[发明专利]基于云台摄像头的飞行器起降跟踪算法及跟踪系统

权利要求书

1.一种基于云台摄像头的飞行器起降跟踪系统，其特征在于通过安装在塔台上的监控摄像头及云台,由控摄像头送出的模拟信号，经转换成为数字视频信号后,作为所述跟踪系统的输入；该跟踪系统包括：目标检测模块（1）、跟踪模块（2）和云台控制模块（3）；其中： 

所述目标检测模块（1）包括背景建模子模块（1.1）、前景分析子模块（1.2）、目标提取子模块（1.3）及颜色特征提取子模块（1.4），由目标检测模块（1）检测出的飞行器坐标送往跟踪模块（2）；

所述跟踪模块（2）包括角点特征提取子模块（2.1）、通过光流跟踪子模块（2.2）、卡尔曼滤波子模块（2.3）、Mean-shift子模块（2.4）、决策子模块（2.5）；角点特征提取子模块（2.1）接收由目标检测模块（1）检测出的飞行器坐标；通过光流跟踪子模块（2.2）输出，由卡尔曼滤波子模块（2.3）得到一个预测值，Mean-shift子模块（2.4）得出另一个预测值，由决策子模块（2.5）作出调整；跟踪模块（2）将飞行器预测坐标送往云台控制模块（3）；

所述云台控制模块（3）包括速度估计子模块（3.1）和指令发送子模块（3.2）；由速度估计子模块（3.1）根据飞行器预测坐标进行飞行器速度的计算与分析，得到相应的云台速度，由指令发送子模块（3.2）实施相应云台操作。

2.根据权利要求1所述的基于云台摄像头的飞行器起降跟踪系统，其特征在于在目标检测模块（1）中：

所述背景建模子模块（1.1），通过平均取出的帧图像对背景进行学习，建立混合高斯模型以及更新；

所述前景分析子模块（1.2），根据背景建模子模块提供的背景信息对取出的帧图像进行二值化处理，即与背景模型的灰度值的差在一定范围内的像素点设为黑色，与背景差异性较大的设为白色从而提取出了所需要的前景信息；

所述目标提取子模块（1.3），根据前景分析子模块生成的二值化图像对图像帧的前景部分进行检查，当前景按照预定次序通过若干指定区域触发框时，标志已获得目标，产生触发事件，获取前景中飞行器的位置范围，传递给跟踪模块中的颜色特征提取子模块；

所述的颜色特征提取子模块（1.4），提取输入矩形在原来帧中的颜色信息，通过建立颜色直方图，提取主要的色彩，作为飞机色彩信息。

3.根据权利要求2所述的基于云台摄像头的飞行器起降跟踪系统，其特征在于在跟踪模块（2）中：

所述的角点特征提取子模块（2.1），在触发子模块输入的矩形范围内，寻找特征点，此特征点为角点，存储特征点坐标；

所述光流跟踪子模块（2.2），在前一帧获取的特征点周围基于光流金字塔，进行特征点匹配，如果匹配成功的特征点数目少于指定数目，则重新检测特征点；否则，将获取的特征点的中位数作为输出；

所述的卡尔曼滤波子模块（2.3），用于通过飞行器运动轨迹中柱形障碍物，卡尔曼滤波器为飞行器建立运动模型，如果滤波器预测值与实测特征点坐标值大于指定偏差，则在卡尔曼滤波器修正后的坐标周围的指定范围内重新检测特征点；否则，将修正坐标传到决策子模块（2.5）；

所述的Mean-shift子模块（2.4），通过在颜色特征提取子模块（1.4）中得到的颜色直方图，对每一帧进行背景投影，即在图中根据直方图中比例标记出相应区域，色彩近似程度用灰度值表示，并滤去低灰度值，再由Mean-shift算法得到新的预测位置范围；所述Mean-shift算法，通过迭代计算目标点集的最大概率偏移方向，收敛得到相应的位置范围，送往决策子模块；

所述决策子模块（2.5），接受Mean-shift子模块和卡尔曼滤波子模块的目标位置；若两者中心距离大于一定的值，则在Mean-shift的位置中心周围重新找角点特征。