[发明专利]用于防撞的群体的基于摄像头的角度跟踪

说明书

用于防撞的群体的基于摄像头的角度跟踪。使用区域扫描光学系统对飞行物群体进行跟踪以防相撞的系统和方法。使用一个或更多个摄像头拍摄飞行中的飞行器前方的空间体积的图像，然后对该图像进行处理以确定图像数据是否指示存在群体。基于摄像头的防撞系统被配置成，检测并成角度地跟踪处于足够远的距离的群体飞行中的小型物体，以提示或警告自主或有人驾驶飞行器上的飞行控制系统以避开群体。使用了群体角度跟踪算法来通过检测所拍摄的图像中的像素值的指示群体运动的一致特征，从而识别沿某个方向一致移动的飞行物群体。

技术领域

本公开总体上涉及避免在群体小型飞行物(诸如无人机或鸟类)与飞行器之间发生碰撞的系统和方法。更特别地，本公开涉及对由一个或更多个摄像头拍摄的图像进行分析，以标识群体处于飞行器的飞行路径中的情形。

背景技术

检测和跟踪可能会与飞行器发生碰撞的飞行物是一个重要的安全问题。无法提供跟踪信息的最重要物体是禁用/非合作飞行器、小型无人机以及鸟类。虽然第一种物体类型可以利用雷达可靠地检测到，但是其它两种类型因它们的尺寸较小且缺少强反射材料而无法被可靠地检测到。相比之下，只要小型无人机和鸟类的范围不太大，摄像头就可以在良好的能见度条件下可靠地检测和跟踪这些小型无人机和鸟类。这样的摄像头系统可以使用基于地面的系统和基于飞行器的系统，并且可以基于单摄像头跟踪或双(立体)摄像头跟踪。单摄像头系统仅按角度(方位角和仰角)进行跟踪，而立体系统还按距离进行跟踪。

摄像头跟踪诸如鸟类和无人机的小型物体(无论是可见光还是红外线或者是多光谱)的主要问题在于，分辨率通常不足以在关注范围(几英里外)进行检测和跟踪。在这些范围内，鸟类和小型无人机的大小不到一像素。因此，跟踪这种类型的单个物体是不可靠的。

发明内容

下面相当详细地公开的主题致力于提供使用区域扫描光学系统(它们可能涉及可见光或红外线或多光谱成像)来跟踪飞行物群体以防相撞的系统和方法。根据一些实施方式，使用一个或更多个摄像头拍摄飞行中的飞行器前方的空间体积的图像，然后对该图像进行处理以确定图像数据是否指示存在群体。摄像头系统的优点在于它们完全是无源的，从而消除了干扰的问题或者需要特定机场的操作许可的问题。使用一个或更多个摄像头(如本文所用，术语“摄像头”是指视频摄像头)。基于摄像头的防撞系统可以位于地面上或者飞行器上。

根据一个实施方式，将基于摄像头的防撞系统配置成，检测并成角度地跟踪处于足够远的距离的群体飞行中的小型物体，以提示或警告自主或有人驾驶飞行器上的飞行控制系统以避开群体。本文所公开的群体角度跟踪技术能够通过检测一序列图像中的相同区域(在本文中被称为“子阵列”)的大量像素值以指示群体运动(例如，编队飞行)的方式随时间变化，来识别沿某个方向一致移动的飞行物群体。

本文所提出的群体检测和跟踪方法(下文中被称为“群体角度跟踪”)能够跟踪具有非常低的特征噪声比(对物体进行成像的像素具有与没有物体存在的像素差别很小的颜色)的物体。本文所公开的群体角度跟踪方法还能够通过困难的背景杂波来跟踪物体。群体角度跟踪方法还能够跟踪小型飞行物群体，而无需从各个物体形成单独的轨迹，从而提高了跟踪的可靠性。这些特征可以通过扩大检测和跟踪范围，并使得碰撞警报能够更可靠且更及时，从而为基于地面和基于飞行器的防撞传感器系统带来好处。对即将起飞的飞行器潜在发生的碰撞提供更及时的警报，可以防止发生碰撞而无需机动避让。另选地，空中飞行器将具有更长的警告时段，这将使能进行更安全的更慢的机动避让，并且提供更多时间向其它飞行器警告有关所检测到的物体。

尽管本文稍后将相当详细地描述对飞行物群体进行跟踪以防相撞的系统和方法的各个实施方式，但是可以通过以下方面中的一个或更多个方面来特征化这些实施方式中的一个或更多个实施方式。