[发明专利]在无人直升机平台跟踪地标的方法

说明书

技术领域

本发明涉及到一种地标跟踪的方法，特别涉及到利用颜色信息在无人直升机平台跟踪地标的方法。

技术背景

利用图像传感器获得视频序列并跟踪指定目标是计算机视觉领域的重点、难点，在视频监控、视觉导航、医疗设施等军用、民用领域有着非常重要的应用前景。无人直升机具有可垂直起降、飞行姿态多样、飞行动作灵活等特点，使得其在军用、民用领域具有广阔的应用前景。近年来，随着计算机视觉技术的发展以及高性能图像传感器的出现，基于无人直升机平台的视觉导航、目标检测、目标跟踪等逐渐成为热点。

微小型无人直升机从起飞的那一刻起，直到降落都处于不停地运动状态。因此，机载的飞控计算机、拍摄设备也随着直升机这个运动载体不断运动，这与如今的多数的基于固定摄像机的目标跟踪场景是不同的。在摄像机是固定的情况下，所拍视频序列中的背景部分是不变的。而在这种运动的拍摄平台情况下，进入摄像机视野的景物是不断变化的，反映到所拍摄的图像中，会发现背景也处于不断变化之中。而由于背景的变化，便有可能出现与所跟踪目标类似的威胁目标，造成跟踪的失败。由于是室外飞行，摄像机视角的改变以及光照变化，都会造成目标在图像平面的亮度发生变化；其次，直升机姿态的改变以及摄像机视角的改变有可能使目标在图像平面发生一定的形变。

卡尔曼滤波是线性最优估计方法，不能用于处理非线性、非高斯的情况，限制了其在视频序列目标跟踪中的应用。均值漂移是一种局部寻优的方法，该方法执行效率高，但容易陷入局部极值。粒子滤波方法在目标跟踪中应用较为广泛，该方法是根据蒙特卡罗模拟获得一组加权随机样本，当样本数目足够多时，可以近似表示状态的后验概率密度，从而得到状态估计值，但是该方法跟踪效率较低。 

发明内容

本发明的目的是针对无人直升机平台不断运动和工作于室外环境的问题，提供了一种在无人直升机平台跟踪地标的方法，该方法低开销、快速、高效。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种在无人直升机平台跟踪目标的方法，图像传感器获取图像信息，有所获图像信息跟踪目标；该方法包括以下步骤：

（1）机载图像传感器获得一帧图像；

（2）执行特征选择过程：对每种特征计算该特征对应的对数似然比，获得该特征对目标、背景的区分度，最后选择区分度最好的特征。将该特征对应的对数似然比反映射到当前帧中获得似然图像；

（3）根据状态转移方程获得传播后的粒子                                                ；

（4）在似然图像中，首先应用均值漂移算法将获得的粒子移向局部极值，获得一组新的粒子，然后同样应用均值漂移算法将上一帧获得的目标位置移向其局部模式，获得候选目标位置；

（5）对由均值漂移所获得所有粒子进行高斯采样获得新的粒子集。和构成新的粒子集；

（6）计算粒子的权重；

（7）从粒子集中重采样获得一组新的粒子。

（8）如果，那么目标位置；否则，归一化使，估计目标的坐标。

本发明的有益效果是：本发明提出一种利用图像传感器获取信息并将在线特征选择嵌入粒子滤波的目标跟踪方法。在这种机制中，采用自适应的状态转移模型，在跟踪过程中利用R、G、B值的线性组合作为候选特征集，对每一种特征分别计算目标和背景区域的颜色直方图分布，获得对数似然比，选择区分度最好的特征计算似然图像，通过两种不同的途径获得两组粒子，最后估计目标位置。该方法对光照变化、直升机平台的运动造成的地标在图像平面的形变具有一定的鲁棒性。

附图说明

图1是在直升机平台跟踪目标的流程示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明做进一步描述。

图1是在直升机平台跟踪目标的流程示意图。它由获取图像、计算似然图像、计算粒子权值、估计目标位置、重采样组成。

本发明为实现在无人直升机平台利用图像传感器跟踪目标，提供了一种将在线特征选择嵌入粒子滤波的方法。该方法包括以下步骤：

（1）机载图像传感器获得一帧图像；

机载图像传感器采用工业用摄像机CS5260BDP,用于获取图像信息，机载嵌入式硬件平台采用高性能处理器PC104。

（2）执行特征选择过程，即对每种特征通过（2）式计算该特征对应的对数似然比，根据（1）式获得该特征对目标、背景的区分度，最后选择区分度最好的特征。将该特征对应的对数似然比反映射到当前帧中获得似然图像。