[发明专利]基于惯导信息和亮度修正的红外弱小移动目标跟踪方法

说明书

本发明基于惯导信息和亮度修正的红外弱小移动目标跟踪方法，包括以下步骤：步骤1：粗定位；在当前帧目标定位的基础上，根据红外探测器与飞行器固连的特点，利用飞行器惯性设备提供的惯导信息，对目标的下一帧图像的目标成像位置进行预测，实现对移动目标的粗定位；假设已知当前帧t时刻的目标成像位置为(u_t,v_t)，当前飞行器对应的大地坐标位置为p_t＝[λ_t,L_t,h_t]，姿态用四元素表示下一帧t+1时刻的飞行器的大地坐标位置为p_t+1＝[λ_t+1,L_t+1,h_t+1]，姿态为预设目标移动的基准区域的大地坐标位置p_m＝[λ_m,L_m,h_m]；步骤2：精定位；利用图像中弱小移动目标的红外特性进行亮度修正定位，感兴趣的红外移动目标由于其自身的红外特性而在图像中呈现局部高亮区域，通过变步长自适应迭代进行局部区域亮度中心修正。

技术领域

本发明属于飞行器视觉导航与红外成像制导仿真技术领域，具体涉及一种基于惯导信息和亮度修正的红外弱小移动目标跟踪方法。

背景技术

全捷联红外成像技术是飞行器精确导航与制导领域发展的重要方向之一，而尽快的识别和锁定目标对于飞行器视觉导航和红外成像制导有着重要的意义。当移动目标与飞行器距离较远时(通常两公里以上)，目标只占几个或者十几个像素，没有轮廓和结构信息，并且在低信噪比的复杂背景下存在大量的噪声干扰，因此红外弱小移动目标的跟踪是计算机视觉和红外成像制导的研究难点。

经典的机器视觉目标跟踪算法，大都采用基于产生式和基于辨别式的跟踪模型。但是由于红外弱小目标的目标特性显著不同，使得经典的机器学习的目标跟踪方法在跟踪精度、可靠性和环境适应能力都无法取得令人满意的结果，会影响飞行器视觉导航定位的准确性和红外成像制导的精度。目前，大部分的飞行器都装有捷联惯性设备，惯导信息可以为成像制导提供一种有效的辅助信息，因此，有必要研究一种基于惯导信息和图像信息融合的方法实现对红外弱小目标的精确跟踪。

发明内容

为了克服经典的机器视觉跟踪算法在跟踪红外弱小目标时存在精度差、可靠性低以及环境适应能力差等缺点，本发明提供一种基于惯导信息和亮度修正的红外弱小移动目标跟踪方法，基于飞行器捷联的惯性设备，利用惯导信息和图像信息的融合来实现对红外弱小目标的定位，采取“先粗定位后精定位”的两步跟踪方法：首先利用两帧图像所对应的惯导信息对目标的位置进行预测，实现粗定位；然后在粗定位的基础上，根据弱小目标的亮度特性，通过迭代实现弱小目标的精准定位。本发明提出的红外弱小目标跟踪算法，可以大大提高跟踪的精度和鲁棒性。

本发明采用如下的技术方案来实现：

基于惯导信息和亮度修正的红外弱小移动目标跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1：粗定位；

在当前帧目标定位的基础上，根据红外探测器与飞行器固连的特点，利用飞行器惯性设备提供的惯导信息，对目标的下一帧图像的目标成像位置进行预测，实现对移动目标的粗定位；假设已知当前帧t时刻的目标成像位置为(u_t,v_t)，当前飞行器对应的大地坐标位置为p_t＝[λ_t,L_t,h_t]，姿态用四元素表示下一帧t+1时刻的飞行器的大地坐标位置为p_t+1＝[λ_t+1,L_t+1,h_t+1]，姿态为预设目标移动的基准区域的大地坐标位置p_m＝[λ_m,L_m,h_m]；

步骤2：精定位；