專利名稱：車載紅外跟蹤系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于紅外成像及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種車載紅外跟蹤系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前國內(nèi)外各種紅外跟蹤系統(tǒng)大多用于軍事方面，例如紅外制導(dǎo)、紅外雷達(dá)、對付 海面目標(biāo)及超低空目標(biāo)等等，而用于民用的還很少見。在缺少可見光的時候，紅外熱像儀可 以利用紅外探測器和光學(xué)成像系統(tǒng)接收被測目標(biāo)的紅外輻射能量分布圖形，將其反映到紅 外探測器的光敏元件上，從而獲得被拍攝目標(biāo)的紅外像圖，并根據(jù)圖像處理的方法，對目標(biāo) 實施跟蹤。普通的汽車沒有圖像采集系統(tǒng)，較高檔的汽車也只會對車后方的情景進(jìn)行采集。 而且目前市場上還沒有車載紅外跟蹤系統(tǒng)對目標(biāo)進(jìn)行紅外圖像采集與識別、跟蹤的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種車載紅外跟蹤系統(tǒng)。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了下述技術(shù)方案所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)包括圖像處理及顯示部分、圖像采集部分及圖像采集平 臺；其中所述圖像處理及顯示部分包括無線通訊模塊、GPS模塊、自適應(yīng)閾值分割模塊、偏 差校正模塊、供電模塊、觸摸屏、存儲模塊、按鍵模塊以及連接并控制該所述無線通訊模塊、 GPS模塊、自適應(yīng)閾值分割模塊、偏差校正模塊、供電模塊、觸摸屏、存儲模塊、按鍵模塊、轉(zhuǎn) 臺驅(qū)動模塊、可變焦光學(xué)系統(tǒng)、激光測距模塊的ARM控制模塊；所述圖像采集部分包括可變 焦光學(xué)系統(tǒng)、焦平面紅外探測器、激光測距模塊、數(shù)據(jù)接口以及連接并處理該所述焦平面紅 外探測器的多路模擬信號處理單元；所述圖像采集平臺包括可旋轉(zhuǎn)支架、直流力矩電機以 及驅(qū)動圖像采集部分旋轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊。所述數(shù)據(jù)接口采用M引腳的標(biāo)準(zhǔn)接口，其中包括10個信號數(shù)據(jù)位，一個模擬信號 電源、模擬信號接地、數(shù)字信號電源、數(shù)字信號接地、AF自聚焦電源、AF自聚焦接地、水平驅(qū) 動信號、垂直驅(qū)動信號、控制總線、外接電源，兩個時鐘信號；一個直流力矩電機電源，直流 力矩電機接地。所述自適應(yīng)閾值分割模塊使用的是多假設(shè)跟蹤算法，包括Kalman濾波預(yù)測、門限 關(guān)聯(lián)和多假設(shè)跟蹤與軌跡管理，分為兩級跟蹤，通過二級跟蹤過程的閾值計算反饋調(diào)整平 臺閾值，實現(xiàn)了對目標(biāo)的檢測，保證了目標(biāo)跟蹤的實時性、穩(wěn)定性。由此實現(xiàn)對紅外小目標(biāo)、 遠(yuǎn)距離目標(biāo)的高效跟蹤。圖像采集部分根據(jù)跟蹤目標(biāo)的位置變化，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并鎖定跟蹤目標(biāo)。所述觸摸屏右上角顯示與目標(biāo)方向一致的箭頭指示目標(biāo)的方向；觸摸屏左上角顯 示目標(biāo)的距離、定位；觸摸屏左下角顯示備選的三種模式。所述觸摸屏有三種顯示模式模式一使圖像采集部分保持向前的位置，即拍攝車正前方的路況，適合用于夜晚 和大霧天氣行車的時候；
