具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统技术方案

本发明专利技术公开了具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统，首先利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像，接着基于得到的预处理图像对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像，随后根据得到的二值化图像统计移动目标物的颜色大小特征并确定质心，再将质心与导星镜的中心的坐标差值作为变量控制两自由度舵机云台转动；本发明专利技术结合了导星镜采集图像帧间差分法与动态摄像头特征匹配识别，优化了识别速度，再通过添加线性拟合法预测物体质心位置，能实时跟踪移动目标物运动，改良了现有识别系统滞后的缺点，适合被广泛推广和使用。适合被广泛推广和使用。适合被广泛推广和使用。

【技术实现步骤摘要】
具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统


[0001]本专利技术涉及望远镜观测
，具体涉及具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统。

技术介绍

[0002]天文观测的对象大多数是遥远的暗弱天体。只有采用口径尽量大的望远镜收集更多的天体辐射，才能发现新的天体或对暗弱天体有效地进行照相，以及进行光度﹑分光等方面的测量和研究；
[0003]目前，随着我国大口径望远镜的发展，风载的影响也越来越受到关注。常规的研究通常从望远镜所处环境的风载、风载对望远镜的影响以及望远镜圆顶的设计等方面进行研究，在对望远镜控制系统、机械设计和光学设计中考虑到该因素的影响，从而尽可能的减小风载的影响；大口径望远镜在实时观测过程中大多会遇到极端的风载影响，容易造成望远镜偏离观测目标；因此，需要设计具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术的不足，为更好的解决目前大口径望远镜在实时观测过程中大多会遇到极端的风载影响，容易造成望远镜偏离观测目标的问题，提供了具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统，其实现了能在1秒内将重新追踪到偏离的目标，并可以作为整体望远镜跟踪系统的一个关键环节来使用，且在望远镜遇到极端条件时能紧急启用。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统，包括以下步骤，
[0007]步骤(A)，利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像；
[0008]步骤(B)，基于得到的预处理图像，对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像；
[0009]步骤(C)，根据得到的二值化图像统计移动目标物的颜色大小特征并确定质心，再将质心与导星镜的中心的坐标差值作为变量控制两自由度舵机云台转动；
[0010]步骤(D)，根据每一当前时刻的前两帧的质心线性拟合当前质心位置，并由摄像头跟踪拟合预测后的质心点，完成辅助实时跟踪作业。
[0011]优选的，步骤(A)，利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像，其中预处理是依次进行图像灰度化、滤波和增强对比度。
[0012]优选的，步骤(B)，基于得到的预处理图像，对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像，具体步骤如下，
[0013]步骤(B1)，差分图像，其具体是对连续两帧图像像素值对应相减，并得到灰度值的差值，具体步骤如下，
[0014]步骤(B11)，设第n帧和第n
‑
1帧图像分别为f
n
(x,y)和f
n
‑1(x,y)，并将两帧图像对应像素点的灰度值相减，再取其绝对值，得到作差后的图像D
n
(x,y)，如公式(1)所示，
[0015]D
n
(x,y)＝|f
n
(x,y)
‑
f
n
‑1(x,y)|(1)；
[0016]步骤(B12)，对作差后的图像设定阈值T，并得到二值化图像R
n
(x,y)，其中灰度值为255的点为目标点，而灰度值为0的点为背景点，将目标点与背景点区分如公式(2)所示，
[0017][0018]步骤(B2)，阀值分割，若差值超过设定的阈值，则判定为运动目标，并更改目标区域的灰度值为全黑，若差值小于设定的阈值，则判定为背景区域，并更改目标区域的灰度值为全白。
[0019]优选的，步骤(C)，根据得到的二值化图像统计移动目标物的颜色大小特征并确定质心，再将质心与导星镜的中心的坐标差值作为变量控制两自由度舵机云台转动，具体是利用颜色及面积识别跟踪二值化图像中的白色区域，并还原原始图像中的颜色信息，以得到目标物的原始颜色及形状大小，再将图像的颜色分布转化到HSL空间，具体是将RGB模型转化到HSL模型，如公式(3)、公式(4)和公式(5)所示，
