專利名稱：一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法及其裝置。
背景技術(shù)：
在定位技術(shù)中，包括絕對(duì)定位和相對(duì)定位兩種類型。在目標(biāo)追蹤中，一般采用相對(duì)定位技術(shù)，即需要知道目標(biāo)相對(duì)于追蹤體的方位。當(dāng)然，也可由兩者的絕對(duì)位置計(jì)算出兩者的相對(duì)位置，所以，兩種定位方式都可應(yīng)用于目標(biāo)的追蹤中。絕對(duì)定位中，目前一般采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS(Global PositioningSystem)，或類似的子系統(tǒng)，該法的實(shí)現(xiàn)必須借助于高精度的定位衛(wèi)星，然而，衛(wèi)星的單點(diǎn)定位精度在百米數(shù)量級(jí)，很難直接用于目標(biāo)跟蹤中，且價(jià)格昂貴。目前隨著無線通訊的發(fā)展，借助于蜂窩電話系統(tǒng)，也能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位，它的定位原理與衛(wèi)星定位系統(tǒng)相同。也是依靠目標(biāo)所在范圍的三個(gè)領(lǐng)域蜂窩基站作為基準(zhǔn)位置，由目標(biāo)與基站的距離、角度值計(jì)算出目標(biāo)的絕對(duì)位置。這種定位方法的定位精度達(dá)到了米級(jí)，且很難做到小于3米，依然難以用于目標(biāo)追蹤系統(tǒng)中。
而相對(duì)定位目前主要有紅外或激光固定場(chǎng)景定位及紅外成像定位。紅外或激光固定場(chǎng)景定位就是在固定的場(chǎng)景散布位標(biāo)，由移動(dòng)機(jī)器人(被定位體)與位標(biāo)的相對(duì)位置計(jì)算出物體相對(duì)在場(chǎng)景中的相對(duì)位置，該法只能實(shí)現(xiàn)對(duì)固定場(chǎng)景中的目標(biāo)的追蹤，從而大大限制了目標(biāo)追蹤的靈活性。紅外成像定位的原理是靠在追蹤物體上配備紅外成像及處理儀，事先輸入目標(biāo)的紅外圖像，并在實(shí)際紅外圖像背景中搜索目標(biāo)的方法，該法需要對(duì)搜索視野中的背景圖像進(jìn)行分離、檢索、比較等一系列較復(fù)雜的過程才能完成對(duì)目標(biāo)的定位，雖然不受場(chǎng)景限制，比較靈活，但是紅外圖形的提取、確認(rèn)算法復(fù)雜，且易受相似目標(biāo)的干擾。對(duì)復(fù)雜場(chǎng)景中的跟蹤較難實(shí)現(xiàn)，且算法的復(fù)雜性導(dǎo)致了搜索速度較慢，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的跟蹤。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法及其裝置。利用紅外光的直線性較好、且不能穿越障礙物的特性，分別制作可方便安裝于目標(biāo)上的發(fā)射裝置，及安裝于追蹤體上的電子眼兩大部分。在追蹤任務(wù)中，該電子眼依靠安裝在目標(biāo)上的發(fā)射裝置發(fā)出的特定頻率的紅外光，完成目標(biāo)的方位判斷及追蹤任務(wù)。
技術(shù)方案本發(fā)明所述的用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法，其特征在于a.在追蹤目標(biāo)上安裝紅外發(fā)射器1，發(fā)射出頻率為f的紅外光；b.在執(zhí)行追蹤任務(wù)的裝置的不同位置上安裝n個(gè)頻率為f的接收器3；c.當(dāng)紅外發(fā)射器發(fā)出頻率為f的紅外光時(shí)，n個(gè)頻率為f的接收器3，根據(jù)其位置會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通或不導(dǎo)通；d.上述n個(gè)接收器產(chǎn)生的狀態(tài)形成n位編碼，2n-1種編碼組合；e.給予每種編碼組合予以相應(yīng)的方向意義，；f.根據(jù)n個(gè)接收器實(shí)際接收表現(xiàn)的編碼組合，和編碼組合被予以的方向意義判斷該追蹤目標(biāo)的方向。
設(shè)定紅外接收器3只能在紅外發(fā)射管垂直投影的一定范圍內(nèi)接收紅外發(fā)射器1發(fā)出的紅外光，且接收器在導(dǎo)通狀態(tài)產(chǎn)生的編碼設(shè)定為0，否則為1。
本方法中紅外發(fā)射器1發(fā)射出頻率為f的紅外光，接收器3接收到頻率為f的紅外光時(shí)即導(dǎo)通，產(chǎn)生編碼0。若未接到頻率為f的紅外光則產(chǎn)生編碼1。其次，若將兩個(gè)接收器放在一起則會(huì)產(chǎn)生兩位的編碼信號(hào)如00、11。再次，如果在這兩個(gè)接收器之間設(shè)置不透紅外光的擋板2，則由于擋板2的阻擋紅外光穿過的作用，適當(dāng)調(diào)整紅外發(fā)射器1與兩紅外接收器3的相對(duì)位置，會(huì)產(chǎn)生00、01、10、11四種編碼組合，分別可對(duì)應(yīng)于前方、左方、右方、后方四個(gè)方位，那么當(dāng)有n個(gè)由擋板隔開的互相獨(dú)立的紅外接收器3時(shí)，會(huì)產(chǎn)生n位的編碼，就能將空間進(jìn)行n份的劃分。n位的編碼會(huì)產(chǎn)生n(bit)位編碼，2n-1種編碼組合，追蹤方位定位精度為360°/2n-1?？梢娫趎足夠大時(shí)可以達(dá)到很高的定位精度。