模式二 通過手控?fù)u桿調(diào)節(jié)圖像采集部分的拍攝方向，尤其是在夜晚、大霧的天 氣，可對周圍隱藏的目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)識別；模式三通過點擊觸摸屏上的對象，確定跟蹤目標(biāo)，圖像采集部分自動對目標(biāo)實施 跟蹤并指示方向。所述觸摸屏的下部有一搖桿，當(dāng)選擇模式二的時候，可以通過搖桿控制圖像采集 部分的方向。所述GPS模塊將被跟蹤的目標(biāo)定位。所述無線通訊模塊將數(shù)據(jù)無線上傳到服務(wù)器當(dāng)中。該車載紅外跟蹤系統(tǒng)將圖像采集部分放在汽車車頂?shù)那岸瞬糠郑糜诓杉嚽?方目標(biāo)的紅外圖像，并將圖像傳到車內(nèi)的圖像處理及顯示部分，通過觸摸屏顯示出來，并通 過觸摸屏選定目標(biāo)，對目標(biāo)進(jìn)行非均勻性校正、信號預(yù)處理、閾值分割、目標(biāo)提取、二級軌跡 跟蹤；再通過偏差矯正，控制轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊驅(qū)動圖像采集部分旋轉(zhuǎn)，使目標(biāo)始終鎖定在觸摸 屏中央?yún)^(qū)域；根據(jù)圖像采集部分與車水平方向的角度，在觸摸屏中顯示相應(yīng)角度的箭頭，指 示被跟蹤目標(biāo)的方向；同時利用GPS模塊定位，確定跟蹤目標(biāo)的位置；利用激光測距模塊， 測量車與跟蹤目標(biāo)的距離，并將上述信息與被跟蹤目標(biāo)的紅外圖像一起顯示在車內(nèi)觸摸屏 中，再通過無線通訊模塊將目標(biāo)信息上傳到服務(wù)器當(dāng)中，從而實現(xiàn)對目標(biāo)跟蹤的目的。該系統(tǒng)有三種模式，模式一使圖像采集部分保持向前的位置，即拍攝車正前方的 路況，適合用于夜晚和大霧天氣行車的時候；模式二 通過手控?fù)u桿調(diào)節(jié)圖像采集部分的 拍攝方向，尤其是在夜晚、大霧的天氣，可對周圍隱藏的目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)識別；模式三通過 點擊觸摸屏上的對象，確定跟蹤目標(biāo)，圖像采集部分自動對目標(biāo)實施跟蹤并指示方向。


圖1為本發(fā)明所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)的原理及連接框圖；圖2為本發(fā)明所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)中圖像采集成部分；圖3為本發(fā)明所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)的紅外跟蹤信號處理流程圖；圖4為本發(fā)明所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)觸摸屏顯示對目標(biāo)跟蹤示意圖；圖4-1目標(biāo)在車的正前方；圖4-2目標(biāo)在車的側(cè)方圖5為本發(fā)明所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)中數(shù)據(jù)接口采用的M引腳的標(biāo)準(zhǔn)接口。
具體實施方式
；實施例1參見圖1所述，所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)包括圖像處理及顯示部分10、圖像采集部 分20及圖像采集平臺30 ；其中所述圖像處理及顯示部分10包括無線通訊模塊100、GPS模 塊101、自適應(yīng)閾值分割模塊102、偏差校正模塊103、供電模塊104、觸摸屏105、存儲模塊 106、按鍵模塊107以及連接并控制該該所述無線通訊模塊100、GPS模塊101、自適應(yīng)閾值 分割模塊102、偏差校正模塊103、供電模塊104、觸摸屏105、存儲模塊106、按鍵模塊107、 轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊302、可變焦光學(xué)系統(tǒng)200、激光測距模塊202的ARM控制模塊108 ；所述無線 通訊模塊100用于將圖像處理及顯示部分10處理后的結(jié)果上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器中；所述GPS 模塊101用以對目標(biāo)物進(jìn)行全球定位；所述自適應(yīng)閾值分割模塊102用以對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行非均勻性校正、信號預(yù)處理、閾值分割、目標(biāo)提取、二級軌跡跟蹤；所述偏差校正模塊103控 