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一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)及方法與流程

文檔序號:11473181閱讀:1286來源:國知局
一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)及方法與流程

本發(fā)明涉及槍械瞄準(zhǔn)技術(shù),尤其涉及反恐防暴機(jī)器人槍械裝備和狙擊槍的自動(dòng)化瞄準(zhǔn)系統(tǒng)及方法。



背景技術(shù):

目前,防暴部隊(duì)擁有各式各樣的防暴機(jī)器人,這些防暴機(jī)器人主要用于完成各種人員不宜直接接觸或者高危險(xiǎn)的任務(wù)。同時(shí),部分防暴機(jī)器人也安裝了某種槍械裝備,用于對目標(biāo)對象的打擊,但是其穩(wěn)定性和精準(zhǔn)性往往不高,難以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)瞄準(zhǔn)并跟蹤。

另外,部隊(duì)和武警中都配備有一些高素質(zhì)的專業(yè)狙擊手,他們能出色的完成多種狙擊任務(wù)。但是狙擊手需要直接操控武器,他們的呼吸會(huì)影響瞄準(zhǔn)精度,若長時(shí)間設(shè)伏的話不僅需要克服人的生理極限挑戰(zhàn),惡劣環(huán)境也會(huì)對狙擊手造成不利影響。

由于反恐防暴任務(wù)現(xiàn)場及狙擊手執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)都將面臨極大的危險(xiǎn)性與復(fù)雜性,因此,本發(fā)明自動(dòng)瞄準(zhǔn)并跟蹤運(yùn)動(dòng)目標(biāo),避免了作戰(zhàn)人員對武器的直接操控,能最大限度的保護(hù)反恐防暴隊(duì)員及狙擊手的安全并減少作戰(zhàn)人員傷亡,同時(shí)又能高效的完成對目標(biāo)進(jìn)行打擊的作戰(zhàn)任務(wù)。



技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

本部分的目的在于概述本發(fā)明的實(shí)施例的一些方面以及簡要介紹一些較佳實(shí)施例。在本部分以及本申請的說明書摘要和發(fā)明名稱中可能會(huì)做些簡化或省略以避免使本部分、說明書摘要和發(fā)明名稱的目的模糊,而這種簡化或省略不能用于限制本發(fā)明的范圍。

鑒于上述現(xiàn)有槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)存在的問題,提出了本發(fā)明。

因此,本發(fā)明其中一個(gè)目的是提供一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng),通過機(jī)械自動(dòng)定位的方式取代人體視覺識別系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)對槍械的準(zhǔn)確定位,提高作戰(zhàn)效率。

為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng),包括運(yùn)動(dòng)單元,設(shè)置于基座上,其包括水平運(yùn)動(dòng)裝置和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置,能夠控制槍械的方位及仰俯角,還包括,控制單元,包括第一收發(fā)模塊、第一處理模塊和通訊模塊,第一收發(fā)模塊接收來自指令單元發(fā)出的指令信號,經(jīng)過第一處理模塊對指令信號進(jìn)行處理,再經(jīng)通訊模塊向運(yùn)動(dòng)單元發(fā)送運(yùn)動(dòng)指令,通訊模塊接收圖像采集單元采集到的圖像,經(jīng)第一處理模塊處理后,通過收發(fā)模塊將圖像傳輸至指令單元;圖像采集單元,包括錄入模塊、瞄準(zhǔn)模塊,錄入模塊和瞄準(zhǔn)模塊搭載在運(yùn)動(dòng)單元上,用以采集現(xiàn)場圖像,以實(shí)現(xiàn)操作人員對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控;以及,指令單元,包括操作模塊、第二處理模塊、第二收發(fā)模塊和顯示模塊,第二收發(fā)模塊接收控制單元發(fā)送來的圖像,經(jīng)第二處理模塊處理后在顯示模塊顯示,實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控,操作模塊將操作人員的輸入信息轉(zhuǎn)化成電信號傳輸至第二處理模塊,第二處理模塊對輸入信號進(jìn)行處理,再通過第二收發(fā)模塊發(fā)送至控制單元,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案,其中:還包括,電源單元,為所述運(yùn)動(dòng)單元、所述控制單元和所述圖像采集單元供電。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案,其中:所述錄入模塊用于目標(biāo)檢測,運(yùn)用基于haar的特征檢測,運(yùn)用kalman濾波器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置預(yù)估。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的一種優(yōu)選方案,其中:所述瞄準(zhǔn)模塊用于目標(biāo)跟蹤,運(yùn)用基于tld的改進(jìn)算法,采用基于mean-shift的跟蹤器,加入kalman濾波器的預(yù)測功能,并加入多級并聯(lián)檢測模塊,將基于隨機(jī)森林的集合分類器、haar分類器、最近鄰分類器集合。

