本發(fā)明涉及機載光電跟蹤測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種特定目標自動捕獲方法和裝置。

背景技術(shù)：

光電跟蹤和測量設(shè)備用于測量飛行器在空中的飛行軌跡作為飛行器飛行性能的評價。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展對飛行器性能提出愈來愈高的要求，從而也對跟蹤和測量飛行器飛行軌跡的光電跟蹤和測量設(shè)備提出了相應(yīng)的技術(shù)進步要求。

機載光電跟蹤測量設(shè)備在進行穩(wěn)定跟蹤前，首先要實現(xiàn)目標的捕獲。目標捕獲可分為人工捕獲和自動捕獲，自動捕獲指光電跟蹤測量設(shè)備能夠自動識別并捕獲目標。現(xiàn)代機載光電跟蹤測量設(shè)通常裝備連續(xù)變焦距可見光攝像機，由于焦距不同，載機與目標距離的不同，造成目標在圖像傳感器上的投影面積不同，所以進行空對地目標自動捕獲時，面臨著復(fù)雜的目標模板尺度變換問題。目標運算速度較快的相關(guān)模板匹配、光流法等方法對尺度不同的目標不能進行匹配識別，而尺度自適應(yīng)圖像模板匹配算法，如SIFT等計算量大，不能滿足機載光電跟蹤測量設(shè)備實時目標自動識別捕獲的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在至少解決上述的技術(shù)缺陷之一。

為此，本發(fā)明的第一個目的在于提出一種特定目標自動捕獲方法。

所述特定目標自動捕獲方法包括以下步驟：獲取目標場景在當前焦距下的圖像，當前焦距以及目標的距離；根據(jù)當前焦距，目標的距離計算出實際尺寸的目標在圖像傳感器上的圖像占有的像素個數(shù)；讀取特定目標的外觀模板和目標的實際尺寸；將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)與所述圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值；比較相關(guān)值和閾值的大小，當相關(guān)值大于所述閾值時，判定特定目標自動捕獲成功并輸出特定目標自動捕獲結(jié)果。

為達到上述目的，本發(fā)明的另一目的在于提出一種特定目標自動捕獲裝置。所述特定目標自動捕獲裝置包括:成像鏡頭組，圖像傳感器，焦距測量裝置，測距機，目標模版匹配電路，以及存儲單元。所述圖像傳感器獲取經(jīng)過成像鏡頭組的目標場景在當前焦距下的圖像；所述焦距測量裝置獲取成像鏡頭組的當前焦距；所述測距機獲取目標的距離；所述存儲單元中存儲有目標的實際尺寸和特定目標的外觀模板；所述目標模版匹配電路根據(jù)當前焦距、目標的距離計算出實際尺寸的目標在圖像傳感器上的圖像占有的像素個數(shù)，從存儲單元中讀取特定目標的外觀模板和目標的實際尺寸，并將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)，與所述圖像傳感器獲取的圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值，比較相關(guān)值和閾值的大小，當相關(guān)值大于所述閾值時，判定特定目標自動捕獲成功并輸出特定目標自動捕獲結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明提出的特定目標自動捕獲方法和裝置，方法實現(xiàn)簡單，且可以滿足高實時性、抗尺度變換的機載光電跟蹤測量設(shè)備特定目標自動捕獲的要求。

本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：

圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的特定目標自動捕獲方法的流程圖；

圖2為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的特定目標自動捕獲裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語的具體含義。

參照下面的描述和附圖，將清楚本發(fā)明的實施例的這些和其他方面。在這些描述和附圖中，具體公開了本發(fā)明的實施例中的一些特定實施方式，來表示實施本發(fā)明的實施例的原理的一些方式，但是應(yīng)當理解，本發(fā)明的實施例的范圍不受此限制。相反，本發(fā)明的實施例包括落入所附加權(quán)利要求書的精神和內(nèi)涵范圍內(nèi)的所有變化、修改和等同物。

下面參照圖1和圖2來對本發(fā)明實施例提出的特定目標自動捕獲方法和裝置進行詳細描述。

如圖1所示，為本發(fā)明一個實施例的特定目標自動捕獲方法，所述方法包括以下步驟：

S1，獲取目標場景在當前焦距下的圖像，當前焦距以及目標的距離；

S2，根據(jù)當前焦距，目標的距離計算出實際尺寸的目標在圖像傳感器上的圖像占有的像素個數(shù)；

S3，讀取特定目標的外觀模板和目標的實際尺寸；

S4，將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)與所述圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值；

S5，比較相關(guān)值和閾值的大小，當相關(guān)值大于所述閾值時，判定特定目標自動捕獲成功并輸出特定目標自動捕獲結(jié)果。

在一些實施例中，所述目標的實際尺寸與圖像傳感器上的圖像占有的像素個數(shù)的關(guān)系為：

$s=\frac{f\×k}{d\×\mathrm{\μ}}$

其中，μ為圖像傳感器的像元尺寸；f為成像鏡頭組的當前焦距；d為目標與鏡頭的距離；k為目標的實際尺寸的邊長；s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)；目標的實際尺寸為k×k；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。具體的，k表示可以將目標完全收容的正方形的邊長；在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；目標的實際尺寸為k×k；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。

