一種基於pid的運動目標檢測跟蹤系統的製作方法
2023-05-13 14:52:26 3
專利名稱：一種基於pid的運動目標檢測跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及目標跟蹤技術領域，具體涉及一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統。
背景技術：
目標跟蹤技術最初始於軍事上的需求，特別是在制導和導航方面。目標跟蹤問題的中心問題是:從相對複雜的背景環境中，甄別每幀圖像中表示目標區域或目標特徵的圖像結構。從40年代MIT研製成功「雷達跟蹤系統」和「火炮指揮儀」以來，目標跟蹤技術經歷了輝煌的歷程，己經由維納濾波(頻域法)和卡爾曼濾波(狀態空間法)兩大理論體系並存轉變到卡爾曼濾波與Mean Shift等其他理論互相交叉融合的新時代。卡爾曼濾波是20世紀60年代卡爾曼創建的線性系統最優控制理論。這一理論的創建為最優控制、最優估計、最優跟蹤、最優制導律等理論的構造提供了堅實的理論基礎和基本框架。1995年Cheng等將Mean Shift理論應用到目標跟蹤領域就是一個重要標誌。近十幾年來，Mean Shift算法一直是目標跟蹤中最熱門、最常用研究方法之一。隨著交叉學科的蓬勃發展，尤其是隨著目標跟蹤理論和智能信號處理理論(包括軟計算)相結合以及網絡化概念和網絡平臺技術的發展，目標跟蹤理論和技術研究面臨新的挑戰，並且促使人們開展目標跟蹤新理論、新方法的研究。例如將神經網絡用於目標跟蹤的新發展方向，即用一些接口技術將網絡結構聯結起來，可以實現多目標的跟蹤。從目標跟蹤領域的整體狀況來看，美國、西歐和日本等發達國家已經做了大量的研究，取得了大量的科研成果，並且大量實現在工業化生產和國防裝備中。例如上個世紀末，美國國防部與以卡耐基梅隆大學為首的幾所高校共同參與的視頻監控項目VSAM，最終開發了一套用於戰場和民用的視覺自動理解系統；另外IBM等參與研製的W4系統不僅能夠定位目標和分割目標，而且能通過建立模型來跟蹤目標；其後美國康奈爾大學又設計了一套航拍視頻檢測與持續跟蹤系統，該系統能夠對多運動目標實現長時間的準確跟蹤，有效處理短時間內目標被遮擋或目標時靜時動的情況；英國的雷丁大學(University ofReading)開展了對車輛和行人的跟蹤及其交互作用識別的相關研究(3D模型);在2005年，美國中央佛羅裡達大學開發出了基於MATLAB的cocoA系統，用於無人機低空航拍視頻圖像的目標檢測與跟蹤處理。相比而言，國內這方面的研究起步較晚，受制於各方面因素，理論上的創新居多，少有大工程系統的實現。再加上我國在目標跟蹤技術研究所需的核心器件一高速晶片上的技術還遠不成熟，多方面的差距導致國內外技術水平的落差。但是，近年來隨著國家整體科技實力的上升，差距正在不斷縮小。許多科研機構和高校對該領域都做出了重大的貢獻。例如中國科學院自動化所模式識別國家重點實驗室(NLPR)研製的多行人跟蹤系統；浙江大學人工智慧研究所採用多攝像機對人體沒有被遮擋部位的動作進行跟蹤；中科院計算機所的研究主要用於手語識別，被測人帶有數據手套，是基於身體傳感器的方法；清華大學智能技術與系統國家重點實驗室做了複雜背景下人臉特徵檢測和跟蹤的研究；國防科技大學也在無人機對地目標跟蹤上做出了很多有價值的成果。目前，實時的圖像跟蹤領域的研究重點且難點問題之一在於如何對運動目標進行穩定、魯棒的跟蹤。背景複雜、目標發生旋轉、目標的輪廓複雜、攝像機發生相對位移、光照變化、目標被遮擋等因素都會增加運動目標跟蹤的複雜性。比如運動目標的尺度伸縮變化和形變:在跟蹤過程中目標的平移或者旋轉運動，引起與攝像機的距離和視角發生變化，會造成目標圖像的尺度伸縮變化和形變，這些變化會造成目標圖像表達的非線性變化，從而導致跟蹤的失效。
發明內容
為解決上述問題，本發明的目的是提供一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，能實現對運動目標的識別捕獲並且實現高精度跟蹤，實時跟蹤視頻監控，補充了現有某型聞炮對目標跟蹤的方式。樣處理廠的告知系統為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明通過以下技術方案實現:
一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，包括圖像處理單元，所述圖像處理單元分別與瞄具、高精度隨動系統和監視屏連接，所述瞄具與所述高精度隨動系統連接。進一步的，所述圖像處理單元包括現場可編程門陣列FPGA、數位訊號處理器DSP、存儲器、解碼器、編碼器、同步動態存儲SDRAM和數據存貯器FLASH，所述FPGA分別與所述DSP、所述存儲器、所述解碼器、所述編碼器連接，所述DSP還與所述SDRAM和所述FLASH連接。
本發明的有益效果是:
