一种无特征目标的跟踪系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及目标跟踪技术领域，公开了一种无特征目标的跟踪系统及其方法，本发明专利技术通过对无特征目标的表面进行非接触式加热，赋予特定温度分布；通过特定温度分布对其进行跟踪识别，该方法无需接触，因此不存在物质之间的交换/反应；此外，由于无特征目标表面的特定温度分布会随时间消散，因此无需进行特征擦除，只需在跟踪结束以后对其进行静置便能实现无特征化复原。整个过程无任何其他物质引入、且能实现远程标记的效果，适用于特种装备制造时无法实施接触式标记的场景；具备很好地实用和推广价值。广价值。广价值。

【技术实现步骤摘要】
一种无特征目标的跟踪系统及其方法


[0001]本专利技术涉及目标跟踪
，具体涉及一种无特征目标的跟踪系统及其方法。

技术介绍

[0002]随着科技的进步和时代的发展，特种装备制造技术在向着更加高效、智能的方向进发；越来越多的特种设备或材料摆脱了传统加工的限制，迈向了自动化生产；在特种装备的制造过程中，会涉及到一些特种材料的生产、加工与制造；如：特种玻璃、特种钢材、特种聚合物等材料，这些材料表面往往喷涂有经过特殊处理的涂层，改变了材料特性，使其具备了耐高温、抗腐蚀、透光性好等特点，是国防军事、科学研究、高精尖设备制造过程中至关重要的部分。
[0003]然而，在实现这些高透光性特种材料的自动化生产过程中我们发现：自动化生产过程需要对目标进行识别跟踪，传统的跟踪方法是对待跟踪目标进行特征提取或特征建模，以得到目标的特异性描述，然后在连续帧序列中通过对目标进行特征匹配等方式获取目标的当前位置，以实现目标跟踪；但一些特种材料难获取其表面的特征信息，如：特种玻璃；一些特种材料之间无差异特征，如：特种玻璃、特种钢材；因此无法进行跟踪。
[0004]为此，申请号为：CN202211004501.8的专利技术申请提供了一种对无特征目标的跟踪方法，该方法通过绘制圆环标记符进而确定无特征目标的跟踪点并对跟踪点进行实时检测以提高跟踪的精确度和跟踪点的稳定性，能对一些无特征目标进行有效跟踪。
[0005]但是，该方法在绘制圆环标记符时，需要在待跟踪目标表面进行涂抹并留下涂料残余，对于特种钢材来讲，若是去除涂料残余则会破坏特殊处理的涂层，对于高透光性特种材料来讲，若是不去除涂料残余则会影响其高透光性；该跟踪方法无法满足高透光性特种材料的需求；在涂抹的过程中也容易对操作人员造成潜在危险。
[0006]因此，本专利技术提出一种无特征目标的跟踪系统及其方法来解决上述技术问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无特征目标的跟踪方法，在进行跟踪前：通过对无特征目标的表面进行非接触式加热，赋予特定温度分布，完成对无特征目标的特征化；在进行跟踪时：通过对特定温度分布进行识别，发现待跟踪目标；通过对特定温度分布进行分析，完成待跟踪目标的跟踪识别；在结束跟踪时：无特征目标表面的特定温度分布随时间消散，完成无特征化复原；具体的跟踪环节包括：温度分布编译环节、非接触式加热环节、温度分布采集环节、目标识别跟踪环节和无特征化复原环节；其中，温度分布编译环节，通过加热锚点分布对特定温度分布进行映射编译；其中，根据待跟踪目标的热传递特性和跟踪识别的需求，设置对应的温度分布编译模式；非接触式加热环节：调节加热源对无特征目标表面的加热锚点进行非接触式加热，得到温度锚点；按照加热锚点分布进行非接触式加热，得到温度锚点分布；温度分布采集环节：采集跟踪区域内的红外图像，并进行图像处理得到温度图像；