[0020][0021][0022][0023]其中，H表示色相，S表示饱和度，L表示亮度。
[0024]优选的，步骤(D)，根据每一当前时刻的前两帧的质心线性拟合当前质心位置，并由摄像头跟踪拟合预测后的质心点，完成辅助实时跟踪作业，其具体步骤如下，
[0025]步骤(D1)，统计符合HSL条件的像素点，并筛选出目标区域为1，而背景区域值为0，目标的形心计算公式如公式(6)、公式(7)和公式(8)所示，
[0026][0027][0028]其中，x0,y0为目标物体的形心坐标；通过像素的遍历将图像中所有目标区域的x坐标相加得到∑xf(x,y)；
[0029]步骤(D2)，将累加后的x坐标除以目标物像素点的总数能得到坐标的均值，并得到了形心的x方向坐标，同理也就得到了形心的y方向坐标。
[0030]具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪系统，包括图像预处理模块、目标识别模块、目标获取模块和目标跟踪模块，所述图像预处理模块用于利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像；
[0031]所述目标识别模块用于基于得到的预处理图像，对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像；
[0032]所述目标获取模块用于根据得到的二值化图像统计移动目标物的颜色大小特征并确定质心，再将质心与导星镜的中心的坐标差值作为变量控制两自由度舵机云台转动；
[0033]所述目标跟踪模块用于根据每一当前时刻的前两帧的质心线性拟合当前质心位置，摄像头跟踪拟合预测后的质心点，完成辅助实时跟踪作业。
[0034]本专利技术的有益效果是：本专利技术结合了静态背景下的帧间差分法和动态背景下的颜色识别对图像二值化处理，优化了识别速度，且对图像形心计算时采用了遍历像素点的方法，在很大程度上降低了控制模块的计算量，再通过添加线性拟合法预测物体质心位置，能实时跟踪移动目标物运动，改良了现有识别系统滞后的缺点，还实现了该系统能在1秒内将重新追踪到偏离的目标，并可以作为整体望远镜跟踪系统的一个关键环节来使用，且在望远镜遇到极端条件时能紧急启用。
附图说明
[0035]图1是本专利技术的整体流程图；
[0036]图2是本专利技术的帧间差分流程图；
[0037]图3是本专利技术的阀值分割原理示意图；
[0038]图4是本专利技术的阀值分割效果示意图；
[0039]图5是本专利技术的图像形心图。
具体实施方式
[0040]下面将结合说明书附图，对本专利技术作进一步的说明。
[0041]如图1所示，本专利技术的具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法及其系统，包括以下步骤，
[0042]步骤(A)，利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(A)，利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像；步骤(B)，基于得到的预处理图像，对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像；步骤(C)，根据得到的二值化图像统计移动目标物的颜色大小特征并确定质心，再将质心与导星镜的中心的坐标差值作为变量控制两自由度舵机云台转动；步骤(D)，根据每一当前时刻的前两帧的质心线性拟合当前质心位置，并由摄像头跟踪拟合预测后的质心点，完成辅助实时跟踪作业。2.根据权利要求1所述的具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法，其特征在于：步骤(A)，利用导星镜采集图像，并对导星镜采集的原始图像进行图像预处理，得到预处理图像，其中预处理是依次进行图像灰度化、滤波和增强对比度。3.根据权利要求2所述的具有减少望远镜风载效应的辅助实时跟踪方法，其特征在于：步骤(B)，基于得到的预处理图像，对采集前两帧的图像进行帧间差分，并将移出观测范围内的目标与背景区分开，得到二值化图像，具体步骤如下，步骤(B1)，差分图像，其具体是对连续两帧图像像素值对应相减，并得到灰度值的差值，具体步骤如下，步骤(B11)，设第n帧和第n
‑
1帧图像分别为f
n
(x,y)和f
n
‑1(x,y)，并将两帧图像对应像素点的灰度值相减，再取其绝对值，得到作差后的图像D
n
(x,y)，如公式(1)所示，D
n
(x,y)＝|f
n
(x,y)
‑
f
n
‑1(x,y)|(1)；步骤(B12)，对作差后的图像设定阈值T，并得到二值化图像R
n
(x,y)，其中灰度值为255的点为目标点，而灰度值为0的点为背景点，将目标点与背景点区分如公式(2)所示，步骤(B2)，阀值分割，若差值超过设定的阈值，则判定为运动目标，并更改目标区域的灰度值为全黑，若差值小于设定的阈值，则判定为背景区域，并更改目标区域的灰度值为全白。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：李雪宝，郑艳芳，田会峰，刘乾，周瑜，秦伟舒，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：