一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法，属于无人机跟踪技术领域，解决了现有技术中无法跟踪空中非合作运动目标的问题。包括：无人机平台，通过双目相机实时获取运动目标图像，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，获取运动目标的空间三维坐标，并对运动目标进行自动接近及跟踪；地面控制站，用于引导无人机平台初步接近运动目标，接收无人机平台发送的运动目标图像并显示，并对图像中的目标区域进行初步标定。用双目相机进行目标的三维定位，具有非接触式高频测量，实施简易以及高实时性的优点；通过该实时获取运动目标的位置信息，控制无人机精准地自动接近及跟踪非合作运动目标，为后续无人机处置运动目标提供基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法
本专利技术涉及无人机跟踪
，尤其涉及一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法。
技术介绍
近年来，随着无人机技术的发展，“低慢小”飞行器在军民领域的迅速扩展，容易被不法分子利用进行非法侦查、抛洒传单甚至恐怖袭击，给公共安全和社会稳定带来极大隐患。因此，如何对“低慢小”目标进行有效管控已成为世界性难题。目前管控黑飞无人机的物理拦截手段有微波、激光等方式，但其存在使用维护为本高、易造成二次伤害等问题。利用无人机搭载抛网装置，通过地面光电设备或雷达及机载视觉系统提供目标信息，导引无人机接近目标后进行网式软杀伤拦截，以无人机反制无人机是一种管控“低慢小”目标的可行方式。目前，无人机载视觉系统对运动目标的跟踪已有相关技术，但多以视觉图像跟踪为主，无法获取目标相对与我方无人机具体三维坐标，一般用于跟踪地面目标等平面目标，无法精确跟踪空中非合作运动目标。现有技术中的一种方法中无人机位于目标上方，用于跟踪平面目标，且目标为合作目标，有特征明显的标志红色矩形框，基于这些显著特征识别目标位置，无法用于跟踪空中的非合作目标。另一方法中无人机用于跟踪地面行人，建立行人手势特征与手势运动模型进行识别跟踪；同样无法跟踪空中的非合作目标。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统及方法，用以解决现有技术中无法跟踪空中非合作运动目标的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一方面，提供了一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统，包括：无人机平台、地面控制站；所述无人机平台，通过双目相机实时获取运动目标图像，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，获取运动目标的空间三维坐标，并对运动目标进行自动接近及跟踪；所述地面控制站，用于引导无人机平台初步接近运动目标，接收无人机平台发送的运动目标图像并显示，并对图像中的目标区域进行初步标定。本专利技术有益效果如下：本系统采用双目相机进行目标的三维定位，具有非接触式测量，实施简易以及高实时性的优点。图像帧率达到每秒60帧，即目标位置的更新率也达到60Hz，通过该实时获取地运动目标的位置信息，控制无人机精准地自动接近及跟踪非合作运动目标，为后续无人机处置运动目标提供基础。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，所述无人机平台，包括：双目相机、机载图像处理模块、机载通讯模块、运动控制模块；所述地面控制站，包括：工控机、地面通信模块、显示模块；所述机载图像处理模块，与双目相机、机载通信模块、运动控制模块分别相连；用于根据双目相机获取的运动目标图像及地面控制站发送的数据，进行图像跟踪及双目立体匹配处理，获取运动目标的三维坐标；所述机载通信模块，将机载图像处理模块编码后的图像数据发送给地面控制站，同时接收地面控制站的数据；所述运动控制模块，用于根据机载图像处理模块发送的运动目标的三维坐标，控制无人机接近及跟踪运动目标；所述地面通信模块，接收机载通信模块传输的数据并发送给工控机，同时，将地面控制站的数据发送到机载通信模块；所述工控机对接收的数据进行解码，并发送到显示模块进行显示。进一步，所述机载图像处理模块，采用KCF算法对实时获取的每帧基准图像中的目标区域进行检测跟踪；并根据每帧基准图像中目标区域的坐标位置，以像素灰度值为匹配基元进行双目立体匹配。另一方面，提供了一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标方法，包括以下步骤：步骤S1、地面控制站导引无人机平台初步接近运动目标，使运动目标进入双目相机视场；步骤S2、在双目相机视场内，进行双目立体匹配，并通过双目测距测量目标位置，实时获取目标相对于无人机的三维位置信息；步骤S3、根据上述实时获取的三维位置信息，无人机对目标进行快速精确的自动跟踪。本专利技术有益效果如下：本方法采用双目相机进行目标的三维定位，具有非接触式测量，实施简易以及高实时性的优点。图像帧率达到每秒60帧，即目标位置的更新率也达到60Hz，通过该实时获取地运动目标的位置信息，控制无人机精准地自动接近及跟踪非合作运动目标，为后续无人机处置运动目标提供基础。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步，所述进行基准图像跟踪，包括：无人机平台对双目相机获取的图像，实时传输至地面控制站中进行显示；获取在显示图像中标定的目标区域，并将目标区域的位置坐标传送到无人机平台；根据目标区域的位置坐标，采用KCF算法对实时获取的每帧基准图像中的目标区域进行检测跟踪。