(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811058906.3
(22)申请日 2018.09.11
(71)申请人 西安应用光学研究所
地址 710065 陕西省西安市雁塔区电子三
路西段九号
(72)发明人 边赟 吴斌 王惠林 杨光 宁飞
任元斌 郑凤翥 常新宇 赵文峰
(74)专利代理机构 西北工业大学专利中心
61204
代理人 陈星
(51)Int.Cl.
G05D 3/12(2006.01)
H04N 5/232(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种机载光电系统目标快速
捕获方法，属于机载光电侦察指示技术领域。本
发明中在机载光电系统惯性模式下，操作手观察
的显控设备上手指触碰目标，显控设备获得当前
图像上被选择的像素点坐标后，先通过机载电缆
或无线数据链传送给光电系统任务管理器，后者
再通过系统内部总线传送给光电系统视频跟踪
器和伺服解算及驱动器。伺服驱动器根据解算结
果驱动光电系统运动，使其瞄准线指向目标位
置，完成目标捕获与跟踪。该方法显著提高了目
标捕获的快速性和便捷性。权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 109358656 A 2019.02.19
C N 109358656
A
1.一种适用于机载光电系统的目标捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：光电系统在惯性态工作模式下搜索和侦察目标，当操作手发现目标后，根据图像信息调整光电传感器到合适视场，选择图像中的需要捕获的目标并触碰或鼠标点击该目标点；
步骤2：显控设备响应该点击操作，采集触碰或鼠标点击位置，并产生跟踪指令；其中点击位置在屏幕坐标系下的坐标为(x，y)，
根据坐标变换公式
得到点击位置在光电图像坐标系下的像素坐标(u，v)，其中(X，Y)为显示屏分辨率，(U，V)为光电系统
图像分辨率；显控设备将点击位置的像素坐标值和跟踪指令通过光电系统控制总线发送到光电系统任务管理器；
步骤3：光电系统任务管理器对接收到的跟踪指令和点击位置的像素坐标数据进行解析，再将解析后的像素坐标位置和跟踪指令发送到光电系统图像跟踪器；同时光电系统任务管理器将光电系统的工作模式调整为跟踪模式，并将工作模式调整指令发给光电系统图像跟踪器和光电系统伺服解算器；
光电系统图像跟踪器以收到的像素坐标位置为中心建立跟踪波门，实时计算当前图像中心十字线与跟踪波门的像素偏差值并反馈至光电系统任务管理器；
步骤4：光电系统任务管理器将像素偏差值发送给光电系统伺服解算器进行解算处理：光电系统伺服解算器先将像素偏差值转换为角位置偏差值，然后以角位置偏差值作为光电系统驱动控制器的输入指令，驱动电机使光电系统转塔发生调转，形成闭环控制。
2.根据权利要求1所述一种适用于机载光电系统的目标捕获方法，其特征在于：所述闭环控制过程为：从光电系统转塔启动调转开始，通过对陀螺速度积分来判断调转所经历的角位置值，并和输入的角位置偏差值做差，得到的差值作为光电系统驱动控制器的输入，若调转经历的角位置值等于角位置偏差值输入，则结束调转，否则继续调转。
权 利 要 求 书1/1页CN 109358656 A
一种适用于机载光电系统的目标捕获方法
技术领域
[0001]本发明属于机载光电系统技术领域，涉及一种适用于机载光电系统的目标捕获方法。
背景技术
[0002]机载光电系统一般都采用手压摇杆移动图像十字压中目标后确认跟踪的方式来捕获目标。载机与目标的相对运动会对目标的捕获跟踪产生较大的影响，载机在飞行过程中的姿态变化和平动影响可通过光电平台惯性稳定和线性运动补偿的方式进行一定程度的克服，但对于高速移动的地面目标而言，手动快速准确捕获目标并不容易，特别是当在载机处于大的机动时，由于线性运动补偿方法的精度有限，手动快速准确捕获目标仍很困难。当载机为无人机时，受无人机系统与地面站操控设备间数据链传输时延的影响，操作手通过手压摇杆快速准确捕获目标更加困难。高速移动目标出现在光电系统视场中的时间很短，目标在视场移动很快，加之上述手动快速准确捕获的困难因素，给操作手带了较大的心理负担和操作压力，因此迫切需要到一种新的目标捕获方法，以实现对目标的快速准确捕获。
发明内容
[0003]为克服现有机载光电系统采用手压摇杆方式难以快速准确捕获目标的问题，本发明提出一种适用
于机载光电系统的目标捕获方法，当图像显示屏为触摸屏的显控设备上可用手指直接点击目标，在非触摸显示屏上可以采用鼠标点击目标的方式。
[0004]本发明的技术方案为：
[0005]所述一种适用于机载光电系统的目标捕获方法，其特征在于：包括以下步骤：[0006]步骤1：光电系统在惯性态工作模式下搜索和侦察目标，当操作手发现目标后，根据图像信息调整光电传感器到合适视场，选择图像中的需要捕获的目标并触碰或鼠标点击该目标点；
[0007]步骤2：显控设备响应该点击操作，采集触碰或鼠标点击位置，并产生跟踪指令；其中点击位置在屏幕坐标系下的坐标为(x，y)，根据坐标变换公式
