[发明专利]一种双模式的旋翼飞行器目标跟踪方法

摘要

本发明公开了一种双模式的旋翼飞行器目标跟踪方法。本发明所设计的系统具有两种跟踪模式，第一种跟踪模式是基于电子标签的追踪模式，在这种模式下，旋翼飞行器能够从较远的范围获取到目标的信息，从而执行跟踪任务，第二种跟踪模式是是基于视觉的追踪模式，旋翼飞行器通过视觉系统获取目标的位置信息，然后通过图像中目标的位置信息计算出目标相对于旋翼飞行器的距离，从而更精准地完成追踪任务。这种双模式跟踪方法与系统采用的目标跟踪算法具有很好的鲁棒性，对于飞行器飞行过程中所产生的抖动以及背景变化具有很好的抵抗效果。通过两种跟踪模式的配合使用，提高了该系统在飞行器目标跟踪领域的实用性。

主权项

1.一种双模式的旋翼飞行器目标跟踪方法，具体步骤如下：第一步，当旋翼式飞行器在远处开始目标追踪时，开启第一种跟踪模式，通过地面机动目标所携带的电子标签中的GPS定位模块对机动目标的位置进行采集，通过电子标签中的数据处理模块对定位信息进行处理，转化为绝对的经纬度值，再通过无线传输模块将位置信息发送给多旋翼飞行器。第二步，多旋翼飞行器通过无线接收模块接收到电子标签传送来的地面机动目标的位置信息U(LonU，LatU)，然后在机载信息处理模块中，将位置信息与自身所携带的GPS定位模块解算所得到的经纬度值T(LonT，LatT)进行比对做差。其中，LonU为目标的经度值，LatU为目标的纬度值，LonT为多旋翼飞行器的经度值，LatT为多旋翼飞行器的纬度值。第三步，将上一步中最后得到的经纬度差值进行转换计算，最后转换为实际的距离值，转换计算公式为：将计算所得距离值作为旋翼飞行器的输入值x和y，控制旋翼飞行器朝向目标位置飞行；第四步，在追踪过程中，相机载荷一直采集图像，并将图像同步传输给机载图像处理模块和地面PC端，通过地面PC端进行人为检查目标是否进入相机视野范围内；第五步，在目标进入相机视野范围内后，人为通过地面PC端将地面机动目标在图像中框选出来，选框操作完成后，开启第二种跟踪模式。第六步，1)在选择框所在的第一帧图像中，在选择框所在的第一帧图像中，将目标区域的数据进行一个循环移位操作，最终选取目标周围2.5倍的区域作为搜索区域；2)对当前帧图像中目标区域进行HOG特征的提取，提取到的特征矩阵为x1，并对特征矩阵x1进行离散傅里叶变换，获得目标在离散傅里叶域下的外观模型x＇t；x＇t＝F(x1)其中，F(x1)是对x1进行离散傅里叶变换；3)计算目标外观模型的核自相关性K4)利用非线性回归模型，计算滤波参数α＇t＝(K+λI)‑1y其中，K＝κ(x＇t,x＇t)，λ是正则化参数，用来防止函数过拟合，y是由对应每个样本的回归值yi(i＝1，2，3，4，5，6……)组成的列向量，yi是预先给定的样本回归目标值，是将预先选定的目标位置作为我们的样本回归目标值，来作为回归计算的比较值，也就是上一帧图像中目标所在位置，I是单位矩阵；5)更新目标的位置以及滤波参数：其中，αt为第t帧图像所对应的时刻的滤波函数，xt为第t帧图像所对应的时刻的目标位置，β是预设的学习更新参数，决定着对于上一时刻数据的依赖程度，β的取值范围是[0,1]，通常取值0.02，αt‑1为上一时刻的滤波参数，xt‑1为上一时刻目标位置。所述上一时刻即上一帧图像所对应的时刻；对于第一帧图像所对应的来说，α1根据人为选择的目标区域位置然后带入滤波参数计算公式所得到；xt为人为选择的目标区域位置；6)当下一帧图像进入计算时，通过前一帧图像所在位置确定的搜索区域，在区域内提取HOG特征，提取到的特征矩阵为x2，对得到特征矩阵x2进行离散傅里叶变换，获得当前时刻目标的外观模型Zt；Zt＝F(x2)其中，F(x2)是对x2进行离散傅里叶变换；7)计算当前时刻目标的外观模型Zt与上一时刻外观模型xt＇之间的核相关性Kxz；8)根据之前所得到的滤波参数计算如下的响应回归函数：其中，是核相关性K^xz矩阵的第一行元素，F(x)是对x进行离散傅里叶变换；9)当前帧目标位置设定为响应函数值中幅值最大的区域，然后根据当前位置，将该位置作为目标中心，重新将目标区域周围选取为下一帧的搜索区域，并且更新滤波参数，然后重复之前的流程。10)当目标运动超出图像采集模块视野范围外时，切换到第一种跟踪模式进行跟踪，然后当目标再次进入图像采集模块视野范围内时，重新进行选框操作，再执行第二种跟踪模式。