进一步，所述采用KCF算法进行基准图像跟踪，包括：在获取到标定的目标区域的坐标位置后，基于图像灰度特征构造采集目标的正样本与负样本，训练目标检测器；在之后每一帧基准图像中，利用上述目标检测器在搜索区域进行检测，以最高置信度的区域作为目标区域；当目标区域的置信度值小于预设值时，将搜索区域范围扩大，重新进行搜索。进一步，无人机平台根据每帧基准图像中目标区域的坐标位置，以像素灰度值为匹配基元进行双目立体匹配，包括：将左右两目获取的每帧RGB图像转换为灰度图；以其中一目灰度图中目标区域为基准，在另一目灰度图中相同高度区域内，依次不间隔的计算每一块相同大小的区域的平均像素点灰度值及对应的区域坐标；计算上述每个区域与基准目标区域的平均像素点灰度值的绝对差值，求取所述绝对差值的最小值及次小值，当最小值小于预设的最小值且次小值与最小值之差小于预设差值时，则将最小值对应的区域作为匹配的另一目图像中的目标区域。进一步，所述通过双目测距实时获取运动目标的三维位置信息，包括，在求取运动目标的三维坐标深度值时，进行卡尔曼滤波，剔除部分帧图像中出现的野值。进一步，所述根据上述实时获取的三维位置信息，无人机对目标进行快速精确的自动跟踪，包括：根据目标的实时三维坐标信息为输入值，构造位置PID控制器，控制无人机快速跟踪接近目标。进一步，还包括：当无人机平台跟踪了错误目标时，则取消当前跟踪，并重新获取标定的目标区域。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统结构图；图2为本专利技术实施例中基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标方法流程图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。实施例1本专利技术的一个具体实施例，公开了一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统，如图1所示，包括：无人机平台、地面控制站；无人机平台，通过双目相机实时获取运动目标图像，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，获取运动目标的空间三维坐标，并对运动目标进行自动接近及跟踪；地面控制站，用于引导无人机平台初步接近运动目标，接收无人机平台发送的运动目标图像并显示，并对图像中的目标区域进行初步标定。实施时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统，其特征在于，包括：无人机平台、地面控制站；所述无人机平台，通过双目相机实时获取运动目标图像，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，获取运动目标的空间三维坐标，并对运动目标进行自动接近及跟踪；所述地面控制站，用于引导无人机平台初步接近运动目标，接收无人机平台发送的运动目标图像并显示，并对图像中的目标区域进行初步标定。

【技术特征摘要】
1.一种基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标系统，其特征在于，包括：无人机平台、地面控制站；所述无人机平台，通过双目相机实时获取运动目标图像，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，获取运动目标的空间三维坐标，并对运动目标进行自动接近及跟踪；所述地面控制站，用于引导无人机平台初步接近运动目标，接收无人机平台发送的运动目标图像并显示，并对图像中的目标区域进行初步标定。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述无人机平台，包括：双目相机、机载图像处理模块、机载通讯模块、运动控制模块；所述地面控制站，包括：工控机、地面通信模块、显示模块；所述机载图像处理模块，与双目相机、机载通信模块、运动控制模块分别相连；用于根据双目相机获取的运动目标图像及地面控制站发送的数据，进行图像跟踪及双目立体匹配处理，获取运动目标的三维坐标；所述机载通信模块，将机载图像处理模块编码后的数据发送给地面控制站，同时接收地面控制站的数据；所述运动控制模块，用于根据机载图像处理模块发送的运动目标的三维坐标，控制无人机接近及跟踪运动目标；所述地面通信模块，接收机载通信模块传输的数据并发送给工控机，同时，将地面控制站的数据发送到机载通信模块；所述工控机对接收的数据进行解码，并发送到显示模块进行显示。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述机载图像处理模块，采用KCF算法对实时获取的每帧基准图像中的目标区域进行检测跟踪；并根据每帧基准图像中目标区域的坐标位置，以像素灰度值为匹配基元进行双目立体匹配。4.一种应用权利要求1-3之一所述系统的基于双目视觉测距的无人机跟踪运动目标方法，其特征在于，包括以下步骤：地面控制站导引无人机平台初步接近运动目标，使运动目标进入双目相机视场；在双目相机视场内，进行基准图像跟踪及双目立体匹配，并通过双目测距实时获取运动目标的三维位置信息；根据上述实时获取的三维位置信息，无人机平台对目标进行快速精确的自动跟踪。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭延云，申研，邱旭阳，李大伟，李昆鹏，巴腾跃，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11