1、本發明採用新型的連續自適應均值偏移算法和圖像匹配算法相結合的方式，實現對運動目標的識別和跟蹤，相對於單一的均值偏移算法或模板匹配算法，兩者結合的方式能有效提聞跟蹤的成功率，具有較好的魯棒性和準確性；
2、本發明採用合理的目標自適應模板更新策略有效解決運動目標的尺度伸縮變化和形變帶來的問題，結合有位置補償的目標運動軌跡預測，在波門內搜索目標，相對於全屏掃描搜索，提高了處理速度和跟蹤實時性；
3、本發明採用分區PID跟蹤控制算法，通過檢測系統誤差所處的範圍來採取不同的控制策略，有效的提高了系統的控制精度，加入操控搖杆手柄，可以通過觀察監視屏手動控制跟蹤運動目標，並且可以在手動與自動跟蹤模式之間切換，具有實用性。上述說明僅是本發明技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本發明的技術手段，並可依照說明書的內容予以實施，以下以本發明的較佳實施例並配合附圖詳細說明如後。本發明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。
圖1為本發明的結構示意 圖2為本發明的圖像處理單元的組成示意圖。
具體實施例方式下面將參考附圖並結合實施例，來詳細說明本發明。
參見圖1所示，一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，包括圖像處理單元，所述圖像處理單元分別與瞄具、高精度隨動系統和監視屏連接，所述瞄具與所述高精度隨動系統連接。所述瞄具中的攝像頭把採集的空中運動目標視頻信息，傳遞給所述圖像處理單元進行目標圖像跟蹤處理，同時通過發送命令給所述高精度隨動系統控制所述瞄具轉動跟蹤運動目標，並把目標跟蹤圖像傳輸到所述監視屏上顯示，用以監測目標跟蹤。參見圖2所示，進一步的，所述圖像處理單元包括現場可編程門陣列FPGA、數位訊號處理器DSP、存儲器、解碼器、編碼器、同步動態存儲SDRAM和數據存貯器FLASH，所述FPGA分別與所述DSP、所述存儲器、所述解碼器、所述編碼器連接，所述DSP還與所述SDRAM和所述FLASH連接。所述圖像處理單元是整個系統的核心部件，它把採集可見光視頻信號經所述解碼器轉換為數位訊號，然後先通過所述FPGA進行預處理，再送入所述DSP進行處理完成視頻圖像中目標的識別任務，一方面提取出目標信息，對採集的信息進行目標圖像跟蹤處理，把將處理後的視頻圖像送回所述FPGA，經過所述FPGA控制所述編碼器將其轉換為標準制式的模擬電視信號輸出，另一方面通過一定的算法處理，計算出目標位置，通過發送命令給所述高精度隨動系統控制所述瞄具轉動跟蹤運動目標；其中所述存儲器、所述SDRAM和所述FLASH是擴展所需的外部存儲器，用來提高數據處理速度及系統的靈活性。系統中所述DSP作為核心處理器來完成視頻圖像中目標識別任務，而所述FPGA則為協處理器，負責各接口的邏輯時序控制，以及視頻圖像的同步採集、預處理與最終結果的顯示。兩處理器間由高速總線控制器隔離，視頻數據交互時總線打開，完成數據傳輸總線隔離，雙處理器有各自的內存管理機制，構成雙處理系統。雙核系統的成功運作為系統完成更複雜的算法奠定了基礎。以上所述僅為發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，包括圖像處理單元，其特徵在於:所述圖像處理單元分別與瞄具、高精度隨動系統和監視屏連接，所述瞄具與所述高精度隨動系統連接。
2.根據權利要求1所述的基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，其特徵在於:所述圖像處理單元包括現場可編程門陣列FPGA、數位訊號處理器DSP、存儲器、解碼器、編碼器、同步動態存儲SDRAM和數據存貯器FLASH，所述FPGA分別與所述DSP、所述存儲器、所述解碼器、所述編碼器連接，所述DSP還與所述SDRAM和所述FLASH連接。
全文摘要
本發明公開了一種基於PID的運動目標檢測跟蹤系統，包括圖像處理單元，所述圖像處理單元分別與瞄具、高精度隨動系統和監視屏連接，所述瞄具與所述高精度隨動系統連接，所述圖像處理單元包括現場可編程門陣列FPGA、數位訊號處理器DSP、存儲器、解碼器、編碼器、同步動態存儲SDRAM和數據存貯器FLASH。本發明採用連續自適應均值偏移算法和圖像匹配算法相結合的方式、合理的目標自適應模板更新策略和分區PID跟蹤控制算法，加入操控搖杆手柄，可以通過觀察監視屏手動控制跟蹤運動目標，並且可以在手動與自動跟蹤模式之間切換，具有實用性。
文檔編號G06T7/20GK103186903SQ20131013887
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月22日 優先權日2013年4月22日
發明者郎科偉, 王琳, 董興法 申請人:蘇州科技學院