制圖像采集部分20旋轉(zhuǎn)，將目標(biāo)始終鎖定在觸摸屏105中央?yún)^(qū)域；所述供電模塊104用以 提供工作電壓給圖像處理及顯示部分10、圖像采集部分20及圖像采集平臺30 ；所述觸摸 屏105用以顯示跟蹤圖像，且可以指示目標(biāo)的方向；所述存儲模塊106用以存儲記錄所跟蹤 目標(biāo)的信息，所述按鍵模塊107可以很方便的對圖像采集部分20進(jìn)行控制；所述圖像采集 部分20包括可變焦光學(xué)系統(tǒng)200、焦平面紅外探測器201、激光測距模塊202、數(shù)據(jù)接口 203 以及連接并處理該所述焦平面紅外探測器的多路模擬信號處理單元204 ；所述可變焦光學(xué) 系統(tǒng)200用以對目標(biāo)實現(xiàn)自聚焦；所述焦平面紅外探測器201用以采集被追蹤目標(biāo)的紅外 信息；所述激光測距模塊202用以測量目標(biāo)與本車之間的距離；所述數(shù)據(jù)接口 203用以將 焦平面紅外探測器201所采集的信息傳遞給ARM控制模塊108 ；所述圖像采集平臺30包括 可旋轉(zhuǎn)支架300、直流力矩電機301以及驅(qū)動圖像采集部分10旋轉(zhuǎn)的的轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊302 ； 所述可旋轉(zhuǎn)支架300可以旋轉(zhuǎn)圖像采集部分20 ；所述直流力矩電機301可以為可旋轉(zhuǎn)支架 300提供力矩。結(jié)合圖1和圖3中所示，在本實施實例中，所述圖像采集部分20為通過焦平面紅 外探測器101采集紅外光學(xué)系統(tǒng)100所收集的目標(biāo)的紅外輻射量，且通過多路信號處理單 元204、數(shù)據(jù)接口 203將采集到圖像信息傳送到ARM控制模塊108于觸摸屏105中顯示，當(dāng) 手動點擊觸摸屏105確認(rèn)跟蹤目標(biāo)時，所述圖像處理及顯示部分10在ARM控制模塊108 的控制下啟動自適應(yīng)閾值分割模塊102進(jìn)行非均勻性校正、信號預(yù)處理、閾值分割、目標(biāo)提 取、二級軌跡跟蹤；啟動偏差校正模塊103進(jìn)行偏差校正，啟動轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊302驅(qū)動直流 力矩電機301工作，旋轉(zhuǎn)圖像采集部分20，使目標(biāo)始終鎖定在觸摸屏105中央?yún)^(qū)域，且觸摸 屏105中的箭頭可以指示目標(biāo)的方向。圖3大括號內(nèi)為自適應(yīng)閾值分割模塊102的閾值分 割過程。圖2為圖像采集部分20模型，將焦平面紅外探測器201與直流力矩電機301內(nèi)嵌 于該模型的上部，模型前方為可變焦光學(xué)系統(tǒng)200，中間為可旋轉(zhuǎn)支架300，下部為數(shù)據(jù)接 口 203，數(shù)據(jù)接口 203采用M引腳的標(biāo)準(zhǔn)接口，如圖5所示。圖4為車內(nèi)顯示器獲取外部跟蹤目標(biāo)圖像的示意圖，圖4-1為當(dāng)目標(biāo)在車的正前 方時，觸摸屏105右上角箭頭方向也是向前的，同時在屏幕中央用圓圈鎖定被追蹤的目標(biāo)； 圖4-2為當(dāng)追蹤目標(biāo)在車的側(cè)方時，圖像采集部分20轉(zhuǎn)向追蹤目標(biāo)，同時觸摸屏105中箭 頭方向與圖像采集部分20方向一致，也是指向被測目標(biāo)，并在屏幕中央用圓圈鎖定被追蹤 的目標(biāo)。屏幕的左上角A顯示目標(biāo)的距離、定位，屏幕的左下角B顯示目標(biāo)的三種備選模式； 觸摸屏105右下方為按鍵控制模塊107 ；觸摸屏105正下方有一搖桿在選擇模式二時可通 過搖桿控制圖像采集部分20的采集方向。圖5中為數(shù)據(jù)接口采用的M引腳的標(biāo)準(zhǔn)接口，其中有10個信號數(shù)據(jù)位，一個模擬 信號電源、模擬信號接地、數(shù)字信號電源、數(shù)字信號接地、AF自聚焦電源、AF自聚焦接地、水 平驅(qū)動信號、垂直驅(qū)動信號、控制總線、外接電源，兩個時鐘信號；一個直流力矩電機電源， 直流力矩電機接地。