本發明涉及一種仿生視覺目標識別與跟蹤技術，具體地說是一種仿生鷹眼智能跟蹤裝置及跟蹤方法。

背景技術：

鷹眼以視覺寬、目光明銳著稱，這與鷹眼的生理特征密不可分。與一般生物不同，鷹眼在視網膜上存在兩個中央凹——正中央凹和側中央凹。仿生鷹眼視覺技術根據鷹眼的這種特點，已在各種球類運動中成熟使用，同時，這項技術也可進一步應用于光電偵測、光學預警、態勢監視等領域。

但是，在光電偵測、光學預警、態勢監視等領域的應用，存在有大視場圖像分辨率不高和探測距離短的問題。

技術實現要素：

本發明的目的就是提供一種仿生鷹眼智能漫游跟蹤裝置及跟蹤方法，以解決傳統大視場圖像分辨率不高和探測距離短的問題，提升大視場系統中的目標智能化檢測和識別水平，并將該裝置應用于仿生視覺領域，提高目標的識別效率和檢測精度。

本發明的目的之一是這樣實現的：一種仿生鷹眼智能跟蹤裝置，包括仿生鷹眼視覺單元、側視覺圖像整合與目標檢測單元、信息交互與處理單元、伺服驅動單元和輸出顯示與控制單元。

所述仿生鷹眼視覺單元包括左側視覺模塊、右側視覺模塊和前視覺模塊，所述左側視覺模塊、所述右側視覺模塊分別設置于云臺的左、右兩側，所述前視覺模塊設置于云臺的中間；所述左側視覺模塊與側視覺圖像整合與目標檢測單元相接，用于形成左視場；所述右側視覺模塊與側視覺圖像整合與目標檢測單元相接，用于形成右視場；所述左視場與所述右視場形成有部分重疊區域的大視場，以模仿鷹的左右眼正中央凹視覺成像，監視大空域內的物方場景；所述前視覺模塊分別與所述伺服驅動單元、所述信息交互與處理單元中的前視覺信息接收模塊和輸出顯示與控制單元中的前視覺顯示模塊相接，以模仿鷹眼雙目側中央凹高分辨率成像；用于對落入大視場中的目標進行高出大視場分辨率的成像和跟蹤測量。

所述側視覺圖像整合與目標檢測單元分別與所述左側視覺模塊、所述右側視覺模塊、所述信息交互與處理單元中的目標真假判別模塊和所述輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊相接，用于左視場與右視場的圖像配準和拼接，以形成大視場監視圖像，并傳輸給輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊，同時，采用圖像處理和目標識別方法，尋找和辨識大視場中的研究目標。

所述信息交互與處理單元包括前視覺信息接收模塊、目標真假判別模塊和伺服單元信息傳輸模塊；所述前視覺信息接收模塊分別與所述前視覺模塊、所述目標真假判別模塊相接，用于接收前視覺模塊傳遞的圖像信息；所述目標真假判別模塊分別與所述側視覺圖像整合與目標檢測單元、所述前視覺信息接收模塊、所述伺服單元信息傳輸模塊和所述輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊相接，用于在高出大視場分辨率的條件下對疑似目標進行進一步的識別，以確定目標是否是研究目標；所述伺服單元信息傳輸模塊分別與所述目標真假判別模塊、所述伺服驅動單元和所述輸出顯示與控制單元中的模式切換模塊相接，用于對檢測到的研究目標的像面位置、灰度和速度等參數進行處理，將其轉換為實際的目標坐標、距離和速度等信息，傳輸給伺服驅動機構進行穩定跟蹤，并將合成的實時大視場圖像傳輸給輸出顯示與控制單元進行顯示。

所述伺服驅動單元分別與所述前視覺模塊、所述信息交互與處理單元中的所述伺服單元信息傳輸模塊、所述輸出顯示與控制單元中的模式切換模塊和搖桿相接，用于在隨動和手動兩種跟蹤模式下調整前視覺模塊的光軸指向，實現對研究目標的穩定跟蹤。

所述輸出顯示與控制單元包括前視覺顯示模塊、側視覺顯示模塊、模式切換模塊和搖桿；所述前視覺顯示模塊與所述前視覺模塊相接，用于顯示前視覺模塊傳遞的圖像；所述側視覺顯示模塊分別與所述側視覺圖像整合與目標檢測單元、所述信息交互與處理單元中的目標真假判別模塊相接，用于顯示大視場監視圖像和目標觀測；所述模式切換模塊分別與所述搖桿、所述伺服驅動單元和所述信息交互與處理單元中的所述伺服單元信息傳輸模塊相接，用于進行隨動跟蹤模式與手動跟蹤模式的切換——在隨動跟蹤模式下，將側視覺圖像整合與目標檢測單元輸出的像面目標信息解算為實際信息，驅動所述伺服驅動單元實現穩定跟蹤；在手動跟蹤模式下，使所述伺服驅動機構和所述前視覺模塊直接受搖桿的控制，實現人為的目標觀測；所述搖桿分別與所述模式切換模塊和所述前視覺顯示模塊相接，用于在手動跟蹤模式下的目標漫游跟蹤。

