無人機目標跟蹤方法
【技術領域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種無人機目標跟蹤方法，屬于數據處理技術領域。
【背景技術】
[0002] 利用無人機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 時準確的戰(zhàn)場信息和精確的定位信息，以捕捉戰(zhàn)略打擊目標，完成打擊效果評估等任務。
[0003] 空中對地觀察過程中，地面或水面的運動目標(如火車、汽車、艦艇等)包含著重要 軍事價值，是偵察重點，常常需要在飛行過程中對其持續(xù)關注。由于運動目標與無人機同樣 處于運動狀態(tài)，時常會因目標運動超出無人機圖像視野而難于持續(xù)捕獲。因而空中對地觀 測跟蹤運動目標的關鍵是如何能夠盡快準確檢測出運動目標，以調整攝像頭云臺及飛行參 數，實現持續(xù)跟蹤，以待對目標做出進一步分析與反應。

【發(fā)明內容】

[0004] 為克服現有技術中存在的技術問題，本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種無人機目標跟 蹤方法，其能夠持續(xù)地跟蹤目標。
[0005] 為實現所述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種無人機目標跟蹤方法，一種無人機目標跟 蹤方法，其特征在于，包括：
[0006] S01:利用無人機載攝像機連續(xù)拍攝至少二幅地面圖像，并在每幅圖像中標注無人 機的地面坐標、航向角及獲取地面圖像時的時刻；
[0007] S02:將每幅地面圖像進行坐標以使它們處于同一圖像坐標系中；
[0008] S03:對二幅地面圖像進行濾波，而后從濾波后的地面圖像中取出包括目標圖像的 前景圖像，從前景圖像中提取特征點，提取前一幅前景圖像中的每一區(qū)域特征點并與被跟 蹤目標的模板的特征點進行匹配，利用匹配成功的區(qū)域更新被跟蹤目標的模板，利用更新 后的被跟蹤目標的模板的特征點與當前幅前景圖像中的每一區(qū)域的特征點進行匹配；
[0009] S04:根據匹配成功的兩幅前景圖像中的區(qū)域的特征點的位置關系確定被跟蹤目 標的速度和運行方向；
[0010] S05:根據被跟蹤目標的速度和運行方向調整無人機的航速和航向，從而跟蹤目 標。
[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系中。
[0012] 與現有技術相比，利用本發(fā)明提供的方法計算速度快，跟蹤目標的速度快。
【附圖說明】
[0013] 圖1是本發(fā)明提供的無人飛機外形結構示意圖；
[0014] 圖2是無人機載控制系統(tǒng)的組成框圖；
[0015] 圖3是地面服務站的組成框圖；
[0016] 圖4本發(fā)明提供跟蹤目標跟蹤流程圖；
[0017]圖5是目標2D軌跡示意圖；
[0018]圖6是坐標關系統(tǒng)不意圖。
【具體實施方式】
[0019] 本發(fā)明提供的無人機目標跟蹤系統(tǒng)包括無人機載控制系統(tǒng)及地面服務器，無人機 載控制系統(tǒng)用于獲取地面圖像、飛行參數并將所述地面圖像、飛行參數等發(fā)送給地面服務 器，還接收地面服務器的指令，并根據在指令進行飛行。地面服務器用于接受無人機載控制 系統(tǒng)的傳送來的信息，對接收的信息進行處理，并根據處理結果給無機載控制系統(tǒng)發(fā)送控 制指令以跟蹤地面目標。
[0020] 下面結合附圖詳細說明本發(fā)明。
[0021] 圖1是本發(fā)明提供的無人飛機外形結構示意圖。如圖1所示，本發(fā)明無人飛機包括 機架132,機架32中設置有主涵道143,所述主涵道143內設置有支架134,支架134上設置有 主槳葉133。所述機架132兩側分別設置有固定翼135和固定翼136,飛行時，兩側的固定翼產 生氣動升力，降低主體涵道內的燃油發(fā)動機的耗油率。機架132兩側的固定翼中分別設置有 小涵道143和小涵道142,小涵道內分別設置有小槳葉（圖中未示）。機架的前面和后面設置 有前緣138和后翼137,前緣138和后翼137中分別設置有小涵道141和小涵道144,前緣和后 翼137的小涵道內分別設置有小槳葉（圖中未示）。后翼上設置尾翼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)動機提供動力。小槳葉電動機提供 動力，電動機由電池提供能源。電池為可充電電池。在涵道槳葉面設置反扭力導流片，用以 平衡涵道槳葉或風扇轉動時產生的轉動力矩。同時在涵道槳葉或風扇下面設置推力導流 片，產生前行推力。
[0022] 機架、前緣、后翼和尾翼采用鋁合金骨架，外鋪碳纖維復合材料，在保證強度的同 時減輕機身重量。支架為碳纖維桿用于支撐燃油發(fā)動機，作為涵道無人機的主動力，發(fā)動機 的油箱安置在主體涵道的外圍周邊。四個小涵道內的電機采復合材料螺旋槳。
