[发明专利]一种基于多维特征的运动目标跟踪装置及方法

权利要求书

1.一种基于多维特征的运动目标跟踪装置，其特征在于：包括发射装置(1)，固定在发射装置(1)出光端的目标(10)，固定于目标(10)反射光路上的第一汇聚透镜(3)，固定于第一汇聚透镜(3)汇聚光路上的数字微镜器件DMD(2)，固定于数字微镜器件DMD(2)反射光路上的第二汇聚透镜(4)，固定于第二汇聚透镜(4)汇聚光路上的接收装置(5)；与接收装置(5)连接的混频器(6)，与混频器(6)连接的中频放大器(7)，与中频放大器(7)连接的正交相位检波器(8)，与正交相位检波器(8)连接的信号处理装置(9)；还包括与所述发射装置(1)、混频器(6)和正交相位检波器(8)连接的高稳定信号源(11)，与所述发射装置(1)、数字微镜器件DMD(2)和信号处理装置(9)连接的同步装置(12)；

所述发射装置(1)，发射周期为T、脉冲宽度为t、初相为0的相参脉冲串光信号照在目标(10)上；

所述数字微镜器件DMD(2)，依照压缩感知二值随机采样矩阵Φ的形式变换其上的铝镜状态，对目标(10)的反射光进行调制，压缩感知二值随机采样矩阵Φ的元素值即对应数字微镜器件DMD(2)的铝镜状态，当矩阵元素值为+1时，数字微镜器件DMD(2)对应位置的铝镜偏转+12°，将光信号反射到第二汇聚透镜(4)并传给接收装置(5)；当矩阵元素值为0时，数字微镜器件DMD(2)对应位置的铝镜偏转-12°，将其上的入射光反射到吸收平面进行入射光吸收；

所述接收装置(5)，采用单点探测器，接收第二汇聚透镜(4)传来的光信号并转换为电信号以便后续处理；

所述混频器(6)，是一种典型的频谱搬移电路，它将接收装置(5)传来的信号作为主振信号，混频器(6)的主振信号的频率为f₀+f_di，与高稳定信号源(11)提供的频率为f₀-f_I的本振信号进行混频，采用选频回路选出频率为f_di+f_I的中频信号；

所述中频放大器(7)，对混频器(6)传来的中频信号进行功率放大，以便进行后续处理；

所述正交相位检波器(8)，从中频放大器(7)传来的放大的中频信号中提取出多普勒频率f_di，得到的信号是频率为多普勒频率f_di的复信号；

所述信号处理装置(9)，对正交相位检波器(8)传来的复信号进行FFT变换，通过得到的频谱图中提取多维特征；

所述高稳定信号源(11)，为发射装置(1)提供载频为f₀的信号，为混频器(6)提供频率为f₀-f_I的正弦本振信号，为正交相位检波器(8)提供频率为f_I的相参基准信号；

所述同步装置(12)，保证发射装置(1)发射光信号、数字微镜器件DMD(2)变换其上铝镜状态以及信号处理装置(9)对这一次采样得到的数据进行处理三者之间的同步进行。

2.根据权利要求1所述的基于多维特征的运动目标跟踪装置，其特征在于：所述正交相位检波器(8)包括第一乘法器(30)，与第一乘法器(30)连接的第一低通滤波器(21)；第二乘法器(31)，与第二乘法器(31)连接的第二低通滤波器(22)；与第一乘法器(30)和第二乘法器(31)连接的移相器(20)。

3.基于多维特征的运动目标跟踪装置的跟踪方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一，根据多维图像的尺寸对数字微镜器件DMD(2)上的铝镜进行分块；

步骤二，根据第t帧多维图像的运动目标位置，在第t帧多维图像中选取训练样本集，设训练样本集中样本个数为W个，其中正样本为W₁个，负样本为W₂个；

步骤三，利用信号处理装置(9)生成一个M×N维的压缩感知二值随机采样矩阵Φ和N×N维的正交稀疏表示矩阵Ψ，其中N＝p×q，p为第t帧多维图像中的运动目标的纵向分辨单元的个数，q为第t帧多维图像中的运动目标的横向分辨单元的个数，M为压缩感知的采样次数，也即相参脉冲串光信号的周期数；

步骤四，信号处理装置(9)由二值随机采样矩阵Φ生成M个测量子矩阵，并编号为1,2,3,…M；其中：M为压缩感知的采样次数，也即多维子特征的个数；

步骤五，发射装置(1)发射载频为f₀、周期为T、脉冲宽度为t、初相为0的相参脉冲串光信号照在目标(10)上，设当前为第k个周期，并令k＝1；

步骤六，目标(10)的反射光信号经第一汇聚透镜(3)到达数字微镜器件DMD(2)上，同步装置(12)根据第j个训练样本的位置，控制数字微镜器件DMD(2)，按照编号为k的测量子矩阵设置其上的铝镜状态，采集第j个训练样本的第k个多维子特征；

步骤七，数字微镜器件DMD(2)上的反射光经第二汇聚透镜(4)到达接收装置(5)，接收装置(5)将接收到的光信号转化为电信号，并作为主振信号传给混频器(6)；

步骤八，混频器(6)将主振信号与高稳定信号源(11)提供的频率为f₀-f_I的正弦本振信号进行混频，采用选频回路选出频率为f_di+f_I的中频信号，并传给中频放大器(7)；

步骤九，中频放大器(7)对传来的含有多普勒频率f_di的中频信号进行功率放大，并传给正交相位检波器(8)；

步骤十，正交相位检波器(8)将中频放大器(7)传来的中频信号分别与两个相互正交的相参基准信号相乘后，通过第一低通滤波器(21)和第二低通滤波器(22)滤除高频分量后，得到频率为多普勒频率f_di的复信号，并传给信号处理装置(9)；

步骤十一，信号处理装置(9)对第k个周期得到的复信号进行FFT变换，得到第k×j个频谱图；

步骤十二，令训练样本数j＝j+1，判断j是否小于训练样本集中的样本个数W，如果j小于等于W，则转至步骤六，如果j大于W，则转至步骤十三；

步骤十三，令周期序号数k＝k+1，并判断k是否小于多维子特征的个数M，如果k小于等于M，则转至步骤五，如果k大于M，则转至步骤十四；

步骤十四，信号处理装置(9)根据步骤十三得到的M×W个频谱图，得到W个训练样本的M个多维子特征；

步骤十五，并将训练样本集中的正负样本送入弱分类器中，按照boosting算法生成相应的强分类器，由此在线选取对于当前时刻跟踪最有效的多维子特征，使强分类器能够对当前帧中的运动目标及背景进行准确分类；

步骤十六，在第t+1帧多维图像中选取测试样本集，并由运动目标跟踪系统提取测试样本集的多维特征；

步骤十七，用第t帧多维图像已经训练好的强分类器来判别测试样本和运动目标的相似性，相似性最大的测试样本所在的位置即为第t+1帧的运动目标的位置，如此重复，即实现跟踪过程。