本發(fā)明另一個(gè)目的是提供一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法,通過模糊控制的方法實(shí)現(xiàn)在線整定pid參數(shù),并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟蹤控制。

一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法,其特征在于:包括,獲取現(xiàn)場視頻圖像,對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別;計(jì)算系統(tǒng)的控制量;目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤;判斷系統(tǒng)是否還要繼續(xù)工作;若是,則返回重新對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別,若否,則退出關(guān)機(jī)。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述計(jì)算系統(tǒng)的控制量,計(jì)算出目標(biāo)的中心坐標(biāo),計(jì)算出偏差和偏差的變化率,將得出的偏差和偏差的變化率帶入模糊控制規(guī)則表,通過模糊pid控制器計(jì)算得出系統(tǒng)的控制量。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤,是所述運(yùn)動(dòng)單元帶動(dòng)搭載在其上方的圖像采集單元運(yùn)動(dòng),通過錄入模塊,進(jìn)行目標(biāo)檢測,獲得目標(biāo)圖像的像素信息,通過瞄準(zhǔn)模塊,進(jìn)行單目標(biāo)跟蹤,獲取目標(biāo)位置的精確信息,對所述運(yùn)動(dòng)單元精確控制。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述模糊pid控制器,利用模糊控制器給pid控制器在線自整定pid參數(shù)。

作為本發(fā)明所述的槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法的一種優(yōu)選方案,其中:所述在線自整定pid參數(shù),找出pid參數(shù)與偏差和偏差變化率之間的模糊關(guān)系,在運(yùn)行中檢測偏差與偏差,對參數(shù)進(jìn)行在線修改,使偏差和偏差變化率滿足pid參數(shù)的要求。

本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明可臨時(shí)移動(dòng)或事先放置在需要打擊目標(biāo)的伏擊場所,代替狙擊手在伏擊地點(diǎn)待命,而狙擊手只需遠(yuǎn)距離監(jiān)控,當(dāng)目標(biāo)出現(xiàn)時(shí),操作人員通過控制面板模塊發(fā)送指令,瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)開始工作。這樣不但避免了狙擊手因長時(shí)間設(shè)伏對身體帶來的生理極限挑戰(zhàn),而且克服了狙擊手直接操控武器,因呼吸而影響瞄準(zhǔn)精度的缺陷,實(shí)現(xiàn)了在保證狙擊手人身安全情況下遠(yuǎn)距離打擊目標(biāo)的目的。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案,下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例,對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下,還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:

圖1為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖2為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第一個(gè)實(shí)施例的第一步的模塊指示示意圖;

圖3為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第一個(gè)實(shí)施例的第二步的模塊指示示意圖;

圖4為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第一個(gè)實(shí)施例的第三步的模塊指示示意圖;

圖5為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法中整體流程方法的框架示意圖;

圖6為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法中舉例說明中心坐標(biāo)的示意圖;

圖7為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法中整體系統(tǒng)控制原理圖示意圖;

圖8為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第一個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖9為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第二個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)單元的部分結(jié)構(gòu)示意圖;

圖10為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第二個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)單元的部分結(jié)構(gòu)剖視示意圖;

圖11為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第二個(gè)實(shí)施例的固定軸的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖12為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第三個(gè)實(shí)施例的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖13為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第三個(gè)實(shí)施例的瞄準(zhǔn)模塊的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖14為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第三個(gè)實(shí)施例的裝夾件的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖15為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第三個(gè)實(shí)施例的彈性件的整體結(jié)構(gòu)示意圖;

圖16為本發(fā)明槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)中第三個(gè)實(shí)施例的卡環(huán)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂,下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明,但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實(shí)施,本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣,因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。

其次,本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述,在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí),為便于說明,表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大,而且所述示意圖只是示例,其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外,在實(shí)際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。

再其次,此處所稱的“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。在本說明書中不同地方出現(xiàn)的“在一個(gè)實(shí)施例中”并非均指同一個(gè)實(shí)施例,也不是單獨(dú)的或選擇性的與其他實(shí)施例互相排斥的實(shí)施例。