目標(biāo)跟蹤分為三種模式，模式一使圖像采集部分20保持向前的位置，即拍攝車 正前方的路況，適合用于夜晚和大霧天氣行車的時候；模式二 通過手動調(diào)節(jié)觸摸屏105上 的搖桿來控制圖像采集部分的拍攝方向，尤其是在夜晚和大霧天氣，可對周圍隱藏的目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)識別，模式三通過點擊觸摸屏105上的對象，確定跟蹤目標(biāo)，圖像采集部分20自 動對目標(biāo)實施跟蹤并指示方向。結(jié)合上述，且參見圖1、圖2、圖3和圖4中所示，下面對本發(fā)明在實際應(yīng)用中作一 介紹所述自適應(yīng)閾值分割模塊102使用的是多假設(shè)跟蹤算法，在此基礎(chǔ)上提出了可靠 的分割目標(biāo)與背景的自適應(yīng)閾值選取方法，包括Kalman濾波預(yù)測、門限關(guān)聯(lián)和多假設(shè)跟蹤 與軌跡管理，由此以實現(xiàn)對紅外小目標(biāo)的高效檢測。在跟蹤算法中，分為兩級跟蹤，通過二 級跟蹤過程的閾值計算反饋調(diào)整平臺閾值，很好地實現(xiàn)了對目標(biāo)的檢測，保證了目標(biāo)跟蹤 的實時性、穩(wěn)定性。所述ARM控制裝置108用ARM9處理器S3C2440作為數(shù)字信號處理的核心。該處 理器的最高運行頻率為400MHz，具有較大的內(nèi)存和豐富的外圍接口，并將采用WinCE嵌入 式操作系統(tǒng)，此系統(tǒng)的界面和Windows較為類似，易于被用戶接受。此系統(tǒng)的穩(wěn)定性較高。 我們將在此系統(tǒng)的平臺上編寫相應(yīng)的應(yīng)用程序，來控制系統(tǒng)的工作。所述多路信號處理單元204主要分為微弱電信號的放大、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)字信號處 理、數(shù)據(jù)的顯示。在電路設(shè)計中，首先要保證有足夠大的增益，使得微弱信號變?yōu)槟軌虮籄DC 采集的信號，同時要盡量抑制電路中產(chǎn)生的噪聲，并保證多路放大鏈路的一致性。同時選用 AD7656作為A/D轉(zhuǎn)化的核心部件。所述數(shù)據(jù)的存儲模塊106選用S3C2440芯片并自身帶有SD卡或USB接口，設(shè)計將 測試數(shù)據(jù)及設(shè)備狀態(tài)實時地存儲到SD卡。同時用戶可以定期通過即插即用設(shè)備隨時備份 數(shù)據(jù)，實現(xiàn)探測數(shù)據(jù)的易保存、易轉(zhuǎn)移的特性，并可以進(jìn)行更高級的數(shù)據(jù)處理。所述觸摸屏105用于顯示最終處理結(jié)果。在WinCE的操作系統(tǒng)之上，編寫符合紅 外圖像顯示的人性化操作界面，此界面具有顯示直觀、操作簡便的特點。本實施例所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)采用了高性能焦平面的多晶硅材料探測器以及 智能嵌入式系統(tǒng)處理平臺，可以跟蹤采集圖像中的所選目標(biāo)，該技術(shù)結(jié)合圖像同步采集技 術(shù)、自適應(yīng)閾值分割技術(shù)、偏差校正技術(shù)、GPS定位技術(shù)、嵌入式智能分析技術(shù)、數(shù)據(jù)流無線 上傳技術(shù)，從而使得用戶可以在不同地點都能在第一時間遠(yuǎn)程監(jiān)控到采集信息及所處理的 結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)包括圖像處理及顯示 部分、圖像采集部分及圖像采集平臺；其中所述圖像處理及顯示部分包括無線通訊模塊、 GPS模塊、自適應(yīng)閾值分割模塊、偏差校正模塊、供電模塊、觸摸屏、存儲模塊、按鍵模塊以及 連接并控制該所述無線通訊模塊、GPS模塊、自適應(yīng)閾值分割模塊、偏差校正模塊、供電模 塊、觸摸屏、存儲模塊、按鍵模塊、轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊、可變焦光學(xué)系統(tǒng)、激光測距模塊的ARM控 制模塊；所述圖像采集部分包括可變焦光學(xué)系統(tǒng)、焦平面紅外探測器、激光測距模塊、數(shù)據(jù) 接口以及連接并處理該所述焦平面紅外探測器的多路模擬信號處理單元；所述圖像采集平 臺包括可旋轉(zhuǎn)支架、直流力矩電機以及驅(qū)動圖像采集部分旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)接口采用M引腳的 