一种实时的反射镜跟踪系统及方法与流程

本发明涉及运动跟踪，具体涉及一种实时的反射镜跟踪系统及方法。

背景技术：

1、在弹药测试研究领域常采用的方法是将高速摄像机的位置固定直接测量弹丸的各种参数和飞行情况，为了得到更多弹丸的信息需要采取增大视场角的方法来拍摄。如果要增大视场角，就需要进行远距离的拍摄，这样做的结果往往会使得所拍摄的图像变小，对弹丸的解析度会有很大的影响，因此，传统方法无法将弹丸的滚动、脉冲点火、尾翼张开、章动等过程进行清晰准确的记录。在对弹丸进行跟踪时，若要确保弹丸的图像的大小足够大以及图像的解析度足够好，同时还要确保所能拍摄到的视场足够广，这就需要对高速摄像机的视场大小进行考虑。现有技术中通过控制反射镜旋转位置改变高速相机的凝视方向，结合高速触发器，能够清晰稳定的获得弹道的全过程飞行信息，但目前所有的系统都是开环控制，在面临运动特性发生变化的目标时，会出现目标跟踪丢失的情况，不能实现目标位置的实时修正，基于上述情况，本技术提供一种实时的反射镜跟踪系统及方法。

技术实现思路

1、本技术的目的是解决上述技术问题，克服现有技术的不足，因此本技术提出了一种实时的反射镜跟踪系统及方法，利用在稳定跟踪阶段识别的脱靶量信息来进行速度修正，实现对目标物体的全程实时跟踪。

2、为了解决上述技术问题，本技术提供一种实时的反射镜跟踪系统，包括：

3、系统启动信号采集单元，用于基于光电探测器在探测到飞行目标时生成系统启动信号；

4、飞行目标测速单元，用于基于在飞行方向上距离固定的两个天幕靶采集到目标物体的间隔时间，获取飞行目标的飞行速度信息；

5、飞行目标图像采集单元，包括高速相机和反射镜，所述飞行目标图像采集单元利用反射镜的角度调整以调整高速相机的图像采集视野范围，所述反射镜的角度调整基于飞行目标测速单元的信息确定。

6、为了解决上述技术问题，本技术还提供一种实时的反射镜跟踪方法，包括如下步骤：

7、第一步，确定飞行目标的飞行速度；所述飞行速度基于天幕靶分析计算得到；

8、第二步，基于飞行目标的飞行速度获取反射镜目标角速度，基于反射镜目标角速度控制反射镜进入第一调整阶段；所述第一调整阶段基于运动控制曲线控制反射镜在延时时间内加速达到所述目标角速度，使得飞行目标处于采集视野范围；

9、第三步，基于分析在反射镜以目标角速度转动过程中高速相机实时采集的飞行目标图像信息控制反射镜进入第二调整阶段，所述第二调整阶段基于飞行目标的图像的脱靶量信息进行目标角速度的实时修正，控制飞行目标始终处于高速相机的图像采集视野范围。

10、所述第一步，确定飞行目标的飞行速度具体包括：

11、设定所述飞行目标飞行路径的飞行方向上依次布置光电探测器的位置o，第一天幕靶的位置a、第二天幕靶的位置b；

12、获取所述飞行目标依次经过所述第一天幕靶的位置a、第二天幕靶的位置b的时间信息，基于时间信息确定第一时间间隔；

13、基于所述第一天幕靶的位置a、第二天幕靶的位置b和所述第一时间间隔确定所述飞行目标的飞行速度v。

14、所述第二步，反射镜的第一调整阶段具体包括：

15、设定映射关系表，所述映射关系表表征飞行目标飞行速度与反射镜运转的角速度之间的对应关系；所述对应关系基于确定；

16、获取所述飞行目标的飞行速度v；

17、基于所述飞行速度经过扫描速率公式转化为扫描速率曲线值，将所述扫描速率曲线值与系统中存储的映射关系表进行比较，确定反射镜运转的目标角速度ω；

18、基于所述目标角速度ω发送至伺服控制单元控制反射镜进行转动。

19、进一步地，所述第二步，反射镜的第一调整阶段还包括：

20、基于预设α和β设定依次飞行目标飞行路径的位置c和位置d，所述位置c用于在飞行目标飞行至位置c时控制启动反射镜第一调整阶段，所述位置d用于在飞行目标飞行至位置d时控制启动反射镜第二调整阶段；所述α角为所述飞行目标飞行路径上的位置d与反射镜平面的垂直距离方向的夹角，所述β角为飞行目标所述飞行目标飞行路径上的位置c与反射镜平面的垂直距离方向的夹角；设定h为反射镜和飞行目标物体之间的距离；设定t表征反射镜启动的延时时间，即所述飞行目标依次经过位置c和位置d的时间间隔；