在一些實施例中，所述將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)中，縮放關(guān)系如下：

$\frac{X_Z}{X_T}=\frac{z}{s},\frac{Y_Z}{Y_T}=\frac{z}{s}$

其中，(X_Z，Y_Z)為特定目標的外觀模板中的坐標，(X_T，Y_T)為目標模板縮放后的坐標；k為目標的實際尺寸的邊長，s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)，z為特定目標外觀模板的邊長占有的像素個數(shù)；

所述目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s，所述特定目標的外觀模板的像素個數(shù)為z×z。更具體的，k表示可以將目標完全收容的正方形的邊長；在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；特定目標外觀模板是正方形，該正方形的邊長是z個像素；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s，所述特定目標的外觀模板的像素個數(shù)為z×z。

在一些實施例中，所述將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)與所述圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值的匹配算法如下：

$R=\frac{{\mathrm{\ΣM}}_T\×M_S-\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)}{\sqrt{s\×s\×{\mathrm{\ΣM}}_T^2-{\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)}^2}\×\sqrt{s\×s\×{\mathrm{\ΣM}}_S^2-{\left({\mathrm{\ΣM}}_S\right)}^2}}$

式中，M_T表示目標模板縮放后坐標為(X_T，Y_T)的像素的灰度值；M_S表示目標在圖像傳感器上的投影坐標為(X_S，Y_S)的像素的灰度值；f為成像鏡頭組的當前焦距；d為目標與鏡頭的距離；k為目標的實際尺寸的邊長；s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)；R為相關(guān)值。具體的，在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；所述目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。

在一些實施例中，所述閾值設(shè)定為0.7。如果相關(guān)值大于閾值0.7，特定目標自動捕獲成功。

本發(fā)明的另一個實施例還提出了一種特定目標自動捕獲裝置100，如圖2所示，所述特定目標自動捕獲裝置100包括：成像鏡頭組1，圖像傳感器2，焦距測量裝置3，測距機4，目標模版匹配電路5，以及存儲單元6。

所述圖像傳感器2獲取經(jīng)過成像鏡頭組1的目標場景在當前焦距下的圖像；所述焦距測量裝置3獲取成像鏡頭組1的當前焦距；所述測距機4獲取目標的距離；所述存儲單元6中存儲有目標的實際尺寸和特定目標的外觀模板；所述目標模版匹配電路5根據(jù)當前焦距、目標的距離計算出實際尺寸的目標在圖像傳感器2上的圖像占有的像素個數(shù)，從存儲單元6中讀取特定目標的外觀模板和目標的實際尺寸，并將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)，與所述圖像傳感器2獲取的圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值，比較相關(guān)值和閾值的大小，當相關(guān)值大于所述閾值時，判定特定目標自動捕獲成功并輸出特定目標自動捕獲結(jié)果。

在一些實施例中，所述焦距測量裝置3為安裝在鏡頭組2上的位置傳感器。

在一些實施例中，如圖2所示，所述測距機4為激光測距機?？梢岳斫獾臅r，所述測距機4還可以為其他形式的測距機，例如紅外測距機或其他可以實現(xiàn)測距功能的機器。

在一些實施例中，所述特定目標自動捕獲裝置還包括顯示特定目標自動捕獲結(jié)果的顯示設(shè)備7。

在一些實施例中，所述目標的實際尺寸與圖像傳感器上的圖像占有的像素個數(shù)的關(guān)系為：

$s=\frac{f\×k}{d\×\mathrm{\μ}}$

其中，μ為圖像傳感器的像元尺寸；f為成像鏡頭組的當前焦距；d為目標與鏡頭的距離；k為目標的實際尺寸的邊長；s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)；目標的實際尺寸為k×k；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。具體的，k表示可以將目標完全收容的正方形的邊長；在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；目標的實際尺寸為k×k；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。

在一些實施例中，所述將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)中，縮放關(guān)系如下：

$\frac{X_Z}{X_T}=\frac{z}{s},\frac{Y_Z}{Y_T}=\frac{z}{s}$

其中，(X_Z，Y_Z)特定目標的外觀模板中的坐標，(X_T，Y_T)為目標模板縮放后的坐標；k為目標的實際尺寸的邊長，s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)，z為特定目標外觀模板的邊長占有的像素個數(shù)；

所述目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s，所述特定目標的外觀模板的像素個數(shù)為z×z。

具體地，k表示可以將目標完全收容的正方形的邊長；在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；特定目標外觀模板是正方形，該正方形的邊長是z個像素；目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s，所述特定目標的外觀模板的像素個數(shù)為z×z。

在一些實施例中，所述將特定目標的外觀模板縮放到當前焦距下對應(yīng)的像素個數(shù)與所述圖像做相關(guān)匹配并計算相關(guān)值的匹配算法如下：