參照圖1~4,為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施方式提供了一種通過自動(dòng)定位的方式取代人體視覺和肢體瞄準(zhǔn)和跟蹤系統(tǒng),從而實(shí)現(xiàn)槍械對目標(biāo)的精準(zhǔn)定位,可高效的完成作戰(zhàn)任務(wù)。在這一實(shí)施方式中,參照圖1,槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)單元100、控制單元200、圖像采集單元300、指令單元400和電源單元500。第一步,參照圖2,圖像采集單元300將采集的圖像視頻通過第二收發(fā)模塊403傳輸至指令單元400,并通過顯示模塊404顯示出來。第二步,參照圖3,操作人員通過指令單元400的操作模塊401,發(fā)出使運(yùn)動(dòng)單元100轉(zhuǎn)動(dòng)的信號,用以調(diào)整錄入模塊301瞄準(zhǔn)并跟蹤目標(biāo),操作信號經(jīng)第二處理模塊402處理后,通過第二收發(fā)模塊403發(fā)送至控制系統(tǒng)模塊200。第三步,參照圖4,控制單元200通過其第一收發(fā)模塊201接收指令單元400發(fā)送來的操作信號,經(jīng)第一處理模塊202處理后,由通訊模塊203發(fā)送指令給運(yùn)動(dòng)單元100,驅(qū)動(dòng)基座s上的立式電機(jī)和臥式電機(jī)分別進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng),使得水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102轉(zhuǎn)動(dòng),用以實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)模塊302瞄準(zhǔn)跟蹤目標(biāo),通訊模塊203接收圖像采集單元300采集到的視頻圖像,經(jīng)第一處理模塊202處理后,通過第一收發(fā)模塊201將視頻圖像傳輸至指令單元400。

參照圖8,運(yùn)動(dòng)單元100設(shè)置在基座s上,包括水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102,通過水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102能夠控制槍械的方位及仰俯角,調(diào)整槍械的擺放位置。

其中,仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102安裝在水平運(yùn)動(dòng)裝置101上方,水平運(yùn)動(dòng)裝置101上裝有立式電機(jī),仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102內(nèi)裝有臥式電機(jī),且仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102上搭載圖像采集單元300,通過立式電機(jī)和臥式電機(jī)的驅(qū)動(dòng),分別實(shí)現(xiàn)水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102的左右運(yùn)動(dòng)和俯仰運(yùn)動(dòng),搭載的圖像采集單元300也隨之運(yùn)動(dòng),以達(dá)到對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控和槍械對目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤的目的,并最終將所得信息傳送至控制單元200。

控制單元200包括第一收發(fā)模塊201、第一處理模塊202和通訊模塊203,第一收發(fā)模塊201可以采用無線通訊,例如,藍(lán)牙。藍(lán)牙模塊是一種集成藍(lán)牙功能的pcba板,用于短距離無線通訊,作為取代數(shù)據(jù)電纜的短距離無線通信技術(shù),藍(lán)牙支持點(diǎn)對點(diǎn)以及點(diǎn)對多點(diǎn)的通信,以無線方式將一定距離中的各種數(shù)據(jù)和語音設(shè)備連成一個(gè)微微網(wǎng)(pico-net),幾個(gè)微微網(wǎng)還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)互聯(lián),形成一個(gè)分布式網(wǎng)絡(luò)(scatter-net),從而在這些連接模塊之間實(shí)現(xiàn)快捷而方便的通信。藍(lán)牙接口在嵌入式數(shù)字信號處理器omap5910上的實(shí)現(xiàn),dsp對模擬信號進(jìn)行采樣,并對a/d變換后的數(shù)字信號進(jìn)行處理,通過藍(lán)牙接口傳輸?shù)浇邮斩耍瑯?,dsp對藍(lán)牙接收到的數(shù)字信號進(jìn)行d/a變換,成為模擬信號。

圖像采集單元300包括錄入模塊301和瞄準(zhǔn)模塊302,錄入模塊301進(jìn)行目標(biāo)檢測,獲得目標(biāo)圖像的像素信息,以實(shí)現(xiàn)操作人員對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。瞄準(zhǔn)模塊302進(jìn)行單目標(biāo)跟蹤,獲取目標(biāo)位置的精確信息,且錄入模塊301和瞄準(zhǔn)模塊302均搭載在運(yùn)動(dòng)單元100上。較佳地,錄入模塊301可用超廣角鏡頭相機(jī)以采集現(xiàn)場圖像,獲得目標(biāo)圖像的像素信息,超廣角鏡頭是視角范圍特別廣的鏡頭(80-110度),在35毫米相機(jī)上,多指15-20毫米的鏡頭。錄入模塊301可用數(shù)碼瞄準(zhǔn)鏡,進(jìn)行單目標(biāo)跟蹤,獲取目標(biāo)位置的精確信息。

