[发明专利]一种运动目标的单多目实时优化定位方法

权利要求书

1.一种运动目标的单多目实时优化定位方法，其特征在于，包含计算等待、目标初始化、多目定位测量、单目定位测量、目标位置预测5个测量状态，实时根据测量条件，进行测量状态优化转移，实现对目标的实时优化定位测量，具体为：

处于计算等待状态的系统一旦有摄像机检测到目标就转入目标初始化状态，目标初始化完成目标标记、目标测量信息数据库初始化任务后根据检测到目标的摄像机数目转入单目定位测量或多目定位测量状态；若所有摄像机短暂丢失目标，则进入目标位置预测状态，根据目标运动历史轨迹预测目标位置；若有摄像机再次检测到目标，则转回单目定位测量或多目定位测量状态；当目标位置连续预测超过一定时间阈值后，则不再进行该目标跟踪测量，进入计算等待状态；

所述多目定位测量时，对同步成像的摄像机直接视线交会确定目标位置，设目标运动模型为

其中p(t)、v(t)、a(t)分别是目标在t时刻的位置、速度和加速度矢量，ξ(t)为加速度的扰动矢量；

在已知测量摄像机的位置、姿态、内参数和目标在图像中的坐标条件下，确定出目标相对摄像机i的视线方向，设为lⁱ(t)，则目标位置满足

其中为摄像机i在t时刻的位置，λⁱ(t)为目标相距摄像机的距离，多目观测的每个摄像机都给出公式(2)的目标位置观测方程；

根据公式(1)和(2)可建立滤波器，融合多个摄像机的观测滤波估计目标的位置、速度和加速度，实现目标多目定位测量；

所述单目定位测量根据条件选用如下方法之一：

(a)结构特征点定位法

若目标图像清晰，目标结构信息已知，可提取目标图像上的几个特征点，设特征点的图像坐标为上标i为摄像机的编号，下标j为特征点号j＝1,2,…，第j个特征点在目标体结构中的物理位置坐标为[x_j y_j z_j]^T，则根据摄像模型，有

其中为特征点j到摄像机i光心的连线在光轴上的投影，为摄像机i的x方向、y方向的等效焦距，为摄像机i的x方向、y方向的图像主点坐标，Rⁱ(t)为t时刻目标结构坐标系到摄像机i坐标系的旋转矩阵，Tⁱ(t)为t时刻目标结构坐标系原点在摄像机坐标系的位移向量；

当提取到多个特征点后，根据公式(3)利用计算机视觉领域的位姿解算算法求解Rⁱ(t)和Tⁱ(t)，得到目标相对摄像机的位置，实现目标定位；

除点特征外，利用目标上的线特征、目标面积、长度结构特征进行目标位置计算；

(b)目标视线与高度面交会法

若目标在已知高度平面内运动，利用目标视线方向与高度面交会对目标定位,

设t时刻目标高度为h(t)，摄像机位置为目标相对摄像机的视线方向为lⁱ(t)，目标位置p(t)满足公式(2)，其中λⁱ(t)可根据高度计算得到

其中[·]_H表示矢量的高度通道,

(c)目标运动轨迹融合定位

假设目标运动满足公式(1)，每个时刻的单像机观测得到1个类似公式(2)的目标位置观测方程，建立滤波器，滤波估计目标的位置、速度和加速度，实现目标多目定位测量。

2.根据权利要求1所述的一种运动目标的单多目实时优化定位方法，其特征在于，所述计算等待状态不进行目标的定位测量，采用循环方式不断实时检测各摄像机图像中有无目标，一旦发现目标，立刻转入目标初始化状态；

所述目标初始化状态对目标标记，初始化目标测量信息数据库任务，对于新出现目标做出标记，建立新的目标信息数据库描述该新目标，置目标信息为活跃状态；对丢失再现目标重新启动该目标信息为活跃状态，当对多个运动目标同时进行定位测量时，则标记这多个目标为活跃状态，这些目标的信息数据库都进行实时更新；

所述单目定位测量中需要根据目标的一些先验信息对目标定位，对于合作目标，若目标图像较为清晰，利用目标结构信息和目标视线方向作为共同约束对目标定位；若目标在已知高度平面内运动，利用目标视线方向与高度面交会对目标定位；假设目标运动满足规律，则可根据目标历史轨迹和运动规律建立目标运动方程，根据视线观测优化求解运动参数，实现对目标定位；

所述目标位置预测用于目标丢失后短时间预测目标位置，保持目标定位的连续性，也便于实现目标的重新捕获。