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电视形心跟踪技术在260激光电视电影经纬仪上的成功运用

2013-06-26 来源:WWW.6K.COM 责任编辑:史可林 点击:

目前,在工业生产线上的在线检测、军得敌方的有源干扰失去作用,从而克服雷达易事上的各种自动火控系统、外弹道测量仪器以受电子干扰方面的缺陷。及各类电视导引头的运用中都十分活跃。以此我所新近研制成功的260激光电视电影经技术为核心的光电跟踪仪,可大大地提高武器、纬仪,就是电视跟踪技术在实时跟踪测量设备装备的智能化水平。
  同时,因它采用全被动式的上成功运用的一个实例。它的跟踪器采用数字化结构,由两台以TMs320系列的高速数字信号处理器为核心的微机作并行处理。加之选用以统计分类及投影原理为基础的运算软件,使该机具有图象处理智能,测量精度高抗干扰能力强等一系列优点。
  当前常用的电视跟踪方法,大体可分为边缘跟踪形心跟踪及相关跟踪三种方式。边缘跟踪方式,跟踪目标的左上角边缘。它借肋于对视频信号的模拟处理即可实现,不需要过多的数字运算,结构简单、反应速度快。
  是运用最早,对强对比目标十分有效的一种方法。由于跟踪点随目标的姿态和光照条件变化而变动,抗干扰能力差,随机误差大。形心跟踪方式,以目标的形状中心(在等密度的前提下,它接近目标的重心)为跟踪点。
  为确定跟踪点,需要获取目标的形状信息,并进行相应的运算。因而,结构较边缘复杂。形心跟踪受目标姿态的改变及光照条件变化的影响较小,跟踪精度高、平稳性好。
  相关跟踪,以目标的特征形状为参照,可跟踪任意复杂背景和状态下的目标或其上的指定点。对识别复杂背景中的目标能力优于上述二者。由于它所需的运算量大,按目前的硬件水平,为实现实时处理,参考窗的尺寸不能选得太大。
  这样,将使特征点易受各种干扰,对稳定跟踪不利。我们研制的形心跟踪器适用于不十分复杂背景下的中小目标。目标在显示屏幕上的大小,大到占据视场的3/4,小到仅占一行,当信噪比足够时,均可稳定跟踪。
  微机对直方图进行分析,最终得出一张分类表。A/D变换器输出的视频数字信号,也就是每像素点的灰级值,作为地址去查询存放在高速RAM中的分类表,即可实时地产生分类后的目标区二值图象。这张分类表是依据逐场更新的直方图信息,经过处理于当场得到的,因而它具有足够的实时性。视频处理器输出的目标区二值图,一路送监示器显示,另一路送投影处理器。投影处理器按投影计算原理,对二值图进行沿x、夕方向的投影分解。对沿各自方向所围成的投景面积分成8等份,取4等份处所对应:坐标为目标的形心位置。由此位置计算出目标的形心脱靶量及目标的大小,并实时修改自动跟踪窗尺寸,交由跟踪窗控制器产生随目标大小而变和自动跟踪窗。形心脱靶量以模拟和数字两种方式,分送经纬仪伺服系统和主计算机。以完成对运动目标的自动跟踪、脱靶量的实时输出与记录。投影处理器的另一任务,是在有关分系统的协同下,完成经纬仪在几种跟踪方式之间的平稳转换。视频处理器与投影处理器均以TMs32o系列高速数字信号处理器为核心,外加各种辅助芯片组成。由二者构成的双机系统采用并行处理及流水线结构,使电视形心跟踪器具有时处理能力。三、状态转换44目前一些光电跟踪测量设备都具有多种跟踪方式,这无疑为这些设备增添了功能。但是,在执行任务中需要在各种跟踪方式间进行动态转换时,由于系统的暂态过程、切换开关的时间滞后,切换瞬间脱靶量的大小等因素,往往造成在突然切换时产生过冲,使目标逸出视场,导致丢失目标。