指令單元400包括操作模塊401、第二處理模塊402、第二收發(fā)模塊403和顯示模塊404。第二收發(fā)模塊403接收控制單元200發(fā)送來的圖像,這里說的圖像包括聲音和視頻,經(jīng)第二處理模塊402處理后在顯示模塊404顯示,實(shí)現(xiàn)對現(xiàn)場的實(shí)時(shí)監(jiān)控。操作模塊401將操作人員的輸入信息轉(zhuǎn)化成電信號傳輸至第二處理模塊402,第二處理模塊402對輸入信號進(jìn)行處理,再通過第二收發(fā)模塊403發(fā)送至控制單元200,以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控功能。較佳地,第二收發(fā)模塊403也可采用無線通訊,實(shí)現(xiàn)無線遠(yuǎn)程遙控功能,相比較而言,采用無線控制可以減小整個(gè)系統(tǒng)的體積且安裝方便,在室外惡劣環(huán)境中適應(yīng)性較強(qiáng),有線通訊的局限性太大,在遇到一些特殊的應(yīng)用環(huán)境,比如遇到山地、湖泊、林區(qū)等特殊的地理環(huán)境或是移動(dòng)物體等布線比較困難的應(yīng)用環(huán)境的時(shí)候,將對有線網(wǎng)絡(luò)的布線工程有著極強(qiáng)的制約力,而用無線數(shù)據(jù)傳輸模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式將不受這些限制,所以說用無線數(shù)傳模塊建立專用無線數(shù)據(jù)傳輸方式將比有線通訊有更好的更廣泛的適應(yīng)性,幾乎不受地理環(huán)境限制,并且,無線傳輸?shù)臄U(kuò)展性也較佳。

該實(shí)施例中還包括電源單元500,其為運(yùn)動(dòng)單元100、控制單元200、圖像采集單元300供電,而指令單元400單獨(dú)供電,可以通過外接電源,也可以通過電池供電,或者采用充放電的形式,即,指令單元400中放置電池,放電池電力不足時(shí),通過外接電源充電并為指令單元400供電,若沒有外接電源且內(nèi)置的電池是帶電時(shí),可通過電池為指令單元400供電。

本發(fā)明一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的第二個(gè)實(shí)施例,該實(shí)施例不同于第一個(gè)實(shí)施例的在于:錄入模塊301中的目標(biāo)檢測,運(yùn)用基于haar的特征檢測,運(yùn)用kalman濾波器實(shí)現(xiàn)目標(biāo)位置預(yù)估。具體地,以下是基于kalman濾波器算法目標(biāo)預(yù)測的公式計(jì)算:

在x軸和y軸分別設(shè)計(jì)了一個(gè)kalman濾波器,用于描述目標(biāo)在圖像中兩個(gè)坐標(biāo)軸方向的位置和速度變化。僅討論x軸方向kalman濾波器的實(shí)現(xiàn)過程,y軸方向相同。

建立目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程為:

式中:

xk——k時(shí)刻的位置;

vk——k時(shí)刻的速度;

ak——k時(shí)刻的加速度;

t——時(shí)間間隔;

akt——作為白噪聲處理。

可將1式寫成矩陣形式,即系統(tǒng)狀態(tài)方程:

系統(tǒng)狀態(tài)矢量為:

x(k)=[xkvk]t(3)

狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣為:

系統(tǒng)動(dòng)態(tài)噪聲矢量為:

式中vx為x軸方向的運(yùn)動(dòng)噪聲;

通過已獲得的目標(biāo)位置信息,建立目標(biāo)觀測方程,kalman濾波器系統(tǒng)觀測矢量z(k)為:

z(k)=hx(k)+w

式中xk=xk,

觀測系數(shù)矩陣h(k)為:

h(k)=[10]

