專利名稱：一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及目標(biāo)識別跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
國外對運動目標(biāo)跟蹤與傳輸系統(tǒng)的研究起步比國內(nèi)早了很長一段時間，由于受到高度重視而且資金充裕，因此這方面的技術(shù)比國內(nèi)先進了很多。九十年代中期，俄羅斯人James和同事在國家工業(yè)技術(shù)發(fā)展委員會的資助下，研究出一種能夠裝在機器人上的可轉(zhuǎn)動攝像機，這種攝像機可以較準(zhǔn)確的完成對運動目標(biāo)的實時跟蹤，雖然有一些不足，但是仍然取得了一定的成果。隨后，美國國家軍用裝備部也開展了一項針對于城市和戰(zhàn)場監(jiān)控的主動視頻跟蹤技術(shù)，該技術(shù)主要有兩個方面，一方面是使用攝像頭靜止的情況下對運動目標(biāo)的跟蹤。而另外一方面則是利用將攝像機裝在可以轉(zhuǎn)動的平臺來完成對目標(biāo)的跟蹤。在此計劃中，要考慮到運動目標(biāo)和攝像機在空間中的相對位置估計，主動攝像機控制和多個攝像機聯(lián)合跟蹤等問題。此外還有，一種基于視頻圖像處理的交通監(jiān)管系統(tǒng)也有英國的個人開發(fā)出來，這種系統(tǒng)可以對監(jiān)控到的各個路段進行監(jiān)控，并做出相應(yīng)的交通信息統(tǒng)計，還可以對處于攝像機監(jiān)控下的交通意外事故進行監(jiān)控。Wei等人開發(fā)出了一種用于交通意外事故的視頻監(jiān)控系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以使用在對來往車輛的監(jiān)控，并對來往車輛進行運動路線判斷。而國內(nèi)就運動目標(biāo)跟蹤和傳輸這一領(lǐng)域則研究的較晚，與國外有著相當(dāng)大的差距。2001年，清華大學(xué)開發(fā)出了一套視覺偵察系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要應(yīng)用于戶外危險環(huán)境中，在這種系統(tǒng)中，通過在汽車上安裝可以轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)臺，并將攝像機固定在轉(zhuǎn)臺上，系統(tǒng)首先通過攝像機視野內(nèi)的信息采集到，然后將車載轉(zhuǎn)臺的位置信息數(shù)據(jù)和圖像信息到一起通過串口的方法發(fā)送給處理機。然后通過得到的信息使用處理設(shè)備對所感興趣的物體進行分析處理，再通過控制系統(tǒng)的運算的將轉(zhuǎn)臺所要完成的動作發(fā)送給轉(zhuǎn)臺，轉(zhuǎn)臺根據(jù)接收到的信息而進行相應(yīng)的動作，這樣就完成對運動目標(biāo)的跟蹤，該系統(tǒng)完成了車載轉(zhuǎn)臺對視野內(nèi)的一輛汽車完成了準(zhǔn)確的跟蹤。中國社科院自動化研究所在2005年提出了一種基于圖像的視覺伺服智能機械手臂系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，該系統(tǒng)有5個自由度構(gòu)成，其中兩個自由度是機器手腕和三個操縱桿的智能機械手臂。攝像機裝兩個自由度的機械上，將這五個自由度的機械安裝在可移動的平臺上，使用這個智能機械手臂可以順利的實現(xiàn)對目標(biāo)的運動速度小于
0.4m/s的運動目標(biāo)的實時主動的跟蹤。但是以上實時的圖像跟蹤系統(tǒng)并未解決下列問題:
(I)運動目標(biāo)的尺度伸縮變化和形變:在跟蹤過程中目標(biāo)的平移或者旋轉(zhuǎn)運動，引起與攝像機的距離和視角發(fā)生變化，會造成目標(biāo)圖像的尺度伸縮變化和形變，這些變化會造成目標(biāo)圖像表達的非線性變化，從而導(dǎo)致跟蹤的失效；(3)目標(biāo)模板的更新:由于運動目標(biāo)在跟蹤的過程中伴隨著尺度變化、形變以及場景光線亮度的變化，需要定義合理的模板更新策略，避免運動目標(biāo)的漂移。本實用新型正是基于以上背景提出的。發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，不但能實現(xiàn)對運動目標(biāo)的跟蹤捕獲而且能通過以太網(wǎng)實時傳輸跟蹤視頻，補充了現(xiàn)有某型高炮對目標(biāo)跟蹤的方式。本實用新型目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，包括圖像處理單元、實時圖像傳輸單元、瞄具及隨動系統(tǒng)和PC機端，瞄具一端與圖像處理單元連接，另一端與隨動系統(tǒng)連接，實時圖像傳輸單元一端與圖像處理單元連接，另一端與PC機端，圖像處理單元與隨動系統(tǒng)連接；瞄具中的攝像頭把采集的空中運動目標(biāo)視頻信息，傳遞給圖像處理單元進行目標(biāo)圖像跟蹤處理，同時通過隨動系統(tǒng)控制瞄具轉(zhuǎn)動跟蹤運動目標(biāo)，并把目標(biāo)跟蹤圖像經(jīng)過實時圖像傳輸單元以高速以太網(wǎng)方式傳輸給PC機端，用以監(jiān)測目標(biāo)跟蹤。