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        基于圖像處理的運(yùn)載火箭目標(biāo)識(shí)別和跟蹤的理論探討

        2014-08-04 19:43:38張亞波胡經(jīng)民
        中國(guó)新通信 2014年10期
        關(guān)鍵詞:相關(guān)目標(biāo)跟蹤特征

        張亞波+胡經(jīng)民

        【摘要】 火箭發(fā)射飛行的可視化是指揮決策非常重要的一部分,通過(guò)圖像處理技術(shù),可以直觀的掌握火箭飛行過(guò)程中的關(guān)鍵動(dòng)作,以及關(guān)鍵設(shè)備的工作情況。本文分析和研究了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外成像跟蹤的前沿技術(shù),主要綜述了基于相關(guān)的跟蹤方法、基于特征的跟蹤方法和基于模型的跟蹤方法三點(diǎn),希望以此為基礎(chǔ)提出了一套適用于火箭目標(biāo)的識(shí)別與跟蹤算法。

        【關(guān)鍵詞】 目標(biāo)跟蹤 相關(guān) 特征 模型

        一、引言

        目標(biāo)跟蹤已經(jīng)成為當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱門課題,所涉及的問(wèn)題是控制、指揮、通信和情報(bào)學(xué)科發(fā)展的前沿問(wèn)題。目標(biāo)跟蹤技術(shù)在廣泛運(yùn)用在國(guó)內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域,不僅涉及到武器投射系統(tǒng)的末制導(dǎo)和飛機(jī)導(dǎo)航,而且還與工業(yè)流水線的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、光學(xué)和雷達(dá)的圖像跟蹤、導(dǎo)彈的地形和地圖匹配等也有緊密聯(lián)系。本文通過(guò)對(duì)近幾年來(lái)國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的檢索,對(duì)目標(biāo)跟蹤方法的研究現(xiàn)狀總結(jié)如下。

        二、國(guó)內(nèi)外研究綜述

        在 70至80 年代期間,美國(guó)率先將第一代的成像跟蹤系統(tǒng)運(yùn)用于軍隊(duì)中。美國(guó)國(guó)防預(yù)研局于1980 年聯(lián)合了軍種委員會(huì)創(chuàng)立了自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別工作小組。圖像跟蹤技術(shù)在圖像設(shè)備的推動(dòng)下趨于成熟,通過(guò)圖像傳感器得到的連續(xù)圖像序列,再加以相應(yīng)的計(jì)算方法,以此分析出姿態(tài)角、線速度、位置等關(guān)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的資料。在圖像跟蹤系統(tǒng)比較完善的前提下,可以采用具備CCD 攝像機(jī)和雷達(dá)或望遠(yuǎn)的地面圖像探測(cè)設(shè)備來(lái)獲得目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的圖像序列,采用比較典型的邊緣檢測(cè)算子圖像的邊界進(jìn)行檢測(cè),用此圖像跟蹤技術(shù)對(duì)目標(biāo)的位置進(jìn)行確定。我國(guó)的圖像跟蹤技術(shù)研究起步比較晚,但隨著計(jì)算機(jī)和圖像處理技術(shù)、尤其是超大規(guī)模集成電路技術(shù)(HVLSI)、大規(guī)模集成電路技術(shù)(VLSI)、以及各種傳感器技術(shù)(如微波、毫米波、激光、雷達(dá)、紅外)等技術(shù)因素在近些年內(nèi)都有比較大的進(jìn)步,在國(guó)際大環(huán)境的影響和國(guó)內(nèi)政府的大力扶持下,圖像跟蹤技術(shù)在很好的研發(fā)氛圍下得到了必要的技術(shù)條件和理論基礎(chǔ)的支持。

