【摘要】：提出了一種多目標(biāo)跟蹤目標(biāo)態(tài)勢(shì)顯示、目標(biāo)自動(dòng)告警的雷達(dá)告警態(tài)勢(shì)圖。通過(guò)可見(jiàn)光探測(cè)裝置來(lái)被動(dòng)地發(fā)現(xiàn)目標(biāo),獲取目標(biāo)的視頻圖像和方位信息,采用數(shù)字圖像處理和模式識(shí)別的方法,來(lái)計(jì)算所跟蹤目標(biāo)的各種圖像信息及運(yùn)動(dòng)信息,生成目標(biāo)態(tài)勢(shì),以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的部分功能,并結(jié)合全景圖成像技術(shù),通過(guò)雷達(dá)告警態(tài)勢(shì)圖的方式在顯示設(shè)備上實(shí)時(shí)顯示、告警。采用數(shù)字圖像處理技術(shù)及目標(biāo)識(shí)別算法進(jìn)行目標(biāo)測(cè)距,取代光電跟蹤系統(tǒng)中較為昂貴的激光測(cè)距儀。通過(guò)小型艦船實(shí)驗(yàn)證明,這種圖像測(cè)距的方法同樣可以取得較為理想的效果,尤其是針對(duì)中長(zhǎng)距離的目標(biāo),系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較為準(zhǔn)確、穩(wěn)定的跟蹤,同時(shí),這種方法有效地降低了系統(tǒng)的成本。
【圖文】：

采用雷達(dá)進(jìn)行測(cè)距的效果雖然顯著，但是價(jià)格比較昂貴。本文采用一種數(shù)字圖像處理及模式識(shí)別算法相結(jié)合的技術(shù)來(lái)模擬光電雷達(dá)的測(cè)距作用，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)測(cè)距的效果，采用可見(jiàn)光探測(cè)裝置來(lái)被動(dòng)地發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，獲取目標(biāo)的視頻圖像和方位信息，并通過(guò)目標(biāo)識(shí)別及跟蹤的方法來(lái)獲取目標(biāo)距離信息，生成目標(biāo)的態(tài)勢(shì)信息，結(jié)合全景圖成像技術(shù)，通過(guò)雷達(dá)告警態(tài)勢(shì)圖的方式在顯示設(shè)備上實(shí)時(shí)顯示、告警，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)態(tài)勢(shì)的正確感知、情況顯示及匯報(bào)。２光電跟蹤系統(tǒng)的組成和工作過(guò)程一般來(lái)說(shuō)，光電跟蹤系統(tǒng)的組成大致分為幾個(gè)部分，如圖１所示，成像探測(cè)分系統(tǒng)是前端成像裝置，主要是可見(jiàn)光相機(jī)，用于形成探測(cè)區(qū)域的光電圖像；伺服轉(zhuǎn)臺(tái)分系統(tǒng)的作用是按照主控系統(tǒng)指令，帶動(dòng)探測(cè)設(shè)備按照指定規(guī)則運(yùn)動(dòng)；主控系統(tǒng)的作用是控制整個(gè)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作；圖像處理分系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)圖像的預(yù)處理及增強(qiáng)、目標(biāo)的檢測(cè)識(shí)別、跟蹤告警和圖像態(tài)勢(shì)生成等功能；圖像顯示分系統(tǒng)用來(lái)顯示雷達(dá)告警態(tài)勢(shì)圖；人機(jī)交互裝置主要是與操作人員進(jìn)行控制指令的交互。圖１光電跟蹤系統(tǒng)的組成Ｆｉｇ．１Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆｏｐｔｉｃａｌｔｒａｃｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍ它的工作過(guò)程是：伺服轉(zhuǎn)臺(tái)帶動(dòng)成像探測(cè)器受主控系統(tǒng)的命令控制，按照預(yù)定義巡視策略，自動(dòng)對(duì)系統(tǒng)周?chē)欢ǚ秶鷥?nèi)的景象進(jìn)行掃描成像，前端伺服轉(zhuǎn)臺(tái)處的穩(wěn)定平臺(tái)和后端圖像處理器中的電子穩(wěn)像處理機(jī)制保持圖像穩(wěn)定清晰，將實(shí)時(shí)圖像和信息顯示在顯示設(shè)備上；伺服轉(zhuǎn)臺(tái)上的成像探測(cè)器（這里是可見(jiàn)光攝像機(jī)）獲取的場(chǎng)景視頻圖像通過(guò)綜合電纜發(fā)送到主控系統(tǒng)中的圖像處理器，圖像處理器對(duì)圖像進(jìn)行運(yùn)算分析，自動(dòng)識(shí)別和捕獲出現(xiàn)在圖像中的各種目標(biāo)物體，并對(duì)目標(biāo)進(jìn)行屬性和參數(shù)計(jì)算，獲得目標(biāo)威脅度參數(shù)