21、获取飞行目标飞行至位置d时反射镜的角度，记为反射镜目标角度θ，获取飞行目标飞行至位置d时反射镜目标角速度ω，获取飞行目标的飞行速度v；

22、基于所述预设α角和距离h结合获取确定的反射镜的目标角速度ω和飞行目标的飞行速度v，基于公式1和公式2确定所述预设β角；所述公式1为所述公式2为

23、基于确定的β角，确定控制启动反射镜第一调整阶段的启动点位置信息，即位置c；

24、基于所述位置c和所述位置d的位置信息确定所述延时时间t；

25、基于所述目标角速度ω和所述延时时间t确定反射镜的角加速度a；

26、基于所述反射镜的角加速度a确定反射镜的运动控制曲线，基于所述运动控制曲线控制反射镜进行加速运动直至位置d时达到目标角速度值。

27、进一步地，所述脱靶量信息，具体包括：

28、基于所述飞行目标和所述实时采集到的飞行目标图像信息进行标定处理，设定所述飞行目标的像素为m×n，所述飞行目标图像信息像素为w×h；设定第一图像信息，所述第一图像信息表征飞行目标处于静态下的图像信息；基于lbp算法对所述第一图像信息进行特征提取得到第一特征因子；

29、基于所述飞行目标和实时飞行目标图像信息建立数据缓存，所述数据缓存组成结构为w×n；

30、基于fpga对所述数据缓存进行数据读取，当数据读取至m行之后，基于lbp算法开始遍历提取所述实时飞行目标图像信息的特征因子，形成实时飞行状态下飞行目标图像信息的特征因子集；

31、基于所述特征因子集选取w-m个特征因子与所述第一特征因子进行相似度计算；将得到的相似度大于相似度阈值的飞行目标图像信息进行记录并存储，即得到脱靶量信息δ脱靶量＝(δx,δy)。

32、所述第三步，第二调整阶段基于飞行目标的图像的脱靶量信息进行目标角速度的实时修正具体包括：

33、设定图像信息分为安全区和不稳定区；

34、基于所述脱靶量信息判断获取当前飞行目标图像信息相对于图像信息的位置情况；

35、基于所述当前飞行目标图像信息所处的位置情况确定融合滑动窗口的不同窗口数；基于不同窗口数进行目标角速度修正。

36、进一步地，实现目标角速度修正具体包括：设定位于图像中心的当前飞行目标图像信息为标准图像信息；

37、获取窗口数内的实时飞行目标图像信息，获取所述实时飞行目标图像信息的特征因子、脱靶量信息和偏离度信息；

38、基于时间顺序将所述实时飞行目标图像信息进行排序得到第i1图像信息，第i2图像信息，......，第iu图像信息；其中iu等于所述窗口数；

39、分别计算第i1图像信息，第i2图像信息，......，第iu图像信息的特征属性值，所述特征属性值基于图像信息的特征因子和脱靶量信息确定；

40、基于fpga按所述时间顺序进行读取，分别计算第i1图像信息，第i2图像信息，第iu图像信息的特征属性值与标准图像信息的相似度；

41、基于相似度和所述偏离度信息综合判断确定筛选后的飞行目标图像信息；

42、基于筛选后的飞行目标图像信息进行加权融合计算脱靶量信息。

43、一种实时的反射镜跟踪电子设备，包括处理器和存储器，所述存储器包括计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行使所述处理器实现实时的反射镜跟踪方法。

44、一种实时的反射镜跟踪介质，存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现一种实时的反射镜跟踪方法。

45、本技术具备如下有益效果：

46、1、本技术能够基于高速实时识别功能完成系统的闭环控制，增加目标的实时识别以及数据的融合功能，有效的解决了基于反射镜跟踪系统的闭环控制问题。

47、2、本技术可以确保目标物体的图像大小的合理性及确保图像的解析度，从而实现对高速飞行目标的大视野清晰稳定地追踪，并对飞行路径进行长距离的高清晰成像观测。

48、3、本技术中在稳定跟踪的阶段过程中，新增目标的实时识别功能和修正功能，利用在稳定跟踪阶段识别的脱靶量信息来进行速度修正，防止目标物体的丢失，实现目标位置的实时修正，解决了因为目标物体的运动特征发生变化时容易引起的目标跟踪丢失的情况，达到对目标物体运动全过程的实时拍摄跟踪。