        三、目標(biāo)跟蹤方法綜述

        3.1 基于相關(guān)的跟蹤方法

        簡(jiǎn)言之,在當(dāng)前幀中的區(qū)域里搜索到與上一幀中目標(biāo)區(qū)域的最大相關(guān)性(correlation),這就是目標(biāo)跟蹤方法的主體思想。其具體實(shí)施方法就是在實(shí)時(shí)圖像上將系統(tǒng)的基準(zhǔn)圖像進(jìn)行不同的偏移值位移,然后遵循現(xiàn)有的相似性度量準(zhǔn)則,對(duì)每一個(gè)偏移值下重疊的基準(zhǔn)圖像及與基準(zhǔn)圖像同樣大小的實(shí)時(shí)圖像即進(jìn)行相關(guān)處理,最后再依照判別準(zhǔn)則進(jìn)行相關(guān)結(jié)果的處理,從而得出在實(shí)時(shí)圖像中分析出所被跟蹤目標(biāo)的位置。

        3.2 基于特征的跟蹤方法

        跟蹤方法的基本思想可以概括為:在進(jìn)行跟蹤時(shí),沒(méi)有對(duì)目標(biāo)的每一點(diǎn)都進(jìn)行跟蹤的必要,只要能對(duì)目標(biāo)上的某一特征點(diǎn)進(jìn)行跟蹤,對(duì)整個(gè)目標(biāo)的跟蹤就可以完成。只要保證目標(biāo)的質(zhì)心或任意一點(diǎn)具有高度的穩(wěn)定性,都可以作為跟蹤的特征點(diǎn),其高度的穩(wěn)定性是指對(duì)外界因素如噪聲、光照強(qiáng)度的變化等影響因素的抗干擾能力比較強(qiáng)。其主要思想是在實(shí)體圖像中抽取出一組能代表目標(biāo)信息的特征序列,與標(biāo)準(zhǔn)的特征序列進(jìn)行比對(duì),特征點(diǎn)選擇范圍比較廣,例如目標(biāo)的方位、大小和照度變化的敏感度,圖像的特征可以是幅度分布、頻譜,幾何特征如點(diǎn)、線、面、邊緣、紋理等。

        3.3 基于模型的跟蹤方法

        通過(guò)利用點(diǎn)、線、區(qū)域,此方法將被跟蹤的目標(biāo)擬合成一個(gè)幾何模型,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤變成了目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題。這種方法含有高層的語(yǔ)義描述和知識(shí),因此,相對(duì)于其它的跟蹤方法,它具有更強(qiáng)的可靠性。模型空間可以是真實(shí)的 3D 世界或者是簡(jiǎn)單的2D投影。因?yàn)榇朔轿茨苣軌蚰繕?biāo)的特殊性質(zhì)進(jìn)行充分的利用,相對(duì)于其他僅限于利用目標(biāo)一般特征的方法,這種方法占有更明顯的優(yōu)勢(shì),在復(fù)雜環(huán)境下這種優(yōu)勢(shì)更為明顯。它的不足,就是需要計(jì)算復(fù)雜的模型、處理模型的平移、旋轉(zhuǎn)和變形等特征,從而所耗費(fèi)比較多的計(jì)算時(shí)間。由于這種物體存在線框模型,這種跟蹤方法比較適合用于對(duì)多面體人造物體的跟蹤。

        四、總結(jié)

        己有多年研究的目標(biāo)跟蹤技術(shù)已經(jīng)具備許多算法。針對(duì)于剛體目標(biāo)和非剛體目標(biāo)的跟蹤都有相應(yīng)的計(jì)算方法、還有一些計(jì)算方法的提出是用于提高跟蹤匹配的準(zhǔn)確性和縮小目標(biāo)搜索范圍。無(wú)論是在民事上還是在軍用上,運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的跟蹤技術(shù)都發(fā)揮著非常突出的實(shí)用價(jià)值。

        參 考 文 獻(xiàn)

        [1] 尹宏鵬,柴毅,屈劍鋒,翟茹玲. 基于多關(guān)聯(lián)模板匹配的火箭目標(biāo)跟蹤算法[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2009,18:31-33+36

        [2] 霍克. 國(guó)產(chǎn)新型艦艇的多用途艦載火箭炮[J]. 艦載武器,2009,10:27-32

        [3] 尹宏鵬,柴毅,,魏洪波,郭茂耘. Mean-shift改進(jìn)算法在火箭目標(biāo)跟蹤中的應(yīng)用[J]. 重慶大學(xué)學(xué)報(bào),2010,04:120-126

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