系統(tǒng)觀測噪聲矢量w為:

w=wx

式中wx為x軸方向的觀測噪聲。

運(yùn)動(dòng)目標(biāo)系統(tǒng)狀態(tài)方程和觀測方程建立好以后,可以通過kalman遞推過程,不斷預(yù)測跟蹤目標(biāo)在下一幀圖像中的位置。

本發(fā)明一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)的第三個(gè)實(shí)施例,該實(shí)施例不同于第二個(gè)實(shí)施例的是:瞄準(zhǔn)模塊302中的目標(biāo)跟蹤,運(yùn)用基于tld的改進(jìn)算法,采用基于mean-shift的跟蹤器,加入kalman濾波器的預(yù)測功能,并加入多級并聯(lián)檢測模塊,將基于隨機(jī)森林的集合分類器、haar分類器、最近鄰分類器集合。具體地,在mean-shift的跟蹤器中加入kalman濾波器的預(yù)測功能,可減小檢測范圍,提高實(shí)時(shí)性,同時(shí),采用多級并聯(lián)檢測模塊,將基于隨機(jī)森林的集合分類器、haar分類器、最近鄰分類器集合起來,很大程度上可以解決因遮擋、變形等因素的影響,提高跟蹤的實(shí)時(shí)性、準(zhǔn)確性和魯棒性?;趍eanshift的目標(biāo)跟蹤算法包括3個(gè)基本步驟:

第一步:選擇一個(gè)特定的特征空間,并在所選特征空間里利用核密度估計(jì)方法建立運(yùn)動(dòng)目標(biāo)特征的概率密度分布,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的描述;

第二步:在每幀中對目標(biāo)模型和目標(biāo)候選進(jìn)行相似性度量,測量運(yùn)動(dòng)目標(biāo)模型的特征概率密度分布q和候選目標(biāo)的特征概率密度分布p之間的相似性,常選用的相似性度量為bhattacharyy系數(shù);

第三步:應(yīng)用meanshift向量的迭代搜索在當(dāng)前幀中確定運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置,實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤。

實(shí)現(xiàn)步驟:

假定目標(biāo)模型為{qu}u=1,...,m,目標(biāo)在上一幀的位置為y0:

(1)初始化當(dāng)前幀的目標(biāo)位置為y0,計(jì)算目標(biāo)候選{pu(y0)}u=1,...,m,以及目標(biāo)模型和目標(biāo)候選之間的距離:

(2)根據(jù)計(jì)算權(quán)值wi;

(3)根據(jù)計(jì)算下一個(gè)目標(biāo)候選的位置y1;

(4)計(jì)算位置y1處目標(biāo)候選{pu(y1)}u=1,...,m,以及目標(biāo)模型和目標(biāo)候選之間的距離

(5)執(zhí)行循環(huán):

更新計(jì)算

(6)終止條件||y1-y0||<ε,進(jìn)入下一幀搜索;否則y0←y1,轉(zhuǎn)回第2步。

參照圖9~11,為本發(fā)明的第二個(gè)實(shí)施例,該實(shí)施例不同于第一個(gè)實(shí)施例的是:設(shè)有升降軸104。具體地,在本實(shí)施例中,參照圖9,運(yùn)動(dòng)單元100還包括固定軸103、升降軸104、第一齒輪105、固定板106、第二齒輪107、第一驅(qū)動(dòng)108和皮圈109,參照圖11,固定軸103與水平運(yùn)動(dòng)裝置101相接,內(nèi)部中空,設(shè)有第一缺口m和擋板103a,擋板103a上方的固定軸103部分的直徑小于擋板103a下方的固定軸103部分的直徑,且第一缺口m從擋板103a設(shè)置處延伸至固定軸103的頂端。參照圖9和圖10,升降軸104套設(shè)于固定軸103的內(nèi)部,其一端設(shè)有齒條104a,需要說明的是,齒條104a的長度和第一缺口m的長度相等,且齒條104a的齒角凸出在第一缺口m的外面。

