专利名称：一种多目标轨迹单站自动识别方法
技术领域：
本发明涉及一种多目标轨迹单站自动识别方法，属于数据处理技术领域。应用于靶场多管武器连续射击试验时，多目标轨迹识别情况。
背景技术：
测量多管武器连续射击时飞行目标的轨迹，是靶场武器系统测试的一项重要内容。光测图像处理的一个突出难题是很难分辨图像上出现的多目标轨迹，例如多管武器的齐射、子母弹的抛撒等试验中，每个测站的图像都可能包含数十甚至上百个小目标，而且目标形状相似，大小相近，目标间还可能存在遮挡。由于该光测图像中的待测目标具有小、多、弱的特点，仅利用形状特征就很难识别其轨迹。
对目标轨迹光学交会测量来说，多目标轨迹识别包括单站测量数据时间序列的正确对应及站间测量数据的正确匹配两方面。整个识别过程可通过两条途径完成其一，先建立同一测站不同采样时刻测量数据的正确对应关系，形成单站测量点轨迹，然后完成站间测量点的正确对应，这一过程称为先识别、后交会；其二，先确定每一采样时刻站间测量点的正确匹配关系，进行交会运算，然后在三维空间确定不同采样时刻测量点的正确对应关系。这一过程称为先交会、后识别。对于多目标轨迹单站识别目前的方法有如下几种邢强林(用宽视场实时测量系统进行多目标测量时轨迹识别的一种方法，《飞行器测控技术》1994年第一期，51-60页)采用多项式拟合预测+多帧延迟判决轨迹的识别法。该法利用多项式拟合预测结果建立跟踪门，再根据跟踪门内是否有测量点决定轨迹的取舍、分裂；为了有效控制轨迹分裂数，对分裂轨迹的多帧预测偏差量之和再设定一门限，进行X2检验；多帧后对经过X2检验的轨迹进行判决。张小虎(靶场光测多站图像多目标判读技术，光学技术，2006年8月，第32卷增刊，398-403页)提出在单站序列图像目标的判读过程中，按“卡尔曼运动预测预测-跟踪匹配-滤波”环节进行。首先对目标的运动状态进行卡尔曼运动预测，确定当前图像上的跟踪窗口，在此窗口内利用目标灰度和形状等特征对目标进行跟踪匹配，形成目标轨迹，再根据目标的运动状态参数确定该目标是否属于该轨迹。上述方法，采用预测方法确定目标滤波窗口，但预测模型难以适应实测图像的复杂性，从而此法对多目标轨迹单站自动识别的适应性不尽理想，通常需要操作员人工干预，无法实现自动识别。
发明内容
为了解决已有技术存在的问题，本发明提供了一种多目标轨迹单站自动识别方法。其步骤如下由光测设备拍摄的目标轨迹的帧图像，传输给计算机，计算机里有多目标轨迹单站自动识别方法的程序及相应的公式，进行多目标轨迹单站自动识别；所述的自动识别方法程序流程，如图I所示；
设由光测设备拍摄了目标轨迹的m帧图像，m为大于2的自然数；设i为按拍摄时间先后顺序得到的图像的帧数，是大于等于1，小于等于m的自然数；qi第i帧图像上的目标点数，为自然数；ji为第i巾贞图像上的第ji个目标点，为小于等于qi的自然数；所述的m和Qi无关；设第i_l帧图像上的目标点A[i_l，U ;第1帧图像上的目标点A[i，Ji];第i+Ι帧图像上的目标点A[i+l，ji+1];并设目标飞行平均速度为 ，拍摄频率为f、拍摄地址到目标轨迹平面的垂直距离为h、图像拍摄比例系数为k、图像画幅宽度为w ;所述的拍摄地址为光测设备拍摄地点； 考察第i帧图像(I)图像叠加以第i-ι帧图像作为基准，建立坐标系ο-xy，分别使i、i+1帧图像与第i-Ι帧图像叠加，将i、i+l帧图像上的目标轨迹的目标点移至该坐标系内，这样就把一个时间序列的目标轨迹的目标点转换为平面的几何点；(2)目标点连线在坐标系o-xy，按照图像拍摄时间先后顺序，依次把第i-Ι帧图像里的任意目标点A[i-1，JV1]与第i帧图像里的任意目标点A[i，Ji]相连，记相连后的线段长度为d' [ (i_l) ji-i_i jj ;依次把第i巾贞图像里的任意目标点A[i, jj与第i+1中贞图像里的任意目标点A[i+i，ji+j相连，记相连后的线段长度为d' [ι\-α+ι)υ，生成Qi-I XqiX qi+i条轨迹连线；(3)定向滤波在坐标系o-xy平面中，根据相邻线段长度关系，上述的目标轨迹的目标点的连线分为两类一类为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d' [(I-Dji^1-Iji]和d' [iji-(i+l)ji+1]基本相等；另一类为为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d' [a-1) JVriji]和d' [iji-(i+Dji+1]明显不相等；如图2为光测设备拍摄i帧图像的定向滤波图。