因此,各种跟踪方式间的可靠切换,是发挥食品良好跟踪性能的重要问题。260经纬仪具有半自动跟踪、电视自动跟踪及数字引导三种方式。我们采用随机零点技术,有效地解决了动态跟踪中各种方式的平稳转换问题。其基本思想是:当被跟踪的目标由半自动或其它方式引入视场,转入电视自动跟踪时,不立即将此时的脱靶量以阶跃形式加入伺服系统,而是以目标在转换瞬间所处的位置为随机零点,滞留在原处23秒后,由电视跟踪器逐步送出一适当小的脱靶量给伺服系统,使其将系统从随机零点逐渐平稳地向真实零点转移。在到达真实零点的一个小范围后,由电视跟踪器发出真实脱靶量,使系统进入真实跟踪状态。从而,将以往突然切换时产生的过冲状态从根本上加在克服。变成为平滑过渡、稳定可靠的转换过程。随机零点技术在260经纬仪中实施后,经过多次外场实验和靶场实用表明其设计思想正确,程序编制合理、系统动作协调、操作简便,大大减轻了操作人员在转换状态时的心理压力,从而提高了整机的可靠性。四、实用效嗯装有电视形心跟踪器的260经纬仪,于1989年9一11月,在长春大房身机场进行了外场实验。为了检验电视跟踪器的视频处理能力,曾对从起飞、空中盘旋直至着陆的飞行全过程所经历的不同光照条件、晴空和薄云的不同背景,及各种飞行姿态的飞机进行了跟踪均取得了良好的效果。经巧妙设计图象预处理电路与视频处理器的分类算法相结合,具有较强的目标分离能力。尤其值得一提的是,我们曾对飞行背景为片状薄云的教练机这种较为复杂的景物,成功地将目标分离出来,并进行了稳定可靠的自动跟踪。这种成功,在统计分类的设计原理上也是没有料到的。199。年5月,260经纬仪圆满地通过了室内检测,包括正弦跟踪下的精度测试,其各项指标均符合或优于技术要求。1990年10一12月间,在海军试验基地进行了外场校飞实验。夜间连续跟踪星体5小时左右,比对了电影摄影测量精度和电视测量精度。对海上的靶船及空中的飞机,进行了跟踪测量。在海面浪花闪烁的强背景光下,多次以极高的成功率对不装合作目标的掠海飞行导弹,进行了单站电视自动跟踪与测量,距离达25km。激光以高回波距离达到10.4km。在导弹短短几十秒的飞行过程中,整个设备由导弹发射瞬间的半自动拦截捕获,到迅速而平稳地转入电视自动跟踪状态,进行了实时、高精度的跟踪与测量。实践证明,电视形心跟踪器具有良好的整机实用性能。五、结论与讨论电视形心跟踪技术已成功运用在260经纬仪上,提高了经纬仪的跟踪测量精度,增强了它的自动化水平。电视形心跟踪器由于采用了数字图象处理技术,不仅结构简洁、性能稳定、抗干扰能力强,而且具有灵活的可编程性,可适用在不同场合中。例如,若用红外、微光成像器件等取代现在使用的可见光摄像机,就可在基本与结构不变的情况下,只作少量的软件修改即能应用。应当指出,在背景十分复杂或者目标大到充满视场,而必须跟踪特征点的情况下,相关跟踪方式有其原理性的优点。因此,它与形心跟踪方式的相互补充,是十分必要而有效的。此工作是一项长期的集体研究成果。早在八十年代初,就在高级工程师朱云清同志的指导下开始进行。承担260经纬仪总体工作的姚立常、王义以及葛文奇同志对推动和协助此项工作的完成起了重要的作用。负责和参加此项工作的,还有黄廉卿、张渤琳、刘丽琴、郭廷政、张锦昌、马力男和白雨虹。
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