[0023]圖2是無人機載控制系統(tǒng)的組成框圖，如圖2所示，無人機載控制系統(tǒng)包括:三軸加 速度傳感器1、A/D轉換器2、陀螺儀3、A/D轉換器4、磁性傳感器5、A/D轉換器件、氣壓高度計 7、A/D轉換器8、攝像機9、編碼器10、導航授時系統(tǒng)11、存儲器13、數據處理器12、飛行控制器 和存儲器17,其中，加速度傳感器1用于測量無人機的三個相互垂直的軸的加速度，并將加 速度信息轉換為電信息;A/D轉換器2,將加速度傳感器1提供的電信息進行A/D轉換而后提 供給數據處理器。陀螺儀3用于測量無人機的滾角、府仰角和偏航角，并將角度信息轉換為 電信息，A/D轉換器4將陀螺儀3提供的電信息進行A/D轉換而后提供給數據處理器。氣壓高 度計7用于獲取無人機的飛行高度，A/D轉換器8用于將無人機的高度信息轉換為數字信息 并提供給數據處理器。攝像機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提供的圖像信息進行編碼，而后提供的數據處理器。導航授 時系統(tǒng)11用于獲取無人機的位置信息，并將位置信息及時間信息提供給數據處理器。數據 處理器將上述部件測量的信息存儲到存儲器中，數據處理器將所獲取的信息存儲到存儲器 13中。無人機載控制系統(tǒng)還包括通信模塊14和天線18,其中，數據處理器12將所獲取的信息 打包成數據幀而后發(fā)送給通信模塊14,通信模塊14將所述數據幀調制到射頻上，而后通過 天線發(fā)送給地面服務器，通信模塊和天線也接收地面服務器發(fā)送的飛行指令數據幀以提供 給數據處理器。。
[0024] 無人機目標跟蹤系統(tǒng)還包括飛行控制器15和存儲器17,數據處理器解包飛行指令 數據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存儲到存儲器 17，并根據飛行指令驅動無人機伺服機構19進行飛行以跟蹤地面目標。
[0025] 磁傳感器5用于測量無人機的磁航向，A/D轉換器6將磁航向信息轉換為數字信息 而后提供給數據處理器，數據處理器12根據數字磁航向校正陀螺儀，同時利用陀螺儀的穩(wěn) 定性減小磁性傳感器的飛行。飛行控制器根據數據處理器提供的信息對無人機進行飛行控 制。
[0026] 本發(fā)明中，攝像機通過萬向節(jié)固定于無人機平臺上，使攝像機的攝影軸無人機的 機體坐標系的0bZb重合，使攝像機的像平面的 0pXp軸與無人機的機體坐標系的0bXb平行，攝 像機的像平面的0Py P軸與無人機的機體坐標系的Obyb平行，可以通過測量無人機的姿態(tài)角 而推算出攝影軸的姿態(tài)角。
[0027]圖3是地面服務器的組成框圖，如圖3所示，本發(fā)明提供的地面服務器包括處理器 20、輸入/輸出接口、網絡適配器23、通信模塊23、收發(fā)天線24和存儲器25,其中，收發(fā)天線24 用于將空間電磁波信號轉換為電信號，并提供給通信模塊23,通信模塊23將無人機載控制 系統(tǒng)發(fā)送來的信號提供給處理器20,處理器20對無人機載控制系統(tǒng)發(fā)送來的數據幀進行解 包并通過輸入/輸出接口 21在顯示器上進行顯示，處理器根據用戶指令對所獲取得圖像進 行處理，判斷地面目標的位置，根據地面目標的位置制作無人機飛行指令，而后將無人機飛 行指令打包成飛行指令幀，通過通信模塊14和天線18發(fā)送給無人機載飛行控制系統(tǒng)。地面 報務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進行打印，還可存儲到存 儲器25中，還通過網絡適配器發(fā)送給其它用戶或者服務器。輸入輸出接口 21還可連接鍵盤 和鼠標，鍵盤用于輸入指令或者執(zhí)行某些操作，鼠標用于執(zhí)行某些操作。
[0028]圖4本發(fā)明提供無人機目標跟蹤流程圖。如圖4所示，本發(fā)明提供的無人機目標跟 蹤方法，包括：
[0029] S01:利用無人機載攝像機連續(xù)拍攝地面圖像，并在每幅圖像中標注無人機的地面
[0030] 坐標、航向角、姿態(tài)角及獲取地面圖像時的時刻等；
[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系中，
[0032] 本發(fā)明的一個或多個實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，&〇，&1，&2，13()，13 1，132，是變換參數集，它們可以由 無人機的航向角及姿態(tài)角計算得出，也可以通過最小二乘法計算出來。
[0036] S03,對多幅地面圖像進行濾波，而后從濾波后的地面圖像中取出前景圖像，對前 景圖像進行特征提取，而后進行特征匹配；
[0037] S04:根據空間共線方程，計算出目標的平均速度和方向；
[0038] S05:根據被跟蹤目標的速度和運行方向調整無人機的航速和航向，從而跟蹤目 標。
[0039] 步驟S03中，為了測量地面目標的運行速度，必須在的拍攝的圖像中通過提取地面 目標不變的特征量來進行匹配，以便計算地面移動目標的位移。由于特征的可靠提取直接 影響匹配結果的可靠性，因此選擇合適的特征量和特征提取算法十分關鍵。通?？蛇x擇圖