本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比其顯著的效果是:1、采用合理的目標(biāo)模板更新策略有效解決運動目標(biāo)的尺度伸縮變化和形變帶來的問題；2、由于采用新型的圖像匹配算法，相對于其它相關(guān)匹配算法具有較好的魯棒性和準(zhǔn)確性。由于圖像采樣時間很短，下一幀目標(biāo)的位置距離上一幀的位置在一定的范圍內(nèi)，因此并沒有對整幅圖像中進行匹配。這樣，減少了搜索范圍，提高了系統(tǒng)的處理速度和跟蹤實時性；3、加入以太網(wǎng)實時傳輸功能，可以通過網(wǎng)絡(luò)上的計算機實時監(jiān)控目標(biāo)跟蹤過程，具有新穎性和實用性。

圖1為本實用新型所述基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型所述圖像處理單元的組成示意圖。圖3為本實用新型所述微控制器核心模塊組成示意圖。圖4為本實用新型所述實時圖像傳輸單元的組成示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖，對本實用新型作進一步詳細描述。參見圖1，基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)包括圖像處理單元1、實時圖像傳輸單元2、瞄具3及隨動系統(tǒng)4和PC機端5。瞄具3中的攝像頭把采集的空中運動目標(biāo)視頻信息，傳遞給圖像處理單元I進行目標(biāo)圖像跟蹤處理同時通過隨動系統(tǒng)4控制瞄具3轉(zhuǎn)動跟蹤運動目標(biāo)，并把目標(biāo)跟蹤圖像經(jīng)過實時圖像傳輸單元2以高速以太網(wǎng)方式傳輸給PC機端5，用以監(jiān)測目標(biāo)跟蹤過程。結(jié)合圖2和圖3，圖像處理單元I包括微控制器核心模塊6、同步動態(tài)存儲SDRAM7、數(shù)據(jù)存貯器FlashS、解碼器9和編碼器10。圖像處理單元I是整個系統(tǒng)的核心部件，它把采集可見光視頻信號經(jīng)視頻解碼器9轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入微控制器核心模塊6進行處理，一方面提取出目標(biāo)信息，對采集的信息進行目標(biāo)圖像跟蹤處理，把將處理后的視頻圖像寫入緩沖器FIFO中，控制視頻編碼器10將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)位置，通過隨動系統(tǒng)4控制瞄具3轉(zhuǎn)動跟蹤運動目標(biāo)；其中同步動態(tài)存儲SDRAM8和數(shù)據(jù)存貯器Flash8是擴展所需的外部存儲器，用來提高數(shù)據(jù)處理速度。微控制器核心模塊6包括微控制器11、第一電源電路14、第一時鐘電路13、第一復(fù)位電路12和第一調(diào)試接口 15。第一電源電路14為微控制器11提供工作電源,第一時鐘電路13為微控制器11提供時鐘信號，第一復(fù)位電路12用于在微控制器11工作出現(xiàn)故障時提供復(fù)位信號，第一調(diào)試接口 15用于將應(yīng)用程序下載到微控制器以及在微控制器11工作時觀測微控制器內(nèi)部的工作情況。結(jié)合圖4，實時圖像傳輸單元2包括圖像編碼壓縮嵌入式處理器16、第二電源電路17、第二時鐘電路18、第二復(fù)位電路19、第二調(diào)試接口 20和高速以太網(wǎng)接口 21。 實時圖像傳輸單元2主要實現(xiàn)圖像編碼壓縮及實時傳輸功能，它把圖像處理單元I輸出的模擬信號經(jīng)圖像編碼壓縮嵌入式處理器16進行硬壓縮編碼，再經(jīng)高速以太網(wǎng)接口 21把壓縮壓縮編碼后的數(shù)字信號通過網(wǎng)線傳輸?shù)絇C機端5 ;其中第二電源電路17提供工作電源，第二時鐘電路18提供時鐘信號，第二復(fù)位電路19用于在出現(xiàn)故障時提供復(fù)位信號，第二調(diào)試接口 20用于調(diào)試工作。系統(tǒng)采用實時流協(xié)議，此外為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬，系統(tǒng)采用最新視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，包括圖像處理單元(I)、實時圖像傳輸單元(2)、瞄具(3)及隨動系統(tǒng)(4)和PC機端(5)，其特征在于:瞄具(3)—端與圖像處理單元(I)連接，另一端與隨動系統(tǒng)(4)連接，實時圖像傳輸單元(2)—端與圖像處理單元(I)連接，另一端與PC機端(5)，圖像處理單元(I)與隨動系統(tǒng)(4)連接；瞄具(3)中的攝像頭把采集的空中運動目標(biāo)視頻信息，傳遞給圖像處理單元(I)進行目標(biāo)圖像跟蹤處理，同時通過隨動系統(tǒng)(4)控制瞄具(3)轉(zhuǎn)動跟蹤運動目標(biāo)，并把目標(biāo)跟蹤圖像經(jīng)過實時圖像傳輸單元(2 )以高速以太網(wǎng)方式傳輸給PC機端(5 )，用以監(jiān)測目標(biāo)跟蹤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述的圖像處理單元(I)包括微控制器核心模塊(6)、同步動態(tài)存儲SDRAM(7)、數(shù)據(jù)存貯器Flash (8)、解碼器(9)和編碼器(10);微控制器核心模塊(6)分別與同步動態(tài)存儲SDRAM(7)、數(shù)據(jù)存貯器Flash (8)、解碼器(9)和編碼器(10)連接；采集的空中運動目標(biāo)視頻信息經(jīng)視頻解碼器(9)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，然后送入微控制器核心模塊(6)進行處理，提取出目標(biāo)信息，對采集的信息進行目標(biāo)圖像跟蹤處理，將處理后的視頻圖像寫入輸出幀緩沖FIFO中，控制視頻編碼器(10)將其轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)制式的模擬電視信號輸出，其中同步動態(tài)存儲SDRAM(7)和數(shù)據(jù)存貯器Flash (8)是擴展所需的外部存儲器，用來提高數(shù)據(jù)處理速度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:微控制器核心模塊(6)包括微控制器(11)、第一電源電路(14)、第一時鐘電路(13)、第一復(fù)位電路(12)和第一調(diào)試接口(15)，微控制器(11)分別與第一電源電路(14)、第一時鐘電路(13)、第一復(fù)位電路(12)、第一調(diào)試接口(15)連接；第一電源電路(14)為微控制器(II)提供工作電源，第一時鐘電路(13)為微控制器(11)提供時鐘信號，第一復(fù)位電路(12 )用于在微控制器(11)工作出現(xiàn)故障時提供復(fù)位信號，第一調(diào)試接口(15)用于將應(yīng)用程序下載到微控制器以及在微控制器(11)工作時觀測微控制器內(nèi)部的工作情況。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，其特征在于:所述的實時圖像傳輸單元(2)包括圖像編碼壓縮嵌入式處理器(16)、第二電源電路(17)、第二時鐘電路(18)、第二復(fù)位電路(19)、第二調(diào)試接口(20)和高速以太網(wǎng)接口(21)，圖像編碼壓縮嵌入式處理器(16)分別與第二電源電路(17)、第二時鐘電路(18)、第二復(fù)位電路(19)、第二調(diào)試接口(20)和高速以太網(wǎng)接口(21)連接；實時圖像傳輸單元(2)主要實現(xiàn)圖像編碼壓縮及實時傳輸功能，它把圖像處理單元(I)輸出的模擬信號經(jīng)圖像編碼壓縮嵌入式處理器(16)進行硬壓縮編碼轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，再經(jīng)高速以太網(wǎng)接口(21)把壓縮編碼后的數(shù)字信號通過網(wǎng)線傳輸?shù)絇C機端(5);其中第二電源電路(17)提供工作電源，第二時鐘電路(18)提供時鐘信號，第二復(fù)位電路(19)用于在出現(xiàn)故障時提供復(fù)位信號，第二調(diào)試接口( 20 )用于調(diào)試工作。
專利摘要本實用新型公開了一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，一種基于以太網(wǎng)的空中運動目標(biāo)識別跟蹤系統(tǒng)，包括圖像處理單元、實時圖像傳輸單元、瞄具及隨動系統(tǒng)和PC機端，瞄具一端與圖像處理單元連接，另一端與隨動系統(tǒng)連接，實時圖像傳輸單元一端與圖像處理單元連接，另一端與PC機端，圖像處理單元與隨動系統(tǒng)連接；瞄具中的攝像頭把采集的空中運動目標(biāo)視頻信息，傳遞給圖像處理單元進行目標(biāo)圖像跟蹤處理，同時通過隨動系統(tǒng)控制瞄具轉(zhuǎn)動跟蹤運動目標(biāo)，并把目標(biāo)跟蹤圖像經(jīng)過實時圖像傳輸單元以高速以太網(wǎng)方式傳輸給PC機端，用以監(jiān)測目標(biāo)跟蹤。本實用新型結(jié)構(gòu)精簡，圖像處理速度快，目標(biāo)跟蹤實時性強，經(jīng)濟效益可觀，可廣泛用于軍工領(lǐng)域。
文檔編號H04N7/18GK203015024SQ20122070346
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月19日
發(fā)明者呂明, 高天成, 唐曉冬, 郭曉丹, 陳耀波, 錢軍, 高文昀, 莊相如, 周凱, 張捷, 趙高鵬, 郭鵬飛, 郎科偉, 繆曉龍 申請人:北方信息控制集團有限公司