３．４基于圖像處理方法的目標(biāo)測(cè)距在圖１中的伺服轉(zhuǎn)臺(tái)的巡視過(guò)程中，成像探測(cè)器（這里采用的是可見(jiàn)光攝像機(jī)）不斷獲取周?chē)鷪?chǎng)景圖像，同時(shí)圖１中的圖像處理器對(duì)圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)的處理和識(shí)別，不斷檢測(cè)視場(chǎng)內(nèi)是否有機(jī)動(dòng)目標(biāo)存在，當(dāng)在某個(gè)視場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)到目標(biāo)后，進(jìn)行目標(biāo)跟蹤，可持續(xù)獲取目標(biāo)的各個(gè)運(yùn)動(dòng)點(diǎn)處的圖像跟蹤結(jié)果。為了進(jìn)行目標(biāo)告警，需要獲取已探測(cè)到的目標(biāo)的方位坐標(biāo)。本文以小型艦船預(yù)警跟蹤系統(tǒng)為例，說(shuō)明如何基于圖像處理方法進(jìn)行目標(biāo)測(cè)距。如圖４所示，在水平面內(nèi)，建立以光電探測(cè)器當(dāng)前位置為坐標(biāo)原點(diǎn)（即系統(tǒng)所在位置為坐標(biāo)原點(diǎn)）的坐標(biāo)系，Ｙ軸指向正北方向。圖４目標(biāo)跟蹤坐標(biāo)系示意圖Ｆｉｇ．４Ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｏｂｊｅｃｔｔｒａｃｋｉｎｇ當(dāng)伺服轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)到某一角度后，圖像處理器在圖像內(nèi)識(shí)別出一個(gè)目標(biāo)，則通過(guò)圖像中目標(biāo)脫靶量的計(jì)算和視角換算，可以得到當(dāng)前目標(biāo)的方位（航向）角α（實(shí)際上由于轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在艦船上，這個(gè)α等于艦船當(dāng)前航行角α１和轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)角α２之和）。為了確定當(dāng)前識(shí)別和跟蹤的目標(biāo)在建立的坐標(biāo)系內(nèi)的具體方位坐標(biāo)，從圖４中可見(jiàn)，還需要知道當(dāng)前艦船與被識(shí)別目標(biāo)的距離Ｄ。由于本系統(tǒng)相對(duì)被跟蹤目標(biāo)來(lái)說(shuō)，屬于單目觀察，理論上是無(wú)法通過(guò)目標(biāo)跟蹤解算出與被跟蹤目標(biāo)的距離的。這里我們采用以下方法來(lái)單目估算目標(biāo)距離：由于我們目前針對(duì)的是艦船目標(biāo)，而各種艦船目標(biāo)的尺寸是大致已知的，因此，通過(guò)圖像處理器對(duì)目標(biāo)的識(shí)別，可大致將目標(biāo)船只的種類(lèi)確定下來(lái)，根據(jù)預(yù)輸入的各種已知艦船的典型尺寸，我們即可換算出此時(shí)所在艦船與被跟蹤目標(biāo)的距離，如圖５所示。從圖６中可知，鏡頭焦距ｆ已知，被測(cè)目標(biāo)在
【作者單位】： 東北電力大學(xué)信息工程學(xué)院;中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所;北京航空航天大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院數(shù)字媒體北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【分類(lèi)號(hào)】：TN957.52

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