一种对点目标进行跟踪测量的系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种对点目标进行跟踪测量的系统及方法，该系统包括：两个成像单元和图像处理装置；每个成像单元包括一个柱透镜和一个与图像处理装置相连接的线阵相机，其中，线阵相机的像元排列方向垂直于柱透镜的母轴，点目标经过柱透镜成像后形成光条纹，线阵相机用于拍摄光条纹；两个柱透镜的母轴位于同一平面上且相互垂直，成像光轴相互平行，均指向点目标；图像处理装置用于以预设频率检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值和拍摄时间，并根据像素坐标值和拍摄时间合成点目标在观察视场投影面上的运动轨迹曲线。该系统能够以更高的采样频率和更高的分辨率对点目标进行定位和跟踪测量，适用性更好。

System and method for tracking and measuring point target

The invention discloses a method for target tracking and measuring system and method, the system includes two imaging unit and an image processing device; each imaging unit comprises a cylindrical lens and an image processing device is connected with the line scan camera, wherein, the female shaft line camera pixels arranged perpendicular to the direction of in the cylindrical lens, point target imaging by a cylindrical lens is formed after the light stripe, line array camera for shooting light stripe; two cylindrical lens shafts in the same plane and perpendicular to the optical axis parallel to each other, imaging, point to point target; image processing device for preset frequency detection of each line and shooting the time taken to the pixel coordinates of corresponding light stripe pixel array camera, and according to the trajectory curve of pixel coordinates and synthetic target shooting time in the observation field projection plane. The system can locate and track the target with a higher sampling frequency and higher resolution.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及图像处理
，尤其涉及一种对点目标进行跟踪测量的系统及方法。
技术介绍
点目标一般具有以下特征：图像尺寸小，只包含一个或几个像素，基本不携带目标形状和图案信息。通常，当物体成像距离较远，或者实际关注的成像目标只是物体上的特征点时，均可以将物体作为点目标进行处理。针对点目标，一般无法获得其形状轮廓和表面纹理等特征，主要关注的是点目标在观察视场投影面上的存在性、点目标的位置坐标和运动轨迹等，亦即，在观察视场投影面上，观察点目标是否存在，点目标相对于观察平台的位置以及点目标在观察视场投影面上的实际运动轨迹等。基于此，如果不关注物体的轮廓和表面特征，只关注物体的运动轨迹时，就可以将物体作为点目标进行观测处理，例如：军事中观察远处的飞机、红外谱段上的坦克等，由于此类目标自身运动速度极快，且距离观察平台的距离较远，通常不会关注其自身的轮廓或表面特征，只会对其运动情况进行跟踪测量，此种情况下，就可以将飞机和坦克作为点目标进行跟踪测量；在工业领域和科学实验中，可以通过在被测对象上贴标志点的方法，将被测对象转换为点目标，通过对点目标(标志点)的运动和姿态变化的跟踪测量，实现对被测对象的跟踪测量。现有技术中，通常采用圆透镜和面阵相机对点目标在观察视场投影面上的运动轨迹进行成像记录，通过分析图像进行点目标的跟踪测量，但现有的面阵相机的分辨率和帧频通常较低。目前常见面阵相机帧频通常在10Hz～50Hz，面阵行列像元数小于2048pixel。更高的像元数的面阵相机帧频更低，价格也非常昂贵。对于速度较快的点目标，用其进行测量跟踪时，速度指标和精确度指标均无法满足实际测量需求。所以，现有的对点目标进行跟踪测量的系统，对于速度较快的点目标在观察视场投影面上的运动轨迹的跟踪和测量，速度指标和精度指标均无法满足实际测量需求，适用性较差。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的在于提供一种对点目标进行跟踪测量的系统及方法，以解决现有的对点目标进行跟踪测量的系统，对于速度较快的点目标在观察视场投影面上的运动轨迹的跟踪和测量，速度指标和精度指标均无法满足实际测量需求，适用性较差的问题。为了解决上述技术问题，本专利技术实施例公开了如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供了一种对点目标进行跟踪测量的系统，该系统包括：两个成像单元和图像处理装置；每个所述成像单元包括一个柱透镜和一个线阵相机，每个所述成像单元的线阵相机与所述图像处理装置通过信号传输线相连接；每个所述成像单元中，其线阵相机的像元排列方向垂直于其柱透镜的母轴，点目标经过该柱透镜成像后形成光条纹，该光条纹与该线阵相机的像元排列方向垂直，该线阵相机用于在点目标于观察视场投影面上运动的过程中实时拍摄该光条纹；所述两个成像单元的柱透镜的母轴相互垂直且位于同一平面上；所述两个成像单元的柱透镜的成像光轴相互平行，均指向所述点目标；所述图像处理装置用于在所述点目标于所述观察视场投影面上运动的过程中，以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间，并根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线。结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述两个成像单元相同。结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第一方面的第二种可能的实现方式中，所述预设频率的最小值为0，所述预设频率的最大值为所述线阵相机的行频。结合第一方面、第一方面的第一种可能的实现方式和第一方面的第二种可能的实现方式中的任意一种可能的实现方式，在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述图像处理装置用于在所述点目标于所述观察视场投影面上运动的过程中，以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间之前，还用于：建立测量坐标系O-uvw，所述测量坐标系的坐标原点O设置于两个柱透镜的成像光心之间，所述测量坐标系的u轴和v轴确定的平面u-v平面与两个柱透镜的母轴确定的平面重合，所述测量坐标系的u轴和v轴与每个柱透镜的母轴的夹角均为45°，所述测量坐标系的w轴指向所述点目标。结合第一方面的第三种可能的实现方式，在第一方面的第四种可能的实现方式中，所述图像处理装置用于根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线，具体包括：所述图像处理装置用于执行下述操作：根据所述像素坐标值和所述拍摄时间，按照下述公式确定所述点目标在每一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移；其中，u表示所述测量坐标系的u轴的坐标变量，v表示所述测量坐标系的v轴的坐标变量，du表示所述点目标在任一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移沿所述测量坐标系的u轴方向的分量，dv表示所述点目标在该拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移沿所述测量坐标系的v轴方向的分量，S表示点目标至所述测量坐标系的坐标原点的距离，f表示每个柱透镜的焦距，aC表示每个线阵相机的传感器的像元的分辨率，nL1，nR1表示所述点目标在起始位置时两个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值，nL2，nR2表示所述点目标在该拍摄时间对应的位置时两个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值；根据所述拍摄时间与所述点目标在每一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线。第二方面，本专利技术实施例提供了一种采用第一方面或第一方面的第一种可能的实现方式中的系统对点目标进行跟踪测量的方法，该方法包括：点目标在观察视场投影面上运动的过程中，采用所述系统的两个线阵相机实时拍摄点目标经所述系统的相应柱透镜成像后形成的光条纹；采用所述系统的图像处理装置以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间，并根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线。结合第二方面，在第二方面的第一种可能的实现方式中，采用所述系统的图像处理装置以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间之前，该方法还包括：采用所述系统的图像处理装置建立测量坐标系O-uvw，所述测量坐标系的坐标原点O设置于两个柱透镜的成像光心之间，所述测量坐标系的u轴和v轴确定的平面u-v平面与两个柱透镜的母轴确定的平面重合，所述测量坐标系的u轴和v轴与每个柱透镜的母轴的夹角均为45°，所述测量坐标系的w轴指向所述点目标。结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二方面的第二种可能的实现方式中，根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线的过程，具体包括：根据所述像素坐标值和所述拍摄时间，按照下述公式确定所述点目标在每一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移；其中，u表示所述测量坐标系的u轴的坐标变量，v表示所述测量坐标系的v轴的坐标变量，du表示所述点目标在任一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移沿所述测量坐标系的u轴方向的分量，dv表示所述点目标在该拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对点目标进行跟踪测量的系统，其特征在于，包括：两个成像单元和图像处理装置；每个所述成像单元包括一个柱透镜和一个线阵相机，每个所述成像单元的线阵相机与所述图像处理装置通过信号传输线相连接；每个所述成像单元中，其线阵相机的像元排列方向垂直于其柱透镜的母轴，点目标经过该柱透镜成像后形成光条纹，该光条纹与该线阵相机的像元排列方向垂直，该线阵相机用于在点目标于观察视场投影面上运动的过程中实时拍摄该光条纹；所述两个成像单元的柱透镜的母轴相互垂直且位于同一平面上；所述两个成像单元的柱透镜的成像光轴相互平行，均指向所述点目标；所述图像处理装置用于在所述点目标于所述观察视场投影面上运动的过程中，以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间，并根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线。

