述Kalman濾波器303的信號輸入端，所述Kalman濾波器303的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)400的信號輸入端。

實(shí)施例7

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)；

所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成；

所述圖像識別處理模塊200內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)；

所述主控制器300包括高速幀緩存器301、圖像對比器302和Kalman濾波器303，所述圖像對比器302的第一信號輸入端連接所述圖像識別處理模塊200的信號輸出端，所述高速幀緩存器301的信號輸出端連接所述圖像對比器302的第二信號輸入端，所述高速幀緩存器301的信號輸入端連接所述圖像對比器302的第一信號輸出端，所述圖像對比器302的第二信號輸出端連接所述Kalman濾波器303的信號輸入端，所述Kalman濾波器303的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)400的信號輸入端；

所述伺服系統(tǒng)400包括驅(qū)動攝像機(jī)在水平方向上運(yùn)動的水平驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動攝像機(jī)在垂直方向上運(yùn)動的垂直驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動板403、LPF低通濾波器402和D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401的信號輸入端連接所述Kalman濾波器303的信號輸出端，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401的信號輸出端連接所述LPF低通濾波器402的信號輸入端，所述LPF低通濾波器402的信號輸出端連接所述電機(jī)驅(qū)動板403的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板403的第一信號輸出端連接所述水平驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板403的第二信號輸出端連接所述垂直驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端。

實(shí)施例8

本實(shí)施例在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上：

所述攝像機(jī)100為熱成像攝像機(jī)，內(nèi)置高清COMS成像系統(tǒng)；

所述攝像機(jī)100為圖像傳感器尺寸為1/2in,圖像分辨率為1080p，有效像素為2000W像素的高清攝像機(jī)；

所述光學(xué)鏡頭由750mm—1500mm的長焦變焦鏡頭和瞄準(zhǔn)鏡組成；

所述圖像識別處理模塊200內(nèi)置DSP圖像識別系統(tǒng)；

所述主控制器300包括高速幀緩存器301、圖像對比器302和Kalman濾波器303，所述圖像對比器302的第一信號輸入端連接所述圖像識別處理模塊200的信號輸出端，所述高速幀緩存器301的信號輸出端連接所述圖像對比器302的第二信號輸入端，所述高速幀緩存器301的信號輸入端連接所述圖像對比器302的第一信號輸出端，所述圖像對比器302的第二信號輸出端連接所述Kalman濾波器303的信號輸入端，所述Kalman濾波器303的信號輸出端連接所述伺服系統(tǒng)400的信號輸入端；

所述伺服系統(tǒng)400包括驅(qū)動攝像機(jī)在水平方向上運(yùn)動的水平驅(qū)動電機(jī)、驅(qū)動攝像機(jī)在垂直方向上運(yùn)動的垂直驅(qū)動電機(jī)、電機(jī)驅(qū)動板403、LPF低通濾波器402和D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401的信號輸入端連接所述Kalman濾波器303的信號輸出端，所述D/A轉(zhuǎn)換信號放大器401的信號輸出端連接所述LPF低通濾波器402的信號輸入端，所述LPF低通濾波器402的信號輸出端連接所述電機(jī)驅(qū)動板403的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板403的第一信號輸出端連接所述水平驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端，所述電機(jī)驅(qū)動板403的第二信號輸出端連接所述垂直驅(qū)動電機(jī)的信號輸入端；

所述Kalman濾波器303包括實(shí)現(xiàn)Kalman算法的FPGA芯片。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對本實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。