通过对温度图像进行处理，获取图像中存在的各温度锚点并标注像素位置；目标识别跟踪环节：获取各温度锚点和对应的像素位置，并通过温度锚点分布匹配进行目标识别，若匹配成功则识别到待跟踪目标并进行目标跟踪；其中，目标跟踪包括：目标位置跟踪和目标状态跟踪。
[0008]作为更进一步的解决方案，温度分布编译模式包括：点阵式、三点式和混合式；当温度分布编译模式为点阵式时：无特征目标的表面设置M*M个加热锚点组成锚点点阵；各加热锚点之间呈均匀分布，并保持边界间隔；边界间隔为各加热锚点之间的等温边界；其中，M为大于1的整数；当温度分布编译模式为三点式时：在无特征目标的表面建立平面坐标，并通过各加热锚点之间的相对距离和相对大小对平面坐标进行表示；其中，各加热锚点之间保持边界间隔，边界间隔最小值为各加热锚点之间的绝热边界；当温度分布编译模式为混合式时：在无特征目标的表面同时存在锚点点阵和平面坐标。
[0009]作为更进一步的解决方案，各加热锚点通过如下步骤确定边界间隔：热传导方程建立、锚点热分布求解和边界值对应求解；热传导方程建立：通过有限差分法计算待跟踪目标的热量分布情况，在待跟踪目标的表面划定二维标定区域L
x
和L
y
，并等量分割为N
x
×
N
y
个单元；令T
i,j
表示第i行第j列单元的温度，则热传导方程表示为：(T
i,j
‑ꢀ
T
i
‑
1,j
)/Δy + (T
i,j
‑ꢀ
T
i,j
‑1)/Δx + (T
i+1,j
‑ꢀ
T
i,j
)/Δy + (T
i,j+1
‑ꢀ
T
i,j
)/Δx = k(
∂
T
i,j
/
∂
t)/(ρC)；其中，Δx和Δy分别表示单元的长度和宽度；ρ待跟踪目标的材料密度；C待跟踪目标的比热容，k为待跟踪目标材料的热传导系数；T
i
‑
1,j
表示第i
‑
1行第j列单元的温度，同理T
i,j
‑
1,n
、T
i+1,j,n
、T
i,j+1,n
表示对应行列单元的温度；t表示加热时间；通过热传导方程变换，得到温度传递关系T
i,j,n+1
：T
i,j,n+1
=T
i,j,n
+Δt/(ρC ) * k * [(T
i
‑
1,j,n
+ T
i,j
‑
1,n
+ T
i+1,j,n
+ T
i,j+1,n
‑ꢀ
4T
i,j,n
)/(Δx2+Δy2)]；其中，n表示上一时间步数，n+1表示当前时间步数；Δt表示时间步长，T
i,j,n+1
表示当前时刻第i行第j列单元的温度，同理T
i,j,n
、T
i
‑
1,j,n
、T
i,j
‑
1,n
、T
i+1,j,n
、T
i,j+1,n
表示上一时刻对应行列单元的温度。
[0010]作为更进一步的解决方案，锚点热分布求解：输入加热锚点的热源温度、热源半径和求解边界，并带入温度传递关系，得到锚点热分布；其中，热源半径内的单元温度为热源温度，通过有限差分法计算热源半径到求解边界之间的热量分布情况；求解边界为：D
m
=3[kt1/(ρC)]1/2
；其中，k为待跟踪目标材料的热传导系数；t1为等效加热时间；ρ待跟踪目标的材料密度；C待跟踪目标的比热容。
[0011]作为更进一步的解决方案，边界值对应求解：根据温度分布编译模式，求解对应的等温边界或绝热边界；等温边界：确定环本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无特征目标的跟踪方法，其特征在于，在进行跟踪前：通过对无特征目标的表面进行非接触式加热，赋予特定温度分布，完成对无特征目标的特征化；在进行跟踪时：通过对特定温度分布进行识别，发现待跟踪目标；通过对特定温度分布进行分析，完成待跟踪目标的跟踪识别；在结束跟踪时：无特征目标表面的特