由于目标飞行轨迹进入拍摄视场的时间较短，在目标轨迹平面内的高度变化较小，目标轨迹在垂直于目标轨迹平面的平面内的投影决定了目标在拍摄图像中的运动情况；把目标轨迹投影在与目标轨迹平面垂直的平面内，目标轨迹近似匀速运动，拍摄第i帧图像时，拍摄位置可表示为s'n = htan子(I)所述的拍摄位置为光测设备光学系统光轴与目标轨迹投影的交点；拍摄第i帧图像时，某目标飞行的位置为Sn =y(2)设该飞行目标在第i帧图像上的目标点标记为A[i，，此刻对应的拍摄图像脱靶量为Asn = sn -s'n = ki(^-htany)(3)其中，k为图像放大倍数，其为图像尺寸与实物尺寸之比；设该飞行目标在第i+Ι帧图像上的目标点标记为A[i+1，ji+1]，拍摄第i+1帧图像时，图像脱靶量为
(4)目标点A[i+1，ji+1]和A[i，Ji]之间的线段理想长度
由于拍摄距离较远，拍摄的视场角较小，故在小角度范围内(![iji-a + l) ji+1]近似为 (6)考虑到( )把式(7)代入式(6)，
(8)
由于f远小于1，则式⑶可近似为
(9)对于每次轨迹拍摄，目标飞行平均速度γ，拍摄频率f和图像拍摄比例系数k是固定不变的，因此，从式(9)可知，3帧叠加后的图像，相邻图像的目标轨迹的目标点间距离不变，即(Γ [(i_l) ji—fiji] d' Liji-(i+1) ji+1] (10)根据误差传递规律，由式⑶求实际距离d' [iji-(i + l) ji+1]轨迹识别误差为
由式(11)可知，不同帧的轨迹识别误差ε是拍摄帧数i的函数；飞行平均速度 、拍摄频率f，拍摄地址到目标轨迹平面的垂直距离h和图像放大倍数k是拍摄的基本参数，拍摄前已经确定，是已知的。因此，由式(11)可知，只要确定拍摄帧数i就可知轨迹识别误
差ε ;相邻图像目标轨迹的目标点间实际距离d' [iji-(i+l)ji+1]应满足d[ij「(i+l)ji+1] (I- ε )≤ d' [ij「(i+l) ji+1≤ d[i j「(i+l) ji+1] (1+ε ) (12)对于第i巾贞图像中的任意目标点A[i, jj，如果由A[i_l, jVj-Ati, jJ-Ati+l,ji+1]之间连线构成的轨迹符合定向滤波的条件，即满足式(10)和(12)，则继续判读第i+1帧图像中的任意目标点A[i+1，ji+1]，直至某帧图像中的任意目标点不符合定向滤波的条件，则转入数量滤波判断；称该判读过程为定向滤波；
(4)数量滤波对于第i巾贞图像中的任意目标点A[i, jj,由A[i_l，jVj-Ati,ji]_A[i+l，ji+1]之间连线构成的轨迹如果不符合定向滤波的条件，则考察该轨迹上目标数量，如果其数量大于等于目标设定值n，即数量滤波条件，则确定为真轨迹；否则为假轨迹，由A[i-1，JiJ-Ati, jJ-A[i+l，ji+1]之间连线构成的轨迹不再考察，其连线从图像中删除；目标设定值η为η =wf/2kv(13)其中w为图像画幅宽度；第i帧图像识别结束后，对第i+Ι帧图像重复图像叠加、目标点连线、定向滤波和数量滤波的过程，直至i < m，轨迹识别结束。发明效果由于本发明之方法与现有方法相比，其优势在于总结操作员的判读经验，使之用于多目标轨迹单站自动识别，即把拍摄图像叠加，采用定向滤波和数量滤波相结合的方式，识别轨迹真伪，避免了其它方法的预测模型的使用，从而对判读图像具有更强的适应性，无需判读过程的人工干预，实现了对目标轨迹单站自动识别。
图I是本发明的多目标轨迹单站自动识别流程图。图2是本发明的一种多目标轨迹单站自动识别方法的光测设备拍摄i帧图像的定向滤波图。图3是本发明实施例I的第I帧图像。图4是本发明实施例I的第2帧图像。图5是本发明实施例I的第3帧图像。图6是本发明实施例I的第4帧图像叠加图。图7是本发明实施例I的第5帧图像。图8是本发明实施例I的第I、2、3帧图像叠加图。图9是本发明实施例I的第1、2、3帧图像目标点连线图。图10是本发明实施例I的第2、3、4帧图像叠加图。图11是本发明实施例I的第2、3、4帧图像目标点连线图。图12是本发明实施例I的第3、4、5帧图像叠加图。图13是本发明实施例I的第3、4、5帧图像目标点连线图。