標(biāo)準(zhǔn)接口，其中包括10個信號數(shù)據(jù)位，一個模擬信號電源、模擬信號接地、數(shù)字信號電源、 數(shù)字信號接地、AF自聚焦電源、AF自聚焦接地、水平驅(qū)動信號、垂直驅(qū)動信號、控制總線、外 接電源，兩個時鐘信號；一個直流力矩電機電源，直流力矩電機接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應(yīng)閾值分割模塊使 用的是多假設(shè)跟蹤算法，包括Kalman濾波預(yù)測、門限關(guān)聯(lián)和多假設(shè)跟蹤與軌跡管理，分為 兩級跟蹤，通過二級跟蹤過程的閾值計算反饋調(diào)整平臺閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像采集部分根據(jù)跟蹤 目標(biāo)的位置變化，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并鎖定跟蹤目標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸屏右上角顯示與目 標(biāo)方向一致的箭頭用來指示目標(biāo)的方向；觸摸屏左上角顯示目標(biāo)的距離、定位；觸摸屏左 下角顯示備選的三種模式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述觸摸屏有三種顯示模式模式一使圖像采集部分保持向前的位置，即拍攝車正前方的路況，適合用于夜晚和大霧天氣行車的時候；模式二 通過手控?fù)u桿調(diào)節(jié)圖像采集部分的拍攝方向，尤其是在夜晚、大霧的天氣，可 對周圍隱藏的目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)識別；模式三通過點擊觸摸屏上的對象，確定跟蹤目標(biāo)，圖像采集部分自動對目標(biāo)實施跟蹤 并指示方向。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，，其特征在于，所述觸摸屏的下部有一搖 桿，當(dāng)選擇模式二的時候，可以通過搖桿控制圖像采集部分的方向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述GPS模塊將被跟蹤的目標(biāo) 定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述車載紅外跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通訊模塊將數(shù)據(jù)無 線上傳到服務(wù)器當(dāng)中。
全文摘要
本發(fā)明車載紅外跟蹤系統(tǒng)，屬于紅外成像及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。特別適合在夜晚對所追蹤的目標(biāo)進(jìn)行定位、測距、跟蹤，并應(yīng)用到大霧天氣。該系統(tǒng)利用焦平面紅外探測器采集目標(biāo)物紅外圖像，通過多路信號處理單元與數(shù)據(jù)接口將采集到的紅外圖像傳送到ARM控制模塊，利用自適應(yīng)閾值分割模塊對圖像進(jìn)行非均勻性校正、信號預(yù)處理、閾值分割、目標(biāo)提取、二級軌跡跟蹤；利用偏差校正模塊，控制轉(zhuǎn)臺驅(qū)動模塊驅(qū)動圖像采集部分旋轉(zhuǎn)，使目標(biāo)始終鎖定在觸摸屏中央?yún)^(qū)域，且可以指示被追蹤目標(biāo)的方向；通過GPS模塊定位，激光測距模塊測距，并將上述信息顯示在車內(nèi)觸摸屏中，同時通過無線通訊模塊將目標(biāo)信息上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器當(dāng)中，從而實現(xiàn)對目標(biāo)跟蹤的目的。
文檔編號G01J5/10GK102135777SQ201010586099
公開日2011年7月27日 申請日期2010年12月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月14日
發(fā)明者姜嘯宇, 張岷, 樊秀梅, 王樹雨, 鐘聲, 閆富榮, 魏臻 申請人:天津理工大學(xué)