一种目标追踪控制方法及装置、云台与流程

本技术涉及云台，尤其涉及一种目标追踪控制方法及装置、云台。

背景技术：

1、云台是安装、固定手机、相机、摄像机等图像采集设备的支撑设备。目标追踪控制是智能安防系统的重要组成部分。目标追踪控制的主要过程是对关注目标进行追踪，将关注目标维持在采集画面的中心区域。当关注目标的位置状态发生改变时，及时调整云台朝向，保持关注目标在采集画面的中心区域。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种目标追踪控制方法及装置、云台，用以提高控制云台进行实时目标追踪的精确度、平稳度和可靠度。

2、本技术实施例提供的一种目标追踪控制方法，用于控制云台电机转动实现目标追踪，所述方法包括：

3、确定当前所述云台的状态参数，并确定当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域；其中，所述云台的状态参数，包括下列参数之一或组合：云台位置、云台转动速度、目标位置、云台转动加速度；所述状态空间区域，是预先设置的关于所述云台的状态变量的取值空间范围；

4、利用当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域所对应的预设线性方程，确定用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的下一控制指令，其中，所述线性方程是关于所述云台的状态变量的线性方程。

5、本技术实施例通过确定当前所述云台的状态参数，进而确定当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域；其中，所述云台的状态参数，包括下列参数之一或组合：云台位置、云台转动速度、目标位置、云台转动加速度；所述状态空间区域，是预先设置的关于所述云台的状态变量的取值空间范围；进一步，本技术实施例利用当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域所对应的预设线性方程，确定用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的下一控制指令，其中，所述线性方程是关于所述云台的状态变量的线性方程，从而通过分段式线性方程组，即不同的状态变量所属的空间区域，对应不同的关于状态变量的线性方程，实现了实时控制云台进行目标追踪，并且提高了控制云台进行实时目标追踪的精确度、平稳度、可靠度。

6、在一些实施方式中，通过预设的显式模型预测控制器，确定当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域，以及利用当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域所对应的预设线性方程，确定用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的下一控制指令；

7、其中，所述显式模型预测控制器是采用如下方式预先确定的：

8、基于所述云台的云台位置、转动速度和加速度，构建用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的模型预测控制器；

9、基于所述模型预测控制器，利用多参数二次规划算法，确定所述显式模型预测控制器。

10、在一些实施方式中，构建所述模型预测控制器，包括：

11、根据云台位置、转动速度和加速度，分别建立所述云台的电机在水平轴和竖直轴上的运动状态预测模型；

12、确定所述运动状态预测模型的约束条件；

13、基于所述运动状态预测模型，以及所述约束条件，确定用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的损失函数。

14、在一些实施方式中，根据云台位置、转动速度和加速度，分别建立所述云台的电机在水平轴和竖直轴上的运动状态预测模型，包括：

15、根据水平轴上的云台位置、转动速度和加速度，建立用于表示所述云台的电机在水平轴上的运动状态的第一线性方程，其中，所述第一线性方程包括：

16、在t+1时刻的水平轴上的云台位置，等于在t时刻的水平轴上的云台位置与在t时刻的水平轴上的云台转动速度乘以预设的时间步长之和；

17、在t+1时刻的水平轴上的云台转动速度，等于在t时刻的水平轴上的云台转动速度与在t时刻的水平轴上的云台转动加速度乘以预设的时间步长之和；

18、以及，根据竖直轴上的云台位置、转动速度和加速度，建立用于表示所述云台的电机在竖直轴上的运动状态的第二线性方程，其中，所述第二线性方程包括：

19、在t+1时刻的竖直轴上的云台位置，等于在t时刻的竖直轴上的云台位置与在t时刻的竖直轴上的云台转动速度乘以预设的时间步长之和；

20、在t+1时刻的竖直轴上的云台转动速度，等于在t时刻的竖直轴上的云台转动速度与在t时刻的竖直轴上的云台转动加速度乘以预设的时间步长之和。

21、在一些实施方式中，所述损失函数，包括：水平轴对应的用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的第一损失函数，和竖直轴对应的用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的第二损失函数；