較佳的,為防止固定軸103和升降軸104套合時(shí),兩者之間間隙較大而產(chǎn)生晃動(dòng),固定軸103的內(nèi)直徑等于升降軸104的外直徑。參照圖9和圖10,第一齒輪105套設(shè)于固定軸103,與固定板106相接觸,內(nèi)部設(shè)有內(nèi)螺紋105a,與齒條104a相配合。固定板106套設(shè)于固定軸103,下端與擋板103a相接,上端與第一齒輪105和第二齒輪107相接觸,第一齒輪105和第二齒輪107相嚙合,第二齒輪107的齒輪半徑小于第一齒輪105的齒輪半徑,在固定板106的下方設(shè)有第一驅(qū)動(dòng)108,第一驅(qū)動(dòng)108和第二齒輪107相接,通過第一驅(qū)動(dòng)108驅(qū)動(dòng)第二齒輪107旋轉(zhuǎn),第二齒輪107嚙合第一齒輪105,帶動(dòng)第一齒輪105旋轉(zhuǎn)。其中,第一驅(qū)動(dòng)108可以是電機(jī)、電磁、氣缸等提供動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)裝置。在固定軸103外面還設(shè)有皮圈109,皮圈109和固定板106對第一齒輪105限位,防止第一齒輪105上下運(yùn)動(dòng),皮圈109設(shè)有第二缺口m,第二缺口m的口處的弧長小于第一缺口m的弧長,也就是說,第二缺口m為齒條104a提供運(yùn)動(dòng)的軌道,防止第一齒輪105的內(nèi)螺紋105a和齒條104a相配合時(shí),升降軸104旋轉(zhuǎn),使得升降軸104只發(fā)生升降。這種升降模式,使得仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102的可看到的視角的范圍擴(kuò)大,縮小了觀察盲區(qū)。

參照圖12~16為本發(fā)明的第三個(gè)實(shí)施例,該實(shí)施例與第二個(gè)實(shí)施例的區(qū)別是:在該實(shí)施例中,參照圖12~16,瞄準(zhǔn)模塊302下方設(shè)有固定塊302a,固定塊302a上設(shè)有第四缺口l,第四缺口l呈半圓形,且運(yùn)動(dòng)單元100還包括裝夾件110、復(fù)位件111和卡環(huán)112。具體地,參照圖12和圖13,瞄準(zhǔn)模塊302下方設(shè)有固定塊302a,固定塊302a上設(shè)有第四缺口l,第四缺口l呈半圓形,參照圖14,裝夾件110下端與水平運(yùn)動(dòng)裝置101相接,設(shè)有第一凹槽110a和第一孔110b,第一凹槽110a與固定塊302a配合,第一孔110b穿過裝夾件110的一面,且第一孔110b與第一凹槽110a相通。參考圖15,復(fù)位件111與第一孔110b相配合,其有一端設(shè)有彈性件111a,彈性件111a與第一連接塊111c相接,復(fù)位件111的另一端設(shè)有卡扣件111b,卡扣件111b與第二連接塊111d相接,第一連接塊111c和第二連接塊111d之間設(shè)有絲桿111e,較佳地,第一連接塊111c和第二連接塊111d之間的距離等于固定塊302a的寬度,即,絲桿111e的長度等于固定塊302a的寬度。為了防止卡扣件111b卡扣后,從后方脫離,故在卡扣件111b的后面設(shè)有限位件111f。當(dāng)復(fù)位件111與第一孔110b配合后,按住復(fù)位件111,彈性件111a抵觸至第一凹槽110a內(nèi)壁,并受到壓力發(fā)生彈性形變,此時(shí),絲桿111e的位置和第四缺口l的位置重合,使得安裝在第一凹槽110a中的固定塊302a可以拆卸下來,或者可以便利的更換瞄準(zhǔn)模塊302。更換好瞄準(zhǔn)模塊302之后,松開對復(fù)位件111的按壓,彈性件111a對復(fù)位件111復(fù)位,此時(shí)復(fù)位件111的第一連接塊111c和第二連接塊111d與第四缺口l相卡扣,使得瞄準(zhǔn)模塊302的固定塊302a與復(fù)位件111在第一凹槽110a中被牢牢卡住。

較佳的,參照圖16,為了使瞄準(zhǔn)模塊302的固定塊302a與復(fù)位件111在第一凹槽110a中固定更穩(wěn)固,在該實(shí)施例中還設(shè)有卡環(huán)112,卡環(huán)112通過銷釘113與裝夾件110固定,卡環(huán)112上設(shè)有第三缺口112a和第一凸塊112b。第三缺口112a由第一延長桿112c和第二延長桿112d組成的環(huán)形的缺口,且第三缺口112a開口處的弧長小于卡扣件111b直徑。由于第一延長桿112c和第二延長桿112d之間存在空隙,所以兩者均帶有彈性力,當(dāng)?shù)谌笨?12a與卡扣件111b卡扣時(shí),擠壓第一延長桿112c和第二延長桿112d,因?yàn)榈谝谎娱L桿112c和第二延長桿112d具有彈性力,所以能使得第三缺口112a微微張開,第三缺口112a與卡扣件111b卡扣,同時(shí),第一延長桿112c和第二延長桿112d復(fù)位,使得兩者卡住的更加穩(wěn)定。需要拆卸或者更換時(shí),逆方向操作即可,不贅述。為了撥動(dòng)卡環(huán)112方便,在卡環(huán)112的外表面設(shè)有第一凸塊112b,通過旋轉(zhuǎn)第一凸塊112b,使得卡環(huán)112旋轉(zhuǎn),與卡扣件111b配合與分離。

