[发明专利]一种基于光学反射的云台跟踪视觉系统

说明书

本发明公开了一种基于光学反射的云台跟踪视觉系统，包括基于光学反射的云台、控制器、电脑和供电单元，基于光学反射的云台包括一个固定的相机，至少两面以上的光学反射设备，与光学反射设备数量一致的旋转驱动单元，光学反射设备固定在旋转驱动单元的转轴上，由旋转驱动单元控制其反射平面运动到任意角度，至少两面以上的光学反射设备的转轴不能都平行，从而构成两个或两个以上的自由度；经过标定，系统与世界坐标系建立关系，可根据待观测物体的世界坐标信息进行跟踪，即使物体当前位置不在视野中，也可以迅速跟上；采用图像反馈的方法保持待观测物体的图像在视野中心，提高了观测的精度。

技术领域

本发明属于机器视觉领域，具体地说，是一种用于对运动物体进行精确定位和追踪的基于镜面反射式的云台跟踪视觉系统。

背景技术

现有的视觉系统结构多种多样，采用的识别和跟踪算法也各有不同，其中包括一类基于光学反射原理对物体进行观测的系统。有别于其它系统中相机直接观测物体，这一类系统采用平面镜、棱镜、光纤维等光学反射设备辅助相机进行观测。例如：潜水艇内使用的潜望镜就是一种常见的光学反射式视觉系统，它利用两面垂直放置的平面镜改变视野范围，以便于水下的观察员观测水上情况。又例如：在医疗器械领域，用于对人眼视觉功能进行检查的仪器常采用全反射镜对被检查者的眼球进行全方位观测。然而，在这些现有的视觉系统中，镜面以及相机的位姿一般是固定不变的，使得它们只能用于特定的场合，局限较大。

在军事、工业、体育、安全监控等领域，待观测物体往往处于运动状态，且运动范围广，运动速度快。要对这样的物体进行跟踪识别，就需要视觉系统的观测范围跟随物体一起变化。东京大学的科学家已经研发出一种名叫“扫视镜”的新型云台视觉系统。在这套系统中，相机是固定的，相机外有两面可绕固定轴旋转的平面镜，待观测的物体经过这两面镜子反射进入相机。该系统可观测高速运动的物体，但由于其内部跟踪算法完全基于图像反馈，相机未曾进行标定，系统没有同世界坐标系建立联系，一旦待观测物体不在相机初始视野内，或者受到遮挡，系统将无法继续对物体进行跟踪。

发明内容

本发明正是针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于光学反射的云台视觉跟踪系统，本发明是通过以下技术方案来实现的：

本发明公开了一种基于光学反射的云台视觉跟踪系统，系统包括基于光学反射的云台、控制器、电脑和供电单元，基于光学反射的云台包括一个固定的相机，至少两面以上的光学反射设备，与光学反射设备数量一致的旋转驱动单元，光学反射设备固定在旋转驱动单元的转轴上，由旋转驱动单元控制其反射平面运动到任意角度，至少两面以上的光学反射设备的转轴不能都平行，从而构成两个或两个以上的自由度，旋转驱动单元与控制器连接，接收控制器指令，并反馈旋转驱动单元的状态，控制器与电脑连接，同样接收指令和反馈状态，基于光学反射的云台也与电脑连接，将相机采集图像传送给电脑，所述基于光学反射的云台连接有供电单元。

本发明还公开了一种如基于光学反射的云台视觉跟踪系统的方法，具体步骤如下：

1)、根据具体应用需求，设计各光学反射设备的旋转轴位置和方向，在强度合适的支架上搭建相机、光学反射设备、旋转驱动单元和其余系统运行所需的设备，如外接供电单元、控制器等；

2)、对相机进行离线标定，根据标定结果建立各光学反射设备的转角与世界坐标中每个特征点的表格映射关系；

3)、在线工作时，当给出待观测物体的世界坐标位置信息，根据映射关系，得到各光学反射设备的转角，控制旋转驱动单元工作，通过转轴带动光学反射设备转动到所需角度，从而观测到该点；

4)、在线工作的同时，对待观测物体的图像进行识别，采用图像反馈算法，驱动光学反射设备微调，保持待观测物体的图像在视野中心。

本发明和现有技术相比，本发明的有益效果如下：

(1)采用相机不动，光学反射设备转动的方式追踪待观测物体，电机负载轻，响应速度更快；