22、所述第一损失函数包括所述云台在水平轴上的目标追踪误差损失项和水平轴上所述云台的速度增量损失项；其中，所述云台在水平轴上的目标追踪误差损失项，为在预设的预测时域范围内水平轴上每个时刻的云台位置与目标位置之差的平方和；所述水平轴上所述云台的速度增量损失项，为水平轴上在预设的控制时域范围内每个时刻的云台速度增量的平方和；

23、所述第二损失函数包括所述云台在竖直轴上的目标追踪误差损失项和竖直轴上所述云台的速度增量损失项；其中，所述云台在竖直轴上的目标追踪误差损失项，为在预设的预测时域范围内竖直轴上每个时刻的云台位置与目标位置之差的平方和；所述竖直轴上所述云台的速度增量损失项，为竖直轴上在预设的控制时域范围内每个时刻的云台速度增量的平方和。

24、在一些实施方式中，确定所述显式模型预测控制器，包括：

25、确定用于求解水平轴上的控制变量的关于所述云台的在水平轴上的状态变量的第一线性方程组；其中，所述控制变量为水平轴上用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的控制变量，包括水平轴上的云台转动加速度；所述状态变量包括水平轴上的云台位置、云台转动速度、目标位置、和云台转动加速度；所述第一线性方程组中包括多个关于所述云台的水平轴上的状态变量的线性方程，不同的线性方程对应所述云台的水平轴上的状态变量所属的不同的状态空间区域；

26、以及，确定用于求解竖直轴上的控制变量的关于所述云台的在竖直轴上的状态变量的第二线性方程组；其中，所述控制变量为竖直轴上用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的控制变量，包括竖直轴上的云台转动加速度；所述状态变量包括竖直轴上的云台位置、云台转动速度、目标位置、和云台转动加速度；所述第二线性方程组中包括多个关于所述云台的竖直轴上的状态变量的线性方程，不同的线性方程对应所述云台的竖直轴上的状态变量所属的不同的状态空间区域。

27、本技术实施例提供的一种目标追踪控制装置，用于控制云台电机转动实现目标追踪，所述装置包括：

28、第一单元，用于确定当前所述云台的状态参数，并确定当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域；其中，所述云台的状态参数，包括下列参数之一或组合：云台位置、云台转动速度、目标位置、云台转动加速度；所述状态空间区域，是预先设置的关于所述云台的状态变量的取值空间范围；

29、第二单元，用于利用当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域所对应的预设线性方程，确定用于控制所述云台电机转动实现目标追踪的下一控制指令，其中，所述线性方程是关于所述云台的状态变量的线性方程。

30、本技术实施例提供的一种云台，包括电机，还包括：目标检测模块和目标追踪控制模块；其中，

31、所述目标检测模块，用于通过对摄像头采集的图像进行目标检测，确定所述图像上的目标位置，并发送给所述目标追踪控制模块；

32、所述目标追踪控制模块，用于确定当前所述云台的状态参数，并确定当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域；其中，所述云台的状态参数，包括下列参数之一或组合：云台位置、云台转动速度、目标位置、云台转动加速度；所述状态空间区域，是预先设置的关于所述云台的状态变量的取值空间范围；以及，利用当前所述云台的状态参数对应的状态空间区域所对应的预设线性方程，确定用于控制所述电机转动实现目标追踪的下一控制指令，其中，所述线性方程是关于所述云台的状态变量的线性方程。

33、本技术另一实施例提供了一种电子设备，其包括存储器和处理器，其中，所述存储器用于存储程序指令，所述处理器用于调用所述存储器中存储的程序指令，按照获得的程序执行上述任一种方法。

34、此外，根据实施例，例如提供了一种用于计算机的计算机程序产品，其包括软件代码部分，当所述产品在计算机上运行时，这些软件代码部分用于执行上述所定义的方法的步骤。该计算机程序产品可以包括在其上存储有软件代码部分的计算机可读介质。此外，该计算机程序产品可以通过上传过程、下载过程和推送过程中的至少一个经由网络直接加载到计算机的内部存储器中和/或发送。

35、本技术另一实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于使所述计算机执行上述任一种方法。