[发明专利]高精度红外图像跟踪器及一种目标快速跟踪方法

说明书

本发明公开了一种高精度红外图像跟踪器及一种目标快速跟踪方法，该跟踪器基于可编程逻辑阵列和数字处理芯片为框架，包括实时图像采集处理模块、实时图像存储模块、控制模块FPGA、输出图像存储模块、通信模块、数字处理模块DSP和动态存储模块SDRAM。通过控制模块FPGA采集经A/D转换的目标实时图像，并将该图像通过乒乓技术存于实时图像存储模块中，再由数字处理模块DSP处理后将图像和跟踪位置的信息通过通信模块传输给系统。本发明跟踪方法包括目标二值标记、快速搜索策略、二值图掩模的自适应模板更新及模板修正等技术，能够提高模板匹配算法的正确率，有效避开虚假目标，减少虚假目标对模板的干扰，具有目标识别与跟踪可靠和对硬件要求低等优点。

技术领域

本发明涉及一种目标跟踪器和一种目标的跟踪识别方法，特别涉及一种制导武器系统精确打击目标的高精度红外图像跟踪器，以及运用该跟踪器进行粗瞄准精确打击目标的跟踪方法。

背景技术

在精确打击目标的武器系统中，由于环境的影响，如风吹草动、飞鸟树叶的干扰以及光电成像系统抖动等，都会引发噪声，这些噪声在通常的检测方法中都会被确认为打击目标。这些作为干扰的虚假目标，会影响跟踪精度，导致不能精确打击目标。

早期跟踪器的算法简单，在进行任务前通常需要按照目标的先验知识进行算法选择以适合所跟踪的目标。同时，由于硬件资源有限，此类跟踪器难以实时完成大靶面的处理及多目标跟踪。此外，由于采用的策略比较简单，其硬件平台效率不够高，仍然难以完成复杂状态变化下目标的稳定跟踪。

目前的现有技术中一般采用灰度相关匹配跟踪技术，其具有易于硬件实现和优良的抗噪性能，因而得到广泛的应用。然而在传统灰度相关匹配跟踪中，常会出现累积误差，通常需要在适当时机更换模板才能有效克服累积误差。在模板更新时一般会采用新旧模板简单的加权组合，由于没有区分背景与打击目标而容易导致目标模板被背景杂波(如：目标遮挡等)破坏，可见在杂波背景下传统模板匹配跟踪技术缺乏对目标形变的感知能力，容易使目标漂移出匹配跟踪的模板，最终导致目标跟踪失败。

此外，在灰度相关匹配跟踪技术中，打击目标时的匹配速度是一个关键的因素，其影响了跟踪系统的跟踪目标精度，进而影响打击目标精度。然而影响匹配速度的主要因素是计算相关度(即匹配时模板与实时图的相似度)的次数，目前为了提高匹配速度常采用分层策略和改进搜索策略，但现有的这些算法仍旧不能同时满足系统对精度、实时性和低成本的要求。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种具有低成本、可靠性高等优点的适用于武器系统精确打击目标的红外图像跟踪器，以及运用该跟踪器进行粗瞄准精确打击目标的跟踪方法。该跟踪方法包括目标二值标记、快速搜索策略、二值图掩模的自适应模板更新及模板修正等技术，能够提高模板匹配算法的正确率，抑制跟踪漂移，实现对目标形变自适应感知且起到快速识别与跟踪作用。

本发明的技术方案之一：一种高精度红外图像跟踪器，其特征在于，该跟踪器基于可编程逻辑阵列和数字处理芯片为框架，包括实时图像采集处理模块、实时图像存储模块、控制模块FPGA、输出图像存储模块、通信模块、数字处理模块DSP和动态存储模块SDRAM；其中，实时图像采集处理模块包括模数转换模块A/D和可编程逻辑阵列FPGA，实时图像存储模块包括静态存储器SRAM1和SRAM2，输出图像存储模块包括静态存储器SRAM3和SRAM4，控制模块FPGA配置有电源和可擦除存储器EPROM，数字处理模块DSP配置有电源和FLASH，通信模块配置有RS232和RS422通讯串口；所述的可擦除存储器EPROM和FLASH用于存储供芯片运行的程序，所述的动态存储模块SDRAM为数字处理模块DSP运行时提供数据存储。