[0008]
[0009]得到点击位置在光电图像坐标系下的像素坐标(u，v)，其中(X，Y)为显示屏分辨率，(U，V)为光电系统图像分辨率；显控设备将点击位置的像素坐标值和跟踪指令通过光电系统控制总线发送到光电系统任务管理器；
[0010]步骤3：光电系统任务管理器对接收到的跟踪指令和点击位置的像素坐标数据进行解析，再将解析后的像素坐标位置和跟踪指令发送到光电系统图像跟踪器；同时光电系
统任务管理器将光电系统的工作模式调整为跟踪模式，并将工作模式调整指令发给光电系统图像跟踪器和光电系统伺服解算器；
[0011]光电系统图像跟踪器以收到的像素坐标位置为中心建立跟踪波门，实时计算当前图像中心十字线与跟踪波门的像素偏差值并反馈至光电系统任务管理器；
[0012]步骤4：光电系统任务管理器将像素偏差值发送给光电系统伺服解算器进行解算处理：
[0013]光电系统伺服解算器先将像素偏差值转换为角位置偏差值，然后以角位置偏差值作为光电系统驱动控制器的输入指令，驱动电机使光电系统转塔发生调转，形成闭环控制。[0014]进一步的优选方案，所述一种适用于机载光电系统的目标捕获方法，其特征在于：所述闭环控制过程为：从光电系统转塔启动调转开始，通过对陀螺速度积分来判断调转所经历的角位置值，并和输入的角位置偏差值做差，得到
的差值作为光电系统驱动控制器的输入，若调转经历的角位置值等于角位置偏差值输入，则结束调转，否则继续调转。[0015]有益效果
[0016]本发明的有益效果体现在以下方面：
[0017](1)本发明利用已有的图像自动跟踪技术，提出通过显控设备上光电图像直接点选的方式来实现目标的捕获跟踪，解决了传统手压摇杆移动图像十字捕获目标困难的问题，提高了载机大机动或目标快速移动时捕获目标的便捷性、快速性，减轻了操作人员的压力。
[0018](2)本发明所述方法的实现，不需要额外增加光电系统或显控设备的硬件资源，仅需基于现有图像处理和伺服控制算法增加软件处理方法和流程，应用方式简单、移植性强。
附图说明
[0019]图1是目标捕获方法实现流程图；
[0020]图2是根据目标图像信息点选目标示意图；
[0021]图3是根据所选目标点建立跟踪波门示意图；
[0022]图4是伺服系统调转到位示意图。
具体实施方式
[0023]下面结合附图及实例对本发明作进一步的详述。
[0024]本发明选取某型无人机载光电系统，利用该方法捕获地面目标为例，详细说明这种目标捕获的实现方法。
[0025]该光电系统挂载在某型无人机上，执行侦察监视和目标指示任务。该光电系统包括连续变焦的电视摄像机、伺服解算器、任务管理器、图像跟踪器和综合显控装置。本发明通过综合显控装置、任务管理器、图像跟踪器、伺服解算器、伺服驱动器回路实现，该方法实现流程如图1所示。
[0026]无人机挂载光电系统飞行，在惯性态工作模式下搜索和侦察目标，操作人员当发现感兴趣目标后，首先将连续变焦电视摄像机视场调整到合适大小，使目标较稳定地出现在电视摄像机视场中。为实现快速捕获目标，操作手根据目标在显控设备上的图像信息用鼠标在图像显示屏上点击该目标，如图2所示。
[0027]显控设备上运行的显控软件响应该点击操作，采集手指或鼠标点击位置，并产生跟踪指令。由于点击操作产生的直接位置坐标为屏幕坐标，须根据式(1)进行坐标变换。设(X，Y)为显示设备分辨率，(U，V)为光电图像分辨率，(x，y)为显示设备上的点击坐标位置，则目标点在光电图像上的像素坐标(u，v)为
[0028]
[0029]显控设备将该像素坐标值和跟踪指令通过机载数据链和光电系统控制总线(异步422)发送到光电系统任务管理器。
[0030]任务管理器收到该指令和数据后，通过指令解析后调用与图像跟踪器通讯任务进行处理，向图像跟踪器发送跟踪指令和目标点在光电图像上的像素坐标(u，v)，同时调用工作模式处理任务将当前光电系统工作模式置为跟踪模式并发给图像跟踪器和伺服解算器。[0031]图像跟踪器接收到跟踪指令和目标点在图像上的像素坐标后，以目标点所在位置为中心建立图像跟踪波门，如图3所示。实时将跟踪波门中心位置与图像中心十字线的像素偏差值和跟踪器正在跟踪的状态信息反馈至任务管理器。任务管理器实时调用伺服解算器在跟踪控制回路中对该偏差值进行解算处理。
[0032]伺服解算器根据当前视场值将跟踪波门中心位置与图像中心的像素偏差值转换为需要调转的角位置偏差信息，并开启图像捕获的标志。然后以角位置偏差值作为驱动控制器的输入指令，驱动电机进而
使光电系统转塔发生调转，形成闭环控制。从光电系统转塔启动调转开始，通过对陀螺速度积分来判断调转所经历的角位置值，并和输入的角位置偏差做差，差值作为驱动控制器的输入，若调转经历的角位置值等于角位置偏差输入，则结束调转，否则继续调转。
[0033]当光电系统方位和俯仰角均调转到位后，代表瞄准线的中心十字线与代表图像目标的跟踪波门重合，实现了对所选目标的快速捕获与稳定跟踪，如图4所示。
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