所述左側視覺模塊和所述右側視覺模塊的凝視視場角≥80°×35°，且左視場與右視場的重疊區域為8°~12°；所述前視覺模塊的凝視視場角≤10°×7.5°。

本發明的目的之二是這樣實現的：一種仿生鷹眼智能漫游跟蹤方法，包括以下步驟：

a、調整左側視覺模塊、右側視覺模塊，使左視場與右視場存在8°~12°的重疊區域，將兩路信號傳輸到側視覺圖像整合與目標檢測單元，對左視場與右視場的圖像進行配準和拼接，合成為大空域實時監視場景；在此條件下，系統對物方的大視場實時成像，用于監視大空域信息，從中提取感興趣的研究目標或區域；

b、在大空域場景中發現疑似目標之后，通過幀間差分、空域濾波等圖像處理方法獲取疑似目標的位置信息；若疑似目標存在其他干擾，通過側視覺圖像整合與目標檢測單元予以排除，最終確定重點研究目標及其坐標信息，并在大視場中予以持續跟蹤；

c、在獲取感興趣研究目標的坐標之后，通過信息交互與處理單元中的伺服單元信息傳輸模塊將坐標傳輸給伺服驅動單元，并通過信息交互與處理單元中的模式切換模塊切換到隨動跟蹤模式，伺服驅動單元驅動前視覺模塊自動跟蹤研究目標，更新研究目標的參數信息，并將這些信息傳輸到信息交互與處理單元；

d、將合成的大視場實時監視圖像和小視場高分辨目標圖像傳輸給輸出顯示與控制單元，供操作人員直觀判讀圖像；若要人為仔細觀察圖像中某些細節，可通過信息交互與處理單元中的模式切換模塊切換到手動跟蹤模式，利用搖桿手動驅動前視覺模塊，采用漫游方式進行觀測。

本發明采用雙目大視場圖像配準、拼接的方式，擴大了實時監視空域，避免了單個鏡頭視場過大造成的畸變和多個小視場鏡頭在拼接處失真的問題；同時，采用高分辨力小視場鏡頭，運用漫游跟蹤在大視場監視圖像中識別目標，并具有隨動和手動兩種跟蹤模式，較好地實現了人機結合，提高了仿生鷹眼智能漫游跟蹤裝置在仿生視覺和目標識別領域的應用能力。

本發明克服了傳統單個鏡頭視場角過大所導致畸變較大、多個小視場鏡頭拼接導致拼接處失真的情況，既滿足了大空域實時監視物方場景的要求，也達到了高分辨力觀測目標的目的，有效提高了目標的檢測效率和準確性；同時，通過人機結合的隨動/手動跟蹤模式，更有效地提高了該裝置及方法的工程化應用價值。

本發明克服了傳統大視場凝視鏡頭的畸變大、精度低的問題，在獲取大空域場景的同時，可對重點研究目標或研究區域進行高分辨力檢測、識別和測量，目標檢測效率得到明顯提升。

附圖說明

圖1是本發明漫游跟蹤裝置的結構框圖與仿生鷹眼視覺單元結構示意圖的組合圖。

圖中：1、云臺，2、右側視覺模塊，3、前視覺模塊，4、左側視覺模塊。

具體實施方式

實施例1：仿生鷹眼智能漫游跟蹤裝置。

如圖1所示，本發明仿生鷹眼智能漫游跟蹤裝置包括仿生鷹眼視覺單元、側視覺圖像整合與目標檢測單元、信息交互與處理單元、伺服驅動單元以及輸出顯示與控制單元等部分。

其中，仿生鷹眼視覺單元包括左側視覺模塊4、右側視覺模塊2和前視覺模塊3；左側視覺模塊4、右側視覺模塊2分別設置于云臺1的左、右兩側，前視覺模塊3設置于云臺1的中間。左側視覺模塊4與側視覺圖像整合與目標檢測單元相接，用于形成左視場；右側視覺模塊2與側視覺圖像整合與目標檢測單元相接，用于形成右視場。左視場與右視場形成有部分重疊區域的大視場，以模仿鷹的左右眼正中央凹視覺成像，監視大空域內的物方場景。前視覺模塊3分別與伺服驅動單元和信息交互與處理單元中的前視覺信息接收模塊相接，以模仿鷹眼雙目側中央凹高分辨率成像，用于對落入大視場中的目標進行高出大視場分辨率的成像和跟蹤測量。

左側視覺模塊4和右側視覺模塊2可在云臺1上做左右向擺動的位置調整，前視覺模塊3除了可以做左右向的擺動調整外，還可以做俯仰角度的調整。左側視覺模塊4和右側視覺模塊2的凝視視場角≥80°×35°，且左視場與右視場的重疊區域為8°~12°；前視覺模塊3的凝視視場角≤10°×7.5°。