【技术特征摘要】
1.一种对点目标进行跟踪测量的系统，其特征在于，包括：两个成像单元和图像处理装置；每个所述成像单元包括一个柱透镜和一个线阵相机，每个所述成像单元的线阵相机与所述图像处理装置通过信号传输线相连接；每个所述成像单元中，其线阵相机的像元排列方向垂直于其柱透镜的母轴，点目标经过该柱透镜成像后形成光条纹，该光条纹与该线阵相机的像元排列方向垂直，该线阵相机用于在点目标于观察视场投影面上运动的过程中实时拍摄该光条纹；所述两个成像单元的柱透镜的母轴相互垂直且位于同一平面上；所述两个成像单元的柱透镜的成像光轴相互平行，均指向所述点目标；所述图像处理装置用于在所述点目标于所述观察视场投影面上运动的过程中，以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间，并根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述两个成像单元相同。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述预设频率的最小值为0，所述预设频率的最大值为所述线阵相机的行频。4.根据权利要求1至3任意一项所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置用于在所述点目标于所述观察视场投影面上运动的过程中，以预设频率为检测频率，检测每个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标值以及每个拍摄到相应光条纹的像元的拍摄时间之前，还用于：建立测量坐标系O-uvw，所述测量坐标系的坐标原点O设置于两个柱透镜的成像光心之间，所述测量坐标系的u轴和v轴确定的平面u-v平面与两个柱透镜的母轴确定的平面重合，所述测量坐标系的u轴和v轴与每个柱透镜的母轴的夹角均为45°，所述测量坐标系的w轴指向所述点目标。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述图像处理装置用于根据所述像素坐标值和所述拍摄时间合成所述点目标在所述观察视场投影面上运动的运动轨迹曲线，具体包括：所述图像处理装置用于执行下述操作：根据所述像素坐标值和所述拍摄时间，按照下述公式确定所述点目标在每一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移；du=22SfaC[(nL1-nL2)-(nR1-nR2)]dv=22SfaC[(nL1-nL2)+(nR1-nR2)];]]>其中，u表示所述测量坐标系的u轴的坐标变量，v表示所述测量坐标系的v轴的坐标变量，du表示所述点目标在任一拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移沿所述测量坐标系的u轴方向的分量，dv表示所述点目标在该拍摄时间对应的位置相对于其起始位置的位移沿所述测量坐标系的v轴方向的分量，S表示所述点目标至所述测量坐标系的坐标原点的距离，f表示每个柱透镜的焦距，aC表示每个线阵相机的传感器的像元的分辨率，nL1，nR1表示所述点目标在起始位置时两个线阵相机中拍摄到相应光条纹的像元的像素坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨艺，金刚，
申请(专利权)人：凌云光技术集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11