[发明专利]一种多目标轨迹单站自动识别方法

权利要求书

1.一种多目标轨迹单站自动识别方法，其特征在于，其步骤如下：由光测设备拍摄的目标轨迹的帧图像，传输给计算机，计算机里有多目标轨迹单站自动识别方法的程序及相应的公式，进行多目标轨迹单站自动识别；

由光测设备拍摄了目标轨迹的m帧图像，m为大于2的自然数；i为按拍摄时间先后顺序得到的图像的帧数，是大于等于1，小于等于m的自然数；q_i第i帧图像上的目标点数，为自然数；j_i为第i帧图像上的第j_i个目标点，为小于等于q_i的自然数；所述的m和q_i无关；第i-1帧图像上的目标点A[i-1，j_i-1]；第i帧图像上的目标点A[i，j_i]；第i+1帧图像上的目标点A[i+1，j_i+1]；并设目标飞行平均速度为，拍摄频率为f、拍摄地址到目标轨迹平面的垂直距离为h、图像拍摄比例系数为k、图像画幅宽度为w；所述的拍摄地址为光测设备拍摄地点；

考察第i帧图像：

(1)图像叠加：以第i-1帧图像作为基准，建立坐标系o-xy，分别使i、i+1帧图像与第i-1帧图像叠加，将i、i+1帧图像上的目标轨迹的目标点移至该坐标系内，这样就把一个时间序列的目标轨迹的目标点转换为平面的几何点；

(2)目标点连线：在坐标系o-xy，按照图像拍摄时间先后顺序，依次把第i-1帧图像里的任意目标点A[i-1，j_i-1]与第i帧图像里的任意目标点A[i，j_i]相连，记相连后的线段长度为d′[(i-1)j_i-1-ij_i]；依次把第i帧图像里的任意目标点A[i，j_i]与第i+1帧图像里的任意目标点A[i+1，j_i+1]相连，记相连后的线段长度为d′[ij_i-(i+1)j_i+1]，生成q_i-1×q_i×q_i+1条轨迹连线；

(3)定向滤波：在坐标系o-xy平面中，根据相邻线段长度关系，上述的目标轨迹的目标点的连线分为两类：一类为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d′[(i-1)j_i-1-ij_i]和d′[ij_i-(i+1)j_i+1]基本相等；另一类为为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d′[(i-1)j_i-1-ij_i]和d′[ij_i-(i+1)j_i+1]明显不相等；

把目标轨迹投影在与目标轨迹平面垂直的平面内，目标轨迹近似匀速运动，拍摄第i帧图像时，拍摄位置可表示为：

s′n=htaniω‾f---(1)]]>

所述的拍摄位置为光测设备光学系统光轴与目标轨迹投影的交点；

拍摄第i帧图像时，某目标飞行的位置为

sn=v‾if---(2)]]>

设该飞行目标在第i帧图像上的目标点标记为A[i，j_i]，此刻对应的拍摄图像脱靶量为

Δsn=sn-s′n=ki(v‾f-htanω‾f)---(3)]]>

其中，k为图像放大倍数，其为图像尺寸与实物尺寸之比；

设该飞行目标在第i+1帧图像上的目标点标记为A[i+1，j_i+1]，拍摄第i+1帧图像时，图像脱靶量为

Δsn+1=k(i+1)(v‾f-htanω‾f)---(4)]]>

目标点A[i+1，j_i+1]和A[i，j_i]之间的线段理想长度

d[iji-(i+1)ji+1]=|Δsn+1-Δsn|]]>

=|k(v‾f+htan(i+1)ω‾f-htan(i+1)ω‾f)|---(5)]]>

=|k(v‾f+htaniω‾f-htan(i+1)ω‾f)|]]>

由于拍摄距离较远，拍摄的视场角较小，故在小角度范围内d[ij_i-(i+1)j_i+1]近似为

d[iji-(i+1)ji+1]≈k(v‾f+hω‾f)---(6)]]>

考虑到ω‾=v‾(iv‾/f)2+h2---(7)]]>

把式(7)代入式(6)，

d[iji-(i+1)ji+1]=k(v‾f+v‾f(iv‾fh)2+1)---(8)]]>

由于远小于1，则式(8)可近似为

d[iji-(i+1)ji+1]≈2kv‾f---(9)]]>

对于每次轨迹拍摄，目标飞行平均速度拍摄频率f和图像拍摄比例系数k是固定不变的，因此，从式(9)可知，3帧叠加后的图像，相邻图像的目标轨迹的目标点间距离不变，即

d′[(i-1)j_i-1-ij_i]≈d′[ij_i-(i+1)j_i+1]   (10)

根据误差传递规律，由式(8)求实际距离d′[ij_i-(i+1)j_i+1]轨迹识别误差为

ϵ=2khv‾32if2((iv‾f)2+h2)32---(11)]]>

式中，i为拍摄帧数；

相邻图像目标轨迹的目标点间实际距离d′[ij_i-(i+1)j_i+1]应满足

d[ij_i-(i+1)j_i+1](1-ε)≤d′[ij_i-(i+1)j_i+1]≤d[ij_i-(i+1)j_i+1](1+ε)(12)

对于第i帧图像中的任意目标点A[i，j_i]，如果由A[i-1，j_i-1]-A[i，j_i]-A[i+1，j_i+1]之间连线构成的轨迹符合定向滤波的条件，即满足式(10)和(12)，则继续判读第i+1帧图像中的任意目标点A[i+1，j_i+1]，直至某帧图像中的任意目标点不符合定向滤波的条件，则转入数量滤波判断；称该判读过程为定向滤波；

(4)数量滤波：对于第i帧图像中的任意目标点A[i，j_i]，由A[i-1，j_i-1]-A[i，j_i]-A[i+1，j_i+1]之间连线构成的轨迹如果不符合定向滤波的条件，则考察该轨迹上目标数量，如果其数量大于等于目标设定值n，即数量滤波条件，则确定为真轨迹；否则为假轨迹，由A[i-1，j_i-1]-A[i，j_i]-A[i+1，j_i+1]之间连线构成的轨迹不再考察，其连线从图像中删除；

目标设定值n为

n=wf2kv‾---(13)]]>

其中w为图像画幅宽度；

第i帧图像识别结束后，对第i+1帧图像重复图像叠加、目标点连线、定向滤波和数量滤波的过程，直至i＜m，轨迹识别结束。