一種實(shí)現(xiàn)上述方法的蜂窩電子眼裝置，其特征在于由n個(gè)紅外接收器3分別嵌入單個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)4中，單個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)4之間用不透光的擋板2間隔。
所述的n的數(shù)值大于1。
嵌入蜂窩的紅外接收器3只能在紅外發(fā)射器1垂直投影的一定范圍內(nèi)接收到紅外發(fā)射器發(fā)出的紅外光而導(dǎo)通產(chǎn)生編碼0，而在其它范圍產(chǎn)生編碼1。當(dāng)紅外發(fā)射器相對(duì)電子眼移動(dòng)時(shí)，它在電子眼上的投影也跟著移動(dòng)，使得紅外光的接收范圍也跟著移動(dòng)，即總只有電子眼中的一部分紅外接收器3能接收到紅外光產(chǎn)生編碼0(其余產(chǎn)生編碼1)。不透光的擋板2可以實(shí)現(xiàn)上述只有部分紅外接收器3在紅外發(fā)射器1垂直投影的一定范圍內(nèi)接收到紅外發(fā)射器1發(fā)出的紅外光而導(dǎo)通產(chǎn)生相應(yīng)的編碼組合。
有益效果本發(fā)明的有益效果是一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法及其裝置，能方便的分別安裝于各種需要執(zhí)行紅外追蹤任務(wù)的目標(biāo)及追蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)上，完成追蹤任務(wù)。


圖1圓臺(tái)式電子眼示意圖(n＝4)圖2電子眼結(jié)構(gòu)示意3一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)既定目標(biāo)追蹤任務(wù)的紅外定位器應(yīng)用示意4一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)既定目標(biāo)追蹤任務(wù)的紅外定位器應(yīng)用實(shí)例原理5一種能實(shí)現(xiàn)對(duì)既定目標(biāo)追蹤任務(wù)的紅外定位器應(yīng)用實(shí)例流程示意圖1-紅外發(fā)射器2-擋板3-紅外接收器4-單個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)5-電子眼A、B、C、D、E-相對(duì)位置具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述以圖1為例，含4組紅外接收器的圓臺(tái)式二維電子眼為例說明電子眼的結(jié)構(gòu)及編碼原理，在圖示的位置中，當(dāng)紅外發(fā)射器與接收電子眼的相對(duì)位置處于A位時(shí)應(yīng)產(chǎn)生0111編碼值；處于B位時(shí)應(yīng)產(chǎn)生0011編碼值；處于C位時(shí)應(yīng)產(chǎn)生1011編碼值；處于D位時(shí)應(yīng)產(chǎn)生1001編碼值；處于E位時(shí)應(yīng)產(chǎn)生1110編碼值。(從A方接收器順時(shí)針?biāo)闫?，?dǎo)通為0，不導(dǎo)通為1)即將方位分成了正前方、左前方、正左方、左后方、正后方、右后方、正右方、右前方八個(gè)方位。追蹤方位定位精度為360°/24-1＝45°。
具體實(shí)施1.依紅外遙控器制作的現(xiàn)有技術(shù)制作一定頻率的紅外發(fā)射器1一個(gè)，相應(yīng)制作n個(gè)接收同頻率的紅外接收器3，上述實(shí)施例中選擇n＝4，頻率f為38kHZ。
2.依據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合不同，制作二維、或三維空間的蜂窩電子眼5。二維電子眼用于(n＞1)平面上的追蹤，可設(shè)計(jì)成圓臺(tái)形結(jié)構(gòu)，三位電子眼用于空間范圍的追蹤(n＞2)，可設(shè)計(jì)成球形或半球形結(jié)構(gòu)。上述實(shí)施例中選擇n＝4，定位精度可以為360°/24-1＝45°。
3.把紅外發(fā)射器1固定在追蹤目標(biāo)上、將接收電子眼5固定在執(zhí)行追蹤任務(wù)的裝置上。根據(jù)空間位置校準(zhǔn)電子眼5的位置編碼信號(hào)，并設(shè)計(jì)解碼算法。如可用查表法反查出校準(zhǔn)的編碼位置值。譬如圖1的四位編碼中，正前方產(chǎn)生編碼0111，當(dāng)電子眼的編碼送入信號(hào)處理單元后，處理單元根據(jù)輸入的0111編碼，就能解碼出正前方的方位值。
4.最后將電子眼5輸出的編碼信號(hào)輸入信號(hào)處理單元，由信號(hào)處理單元根據(jù)設(shè)計(jì)的算法對(duì)編碼信號(hào)進(jìn)行位置解碼，完成紅外追蹤定位。