仿生鷹眼視覺單元的左側視覺模塊4和右側視覺模塊2將凝視視場角≥80°×35°的左、右視場的圖像通過信號線傳輸至側視覺圖像整合與目標檢測單元，通過對左、右兩個視場圖像的配準和拼接，合成為大空域的監視圖像，并在監視圖像中發現感興趣目標。前視覺模塊3位于云臺1的中央，其凝視視場角≤10°×7.5°，模仿鷹眼雙目側中央凹高分辨率成像，用于對目標進行高分辨率成像和跟蹤測量。

圖1中，側視覺圖像整合與目標檢測單元分別與左側視覺模塊、右側視覺模塊、信息交互與處理單元中的目標真假判別模塊以及輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊相接，用于左視場與右視場的圖像配準和拼接，以形成大視場監視圖像，并傳輸給輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊，同時，采用圖像處理和目標識別方法，尋找和辨識大視場中的研究目標。

信息交互與處理單元包括前視覺信息接收模塊、目標真假判別模塊和伺服單元信息傳輸模塊。前視覺信息接收模塊分別與前視覺模塊、目標真假判別模塊相接，用于接收前視覺模塊傳遞的圖像信息。目標真假判別模塊分別與側視覺圖像整合與目標檢測單元、前視覺信息接收模塊、伺服單元信息傳輸模塊以及輸出顯示與控制單元中的側視覺顯示模塊相接，用于在高分辨率的條件下對疑似目標進行進一步的識別，以確定目標是否是研究目標。伺服單元信息傳輸模塊分別與目標真假判別模塊、伺服驅動單元以及輸出顯示與控制單元中的模式切換模塊相接，用于對檢測到的研究目標的像面位置、灰度和速度等參數進行處理，將其轉換為實際的目標坐標、距離和速度等信息，傳輸給伺服驅動機構進行穩定跟蹤，并將合成的實時大視場圖像傳輸給輸出顯示與控制單元進行顯示。

伺服驅動單元分別與前視覺模塊、信息交互與處理單元中的伺服單元信息傳輸模塊、輸出顯示與控制單元中的模式切換模塊和搖桿相接，用于調整前視覺模塊的光軸指向，實現對研究目標的穩定跟蹤。

輸出顯示與控制單元包括前視覺顯示模塊、側視覺顯示模塊、模式切換模塊和搖桿。前視覺顯示模塊與前視覺模塊相接，用于顯示前視覺模塊傳遞的圖像。側視覺顯示模塊分別與所述側視覺圖像整合與目標檢測單元以及信息交互與處理單元中的目標真假判別模塊相接，用于顯示大視場監視圖像和進行目標觀測。模式切換模塊分別與搖桿、伺服驅動單元以及信息交互與處理單元中的伺服單元信息傳輸模塊相接，用于進行隨動跟蹤模式與手動跟蹤模式的切換——在隨動跟蹤模式下，將側視覺圖像整合與目標檢測單元輸出的像面目標信息解算為實際信息，驅動伺服驅動單元實現穩定跟蹤；在手動跟蹤模式下，使伺服驅動機構和前視覺模塊直接受搖桿的控制，實現人為的目標觀測。搖桿分別與模式切換模塊和前視覺顯示模塊相接，用于在手動跟蹤模式下的目標漫游跟蹤。

側視覺顯示模塊可提供大視場監視圖像，用于整體把握和監視物方空域信息；前視覺顯示模塊可提供高分辨力目標圖像，用于更直觀、清晰地觀測目標。

實施例2：仿生鷹眼智能漫游跟蹤方法。

參看圖1，本發明仿生鷹眼智能漫游跟蹤方法包括以下步驟：

1、調整左側視覺模塊、右側視覺模塊，使左視場與右視場存在8°~12°的重疊區域，將兩路信號傳輸到側視覺圖像整合與目標檢測單元，對左視場與右視場的圖像進行配準和拼接，合成為大空域實時監視場景；在此條件下，系統對物方的大視場實時成像，用于監視大空域信息，從中提取感興趣的研究目標或區域。

2、在大空域場景中發現疑似目標之后，通過幀間差分、空域濾波等圖像處理方法獲取疑似目標的位置信息；若疑似目標存在其他干擾，通過側視覺圖像整合與目標檢測單元予以排除，最終確定重點研究目標及其坐標信息，并在大視場中予以持續跟蹤。

3、在獲取感興趣研究目標的坐標之后，通過信息交互與處理單元中的伺服單元信息傳輸模塊將坐標傳輸給伺服驅動單元，并通過信息交互與處理單元中的模式切換模塊切換到隨動跟蹤模式，伺服驅動單元驅動前視覺模塊自動跟蹤研究目標，更新研究目標的參數信息，并將這些信息傳輸到信息交互與處理單元。

4、將合成的大視場實時監視圖像和小視場高分辨目標圖像傳輸給輸出顯示與控制單元，供操作人員直觀判讀圖像；若要人為仔細觀察圖像中某些細節，可通過信息交互與處理單元中的模式切換模塊切換到手動跟蹤模式，利用搖桿手動驅動前視覺模塊，采用漫游方式進行觀測。