具体实施例方式实施例I 一种多目标轨迹单站自动识别方法。由光测设备拍摄的目标轨迹的帧图像，传输给计算机，计算机里有多目标轨迹单站自动识别方法的程序及相应的公式，进行多目标轨迹单站自动识别；所述的自动识别方法程序流程，如图I所示；设由光测设备拍摄了 5帧图像，设第I帧图像上有I个目标点，记为A[l，l]，如图2所示；第2帧图像上有2个目标点，分别记为A[2，I]和A[2，2]，如图3所示；第3帧图像上有3个目标点，分别记为六[3，1]4[3，2]和A[3，3]，如图4所示；第4帧图像上有I个目标点，记为A[4,1],如图5所示；第5巾贞图像上有I个目标点,记为A[5,1],如图6所示；
并设目标飞行平均速度为γ = 100m/s，拍摄频率为f = 100Hz、拍摄地址到目标轨迹平面的垂直距离为h = 400m和图像拍摄比例系数为k = O. 02,图像画幅宽度为w =0.08m，则获得目标设定值
权利要求
1.一种多目标轨迹单站自动识别方法，其特征在于，其步骤如下由光测设备拍摄的目标轨迹的帧图像，传输给计算机，计算机里有多目标轨迹单站自动识别方法的程序及相应的公式，进行多目标轨迹单站自动识别； 由光测设备拍摄了目标轨迹的m帧图像，m为大于2的自然数；i为按拍摄时间先后顺序得到的图像的帧数，是大于等于1，小于等于m的自然数；qi第i帧图像上的目标点数，为自然数；Ji为第i帧图像上的第Ji个目标点，为小于等于Qi的自然数；所述的m和qi无关；第i~l中贞图像上白勺目标点A[i-1, jトJ ;第i中贞图像上白勺目标点A[i, jj ;第i+1中贞图像上白勺目标点A[i+1，ji+1];并设目标飞行平均速度为V，拍摄频率为f、拍摄地址到目标轨迹平面的垂直距离为h、图像拍摄比例系数为k、图像画幅宽度为w ;所述的拍摄地址为光测设备拍摄地点； 考察第i帧图像 (1)图像叠加以第i_l帧图像作为基准，建立坐标系o-xy，分别使i、i+1帧图像与第i-1帧图像叠加，将i、i+l帧图像上的目标轨迹的目标点移至该坐标系内，这样就把ー个时间序列的目标轨迹的目标点转换为平面的几何点； (2)目标点连线在坐标系o-xy，按照图像拍摄时间先后顺序，依次把第i_l帧图像里的任意目标点A[i-1，JiJ与第i帧图像里的任意目标点A[i，Ji]相连，记相连后的线段长度为d' [ (i_l);依次把第i中贞图像里的任意目标点A[i, jj与第i+1中贞图像里的任意目标点A[i+i，ji+j相连，记相连后的线段长度为d' [iji-a+iuj，生成Qi-I XqiX qi+1条轨迹连线； (3)定向滤波在坐标系o-xy平面中，根据相邻线段长度关系，上述的目标轨迹的目标点的连线分为两类ー类为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d' [(i-1) JVriji]和d' [iji-(i+l)ji+1]基本相等；另一类为为任意相邻的三帧图像里的三个目标轨迹的目标点所连成的线段长度d' [(i-1) JVriji]和(T [iji-(i+1) ji+1]明显不相等； 把目标轨迹投影在与目标轨迹平面垂直的平面内，目标轨迹近似匀速运动，拍摄第i中贞图像时，拍摄位直可表不为
全文摘要
本发明提供了一种多目标轨迹单站自动识别方法。其包括(1)图像叠加，(2)目标连线，(3)定向滤波和(4)数量滤波。由于本发明之方法与现有方法相比，其优势在于总结操作员的判读经验，使之用于多目标轨迹单站自动识别，即把拍摄图像叠加，采用定向滤波和数量滤波相结合的方式，识别轨迹真伪，避免了其它方法的预测模型的使用，从而对判读图像具有更强的适应性，无需判读过程的人工干预，实现了对目标轨迹单站自动识别。
文档编号G06K9/00GK102663343SQ20121004011
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月26日 优先权日2012年4月26日
发明者王恩国, 苏成志, 赵忠兴 申请人:长春理工大学