本發(fā)明的應(yīng)用實(shí)施例以圖3為例，按照紅外追蹤定位器制作方法首先制作頻率為38kHZ的紅外發(fā)射器兩只、紅外接收器四只，將兩只紅外發(fā)射器作為一只并列安裝于被跟蹤目標(biāo)上(安裝兩只是為了提高發(fā)射能力和可靠性)。再如圖3所示制作含兩只蜂窩的二維電子眼框架，并將紅外接收器兩兩一組分別嵌入電子眼框架的兩只蜂窩中構(gòu)成電子眼。并將該電子眼如圖3所示位置安裝于由兩臺(tái)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)的四輪目標(biāo)追蹤車上，兩臺(tái)電機(jī)分別控制電機(jī)的轉(zhuǎn)向和前進(jìn)、后退。最后依據(jù)紅外發(fā)射器與電子眼的實(shí)際測(cè)試情況記錄電子眼產(chǎn)生的編碼與實(shí)際位置情況。在圖3的安裝情況下，測(cè)試的如下的編碼與位置關(guān)系，即當(dāng)被跟蹤體在跟蹤體的正前方時(shí)，兩側(cè)的接收器都導(dǎo)通，紅外接收裝置將產(chǎn)生邏輯指令11；當(dāng)被跟蹤目標(biāo)在跟蹤體的右方時(shí)，右側(cè)的一組接收器導(dǎo)通，紅外接收裝置將產(chǎn)生邏輯指令01；當(dāng)被跟蹤體在跟蹤體的左方時(shí)，左側(cè)的一組接收器導(dǎo)通，紅外接收裝置將產(chǎn)生邏輯指令10；當(dāng)被跟蹤體在跟蹤體的后方時(shí)，兩側(cè)的接收器都不導(dǎo)通，紅外接收裝置將產(chǎn)生邏輯指令00。采用MCS51單片機(jī)作為信號(hào)處理單元，并對(duì)測(cè)試的位置編碼規(guī)則進(jìn)行編程(程序流程如圖5所示)，使該單片機(jī)能對(duì)電子眼產(chǎn)生的編碼信號(hào)進(jìn)行位置譯碼，完成定位。如圖5所示，將由電子眼產(chǎn)生的編碼信號(hào)接入單片機(jī)的輸入口，單片機(jī)通過讀取輸入口的狀態(tài)，確定被跟蹤目標(biāo)與跟蹤執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相對(duì)位置，并據(jù)此發(fā)出相應(yīng)的指令，完成對(duì)被跟蹤目標(biāo)的跟蹤。即當(dāng)單片機(jī)測(cè)得編碼信號(hào)為11時(shí)，說明目標(biāo)在正前方，輸出繼續(xù)前進(jìn)指令。
權(quán)利要求
1.一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法，其特征在于a、在追蹤目標(biāo)上安裝紅外發(fā)射器，發(fā)射出頻率為f的紅外光；b、在執(zhí)行追蹤任務(wù)的裝置的不同位置上安裝n個(gè)頻率為f的接收器；c、當(dāng)紅外發(fā)射器發(fā)出頻率為f的紅外光時(shí)，n個(gè)頻率為f的接收器，根據(jù)其位置會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通或不導(dǎo)通；d、上述n個(gè)接收器產(chǎn)生的狀態(tài)形成n位編碼，2n-1種編碼組合；e、給予每種編碼組合予以相應(yīng)的方向意義，；f、根據(jù)n個(gè)接收器實(shí)際接收表現(xiàn)的編碼組合，和編碼組合被予以的方向意義判斷該追蹤目標(biāo)的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法，其特征在于設(shè)定紅外接收器只能在紅外發(fā)射管垂直投影的一定范圍內(nèi)接收紅外發(fā)射管發(fā)出的紅外光，且接收器在導(dǎo)通狀態(tài)產(chǎn)生的編碼設(shè)定為0，否則為1。
3.一種實(shí)現(xiàn)上述方法的蜂窩電子眼裝置，其特征在于由n個(gè)紅外接收器(3)分別嵌入單個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)(4)中，單個(gè)蜂窩結(jié)構(gòu)(4)之間用不透光的擋板間隔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的蜂窩電子眼裝置，其特征在于所述的n的數(shù)值大于1。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于目標(biāo)追蹤的紅外定位方法及其裝置。其特征在于在追蹤目標(biāo)上安裝紅外發(fā)射器，發(fā)射出頻率為f的紅外光；在執(zhí)行追蹤任務(wù)的裝置的不同位置上安裝n個(gè)頻率為f的接收器；當(dāng)紅外發(fā)射器發(fā)出頻率為f的紅外光時(shí)，n個(gè)頻率為f的接收器，根據(jù)其位置會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)通或不導(dǎo)通；上述n個(gè)接收器產(chǎn)生的狀態(tài)形成n位編碼，文檔編號(hào)G01S17/66GK1834684SQ20051004181
公開日2006年9月20日 申請(qǐng)日期2005年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月18日
發(fā)明者吳轉(zhuǎn)峰, 劉衛(wèi)國, 付麗 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)