$R=\frac{{\mathrm{\ΣM}}_T\×M_S-\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)}{\sqrt{s\×s\×{\mathrm{\ΣM}}_T^2-{\left({\mathrm{\ΣM}}_T\right)}^2}\×\sqrt{s\×s\×{\mathrm{\ΣM}}_S^2-{\left({\mathrm{\ΣM}}_S\right)}^2}}$

式中，M_T表示目標模板縮放后坐標為(X_T，Y_T)的像素的灰度值；M_S表示目標在圖像傳感器上的投影坐標為(X_S，Y_S)的像素的灰度值；f為成像鏡頭組的當前焦距；d為目標與鏡頭的距離；k為目標的實際尺寸的邊長；s為目標的實際尺寸的邊長占有的像素個數(shù)；R為相關(guān)值。具體的，在焦距為f，目標與鏡頭的距離為d的情況下，邊長為k的正方形在圖像傳感器上的投影為正方形，該正方形的邊長占有的像素個數(shù)為s；所述目標的實際尺寸k×k在圖像傳感器上圖像占有的像素個數(shù)為s×s。

在一些實施例中，所述閾值設(shè)定為0.7。當相關(guān)值R大于0.7時，特定尺寸目標捕獲成功，否則繼續(xù)在圖像的下一幀進行搜索。

根據(jù)本發(fā)明提出的特定目標自動捕獲裝置和方法，具有簡單、易于實現(xiàn)的優(yōu)點。而且可以滿足高實時性、抗尺度變換的機載光電跟蹤測量設(shè)備特定目標自動捕獲的要求。

流程圖中或在此以其他方式描述的任何過程或方法描述可以被理解為，表示包括一個或更多個用于實現(xiàn)特定邏輯功能或過程的步驟的可執(zhí)行指令的代碼的模塊、片段或部分，并且本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的范圍包括另外的實現(xiàn)，其中可以不按所示出或討論的順序，包括根據(jù)所涉及的功能按基本同時的方式或按相反的順序，來執(zhí)行功能，這應(yīng)被本發(fā)明的實施例所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

在流程圖中表示或在此以其他方式描述的邏輯和/或步驟，例如，可以被認為是用于實現(xiàn)邏輯功能的可執(zhí)行指令的定序列表，可以具體實現(xiàn)在任何計算機可讀介質(zhì)中，以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備(如基于計算機的系統(tǒng)、包括處理器的系統(tǒng)或其他可以從指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備取指令并執(zhí)行指令的系統(tǒng))使用，或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用。就本說明書而言，"計算機可讀介質(zhì)"可以是任何可以包含、存儲、通信、傳播或傳輸程序以供指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備或結(jié)合這些指令執(zhí)行系統(tǒng)、裝置或設(shè)備而使用的裝置。計算機可讀介質(zhì)的更具體的示例(非窮盡性列表)包括以下：具有一個或多個布線的電連接部(電子裝置)，便攜式計算機盤盒(磁裝置)，隨機存取存儲器(RAM)，只讀存儲器(ROM)，可擦除可編輯只讀存儲器(EPROM或閃速存儲器)，光纖裝置，以及便攜式光盤只讀存儲器(CDROM)。另外，計算機可讀介質(zhì)甚至可以是可在其上打印所述程序的紙或其他合適的介質(zhì)，因為可以例如通過對紙或其他介質(zhì)進行光學掃描，接著進行編輯、解譯或必要時以其他合適方式進行處理來以電子方式獲得所述程序，然后將其存儲在計算機存儲器中。

應(yīng)當理解，本發(fā)明的各部分可以用硬件、軟件、固件或它們的組合來實現(xiàn)。在上述實施方式中，多個步驟或方法可以用存儲在存儲器中且由合適的指令執(zhí)行系統(tǒng)執(zhí)行的軟件或固件來實現(xiàn)。例如，如果用硬件來實現(xiàn)，和在另一實施方式中一樣，可用本領(lǐng)域公知的下列技術(shù)中的任一項或他們的組合來實現(xiàn)：具有用于對數(shù)據(jù)信號實現(xiàn)邏輯功能的邏輯門電路的離散邏輯電路，具有合適的組合邏輯門電路的專用集成電路，可編程門陣列(PGA)，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)等。

本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述實施例方法攜帶的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件完成，所述的程序可以存儲于一種計算機可讀存儲介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時，包括方法實施例的步驟之一或其組合。

此外，在本發(fā)明各個實施例中的各功能單元可以集成在一個處理模塊中，也可以是各個單元單獨物理存在，也可以兩個或兩個以上單元集成在一個模塊中。上述集成的模塊既可以采用硬件的形式實現(xiàn)，也可以采用軟件功能模塊的形式實現(xiàn)。所述集成的模塊如果以軟件功能模塊的形式實現(xiàn)并作為獨立的產(chǎn)品銷售或使用時，也可以存儲在一個計算機可讀取存儲介質(zhì)中。

上述提到的存儲介質(zhì)可以是只讀存儲器，磁盤或光盤等。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。