本發(fā)明提供了一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法,參照圖5,其包括:獲取現(xiàn)場視頻圖像,對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別,計(jì)算系統(tǒng)的控制量,目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤,判斷系統(tǒng)是否還要繼續(xù)工作;若是,則返回重新對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別,若否,則退出關(guān)機(jī)。具體地,獲取現(xiàn)場視頻圖像,對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別。首先通過錄入模塊301進(jìn)行目標(biāo)檢測,獲得目標(biāo)圖像的像素信息,再通過瞄準(zhǔn)模塊302,進(jìn)行單目標(biāo)跟蹤,獲取目標(biāo)位置的精確信息,對所述運(yùn)動(dòng)單元100精確控制。計(jì)算系統(tǒng)的控制量。通過錄入模塊301進(jìn)行目標(biāo)檢測的同時(shí),計(jì)算出目標(biāo)的中心坐標(biāo)(u,v),再計(jì)算出偏差e(k)和偏差的變化率ec(k),然后把偏差e(k)和偏差的變化率ec(k)帶入模糊控制規(guī)則表,進(jìn)行解模糊,再根據(jù)pid算法計(jì)算得出系統(tǒng)的控制量,給水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102發(fā)出指令信號。偏差e(k)是在像素坐標(biāo)系中計(jì)算得到的,在像素坐標(biāo)系中,跟蹤視頻窗口的中心坐標(biāo)為(u0,v0),即錄入模塊301所獲取圖像的中心位置,例如,參照圖6,假設(shè)矩形oabc是超廣角鏡頭相機(jī)所獲取圖像,窗口寬度oa=2w,窗口寬度oc=2h,則其中心坐標(biāo)即為(w,h),即中心點(diǎn)d的坐標(biāo)。目標(biāo)被識別后,假設(shè)其中心坐標(biāo)為(u,v)即目標(biāo)像素點(diǎn)坐標(biāo)的平均值,假設(shè)目標(biāo)在x軸上的像素點(diǎn)坐標(biāo)分別為u1、u2、....、un,在y軸上的最大最小像素點(diǎn)坐標(biāo)分別為v1、v2、...、vm,則:

偏差e(k)

e(k)=(u-u0,v-v0)

偏差的變化率ec(k)

ec(k)=e(k)-e(k-1)

目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤。根據(jù)pid算法計(jì)算得出系統(tǒng)的控制量,給水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102發(fā)出指令信號,水平運(yùn)動(dòng)裝置101和仰俯運(yùn)動(dòng)裝置102分別進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)搭載在運(yùn)動(dòng)單元100上圖像采集單元300的運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)瞄準(zhǔn)模塊302對目標(biāo)的瞄準(zhǔn)跟蹤。判斷系統(tǒng)是否還要繼續(xù)工作;若是,則返回重新對目標(biāo)進(jìn)行檢測識別,若否,則退出關(guān)機(jī)。

參照圖7,圖7示出了本發(fā)明一種槍械自動(dòng)瞄準(zhǔn)跟蹤方法的系統(tǒng)控制原理圖,模糊pid控制器是利用模糊控制器給pid控制器在線自整定pid參數(shù),先找出pid參數(shù)與偏差e(k)和偏差變化ec(k)之間的模糊關(guān)系,在運(yùn)行中通過不斷檢測偏差與偏差變化,再根據(jù)模糊控制原理來對參數(shù)進(jìn)行在線修改,以滿足在不同偏差和偏差變化時(shí)對pid參數(shù)的不同要求,從而使被控對象(即瞄準(zhǔn)模塊302)具有良好的動(dòng)、靜態(tài)性能,達(dá)到穩(wěn)定瞄準(zhǔn)跟蹤的目的。

應(yīng)說明的是,以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解,可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換,而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍,其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。

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