定温度分布随时间消散，完成无特征化复原；具体的跟踪环节包括：温度分布编译环节、非接触式加热环节、温度分布采集环节、目标识别跟踪环节和无特征化复原环节；其中，温度分布编译环节，通过加热锚点分布对特定温度分布进行映射编译；其中，根据待跟踪目标的热传递特性和跟踪识别的需求，设置对应的温度分布编译模式；非接触式加热环节：调节加热源对无特征目标表面的加热锚点进行非接触式加热，得到温度锚点；按照加热锚点分布进行非接触式加热，得到温度锚点分布；温度分布采集环节：采集跟踪区域内的红外图像，并进行图像处理得到温度图像；通过对温度图像进行处理，获取图像中存在的各温度锚点并标注像素位置；目标识别跟踪环节：获取各温度锚点和对应的像素位置，并通过温度锚点分布匹配进行目标识别，若匹配成功则识别到待跟踪目标并进行目标跟踪；其中，目标跟踪包括：目标位置跟踪和目标状态跟踪。2.根据权利要求1所述的一种无特征目标的跟踪方法，其特征在于，温度分布编译模式包括：点阵式、三点式和混合式；当温度分布编译模式为点阵式时：无特征目标的表面设置M*M个加热锚点组成锚点点阵；各加热锚点之间呈均匀分布，并保持边界间隔；边界间隔为各加热锚点之间的等温边界；其中，M为大于1的整数；当温度分布编译模式为三点式时：在无特征目标的表面建立平面坐标，并通过各加热锚点之间的相对距离和相对大小对平面坐标进行表示；其中，各加热锚点之间保持边界间隔，边界间隔最小值为各加热锚点之间的绝热边界；当温度分布编译模式为混合式时：在无特征目标的表面同时存在锚点点阵和平面坐标。3.根据权利要求2所述的一种无特征目标的跟踪方法，其特征在于，各加热锚点通过如下步骤确定边界间隔：热传导方程建立、锚点热分布求解和边界值对应求解；热传导方程建立：通过有限差分法计算待跟踪目标的热量分布情况，在待跟踪目标的表面划定二维标定区域L
x
和L
y
，并等量分割为N
x
×
N
y
个单元；令T
i,j
表示第i行第j列单元的温度，则热传导方程表示为：(T
i,j
ꢀ‑ꢀ
T
i
‑
1,j
)/Δy + (T
i,j ‑ꢀ
T
i,j
‑1)/Δx + (T
i+1,j ‑ꢀ
T
i,j
)/Δy + (T
i,j+1
ꢀ‑ꢀ
T
i,j
)/Δx = k(
∂
T
i,j
/
∂
t)/(ρC)；其中，Δx和Δy分别表示单元的长度和宽度；ρ待跟踪目标的材料密度；C待跟踪目标的比热容，k为待跟踪目标材料的热传导系数；T
i
‑
1,j
表示第i
‑
1行第j列单元的温度，同理T
i,j
‑
1,n
、T
i+1,j,n
、T
i,j+1,n
表示对应行列单元的温度；t表示加热时间；通过热传导方程变换，得到温度传递关系T
i,j,n+1
：T
i,j,n+1
=T
i,j,n
+ Δt/(ρC ) * k * [(T
i
‑
1,j,n
+ T
i,j
‑
1,n
+ T
i+1,j,n + T
i,j+1,n
ꢀ‑ꢀ
4T
i,j,n
)/(Δx
2 + Δy2)]；其中，n表示上一时间步数，n+1表示当前时间步数；Δt表示时间步长，T
i,j,n+1
表示当前
时刻第i行第j列单元的温度，同理T
i,j,n
、T
i
‑
1,j,n
、T
i,j
‑
1,n
、T
i+1,j,n
、T
i,j+1,n
表示上一时刻对应行列单元的温度。4.根据权利要求3所述的一种无特征目标的跟踪方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：常兴，王强，
申请(专利权)人：武汉能钠